科普丨虚拟机之战：WASM与EVM

什么是以太坊虚拟机(EVM)？

以太坊虚拟机是一种轻量级虚拟机，用于在以太坊网络上运行各种智能合约。EVM的功能不同于Windows等传统操作系统，后者一次只能在一台机器上运行。EVM 是构建在本机操作系统上的高级抽象，用于模拟物理机。
通过使用EVM，相同的平台可以在许多不同的操作系统和硬件架构上运行。该特性使虚拟机适合以太坊等网络，可以通过分布在世界各地的不同机器上的不同客户端访问这些网络。EVM可以模拟在物理CPU上执行的功能，并负责以太坊网络上的大部分功能。
EVM具有以下特点:

确定性

确定性程序对相同的输入集提供相同的输出，而与它执行相同代码的次数无关。在以太坊中，dApp每次处理数百万美元，各种用户需要知道代码在执行的每个阶段是如何反应的。

可隔离

智能合约需要在完全隔离的环境中运行。这确保了如果智能合约发生黑客或bug，它不会影响底层协议的其他部分。

可终止

以太坊智能合约是图灵完备的。因此，只要有足够的时间和资源，他们就应该能够解决任何问题。智能合约应该有终止机制，因为很难确定合约是否会在规定的期限内完成所有操作。以太坊使用“gas”限制来终止超出执行限制的智能合约。

EVM 的功能

• 它是以太坊网络的去中心化处理单元。每个交互、交易和智能合约执行都只能在这里发生。
• 获取并执行指令，然后通过给定的指令分派器解码操作数。
• 负责所有的数据结构，如操作数，数据处理和指令。
• 跟踪网络组件，如存储状态、区块信息和世界状态。
• 负责为以太坊网络上的不同智能合约创建运行时环境。

EVM 的挑战

• EVM处理如此多不同的操作并不快，但是它的操作码规范还没有发展到可以处理变化的需求。
• 未能进化意味着语言也有局限性。

什么是WebAssembly (WASM)?

WebAssembly (WASM)是一种新型代码，可以在现代浏览器上高效地执行。这个新代码是由万维网联盟(W3C)创建和定义的。WASM是为网络而建的，包括来自谷歌、Mozilla和苹果的工程师。本质上，WASM通常被称为Ethereum 2.0，它具有EVM的所有功能，并附带了额外的功能。

专为网络打造

如前所述，来自谷歌、微软和苹果等大型技术公司的工程师都是开发团队的一部分。因此，这些工程师要确保WASM与他们的引擎和协议兼容。

设计时考虑了一组特定的目标

创建WASM是为了快速、高效和便携。WASM将利用常见的硬件能力，以“接近本地速度”执行。

• 易于阅读和调试。它具有人类可读的文本格式，代码可以手动查看、编写和调试。
• 确保安全。它通过增强主机浏览器的权限策略和保持向后兼容性来实现这一点。

EVM 与 WASM

速度

简单地说，EVM是一个万事通，但却什么都不懂。EVM如何处理编译就是这一点的一个很好的例子。本机引擎努力寻找执行某些操作的最佳路径，最终影响EVM的总体吞吐量。

EVM只能处理256位字节码，这意味着小于256位的字节码必须先转换为256位格式，然后才能发送给EVM。EVM的可扩展性问题很明显，因为它每秒只处理25个交易。

WASM直接转换为编译后的代码，这使它能够更快地加载，同时增加每个区块所处理的交易数量。

预编译

EVM依赖于预编译(预编译合约)。当发出预编译调用时，EVM将执行预定义的本机代码，然后显示结果。这些预编译特定于用于基本操作的特定协议，例如签名方案和哈希。

尽管预编译在不消耗大量gas的情况下使加密计算变得高效，但它们也带来了问题。引入新的预编译器通常要求网络经历一个系统范围的硬分叉。

WASM消除了以太坊对预编译合同的依赖。由于WASM非常高效，开发人员可以创建高效、快速的智能合约，而无需担心潜在的硬分叉。

灵活性和互操作性

WASM支持更多的语言，并且提供了比EVM更广泛的工具集。WASM支持传统语言，如Rust、C和c++。WASM也被本地JavaScript引擎支持，例如 Google 的 V8 引擎（基于 Node.js 和 Chromium 的浏览器）、微软的 Chakra 引擎（Microsoft Edge）和 Mozilla 的 Spidermonkey 引擎（Thunderbird 和 Firefox）。

小结

以太坊引入了比特币区块链上不可用的某些功能。以太坊虚拟机的引入允许开发人员轻松地创建和部署智能合约。然而，EVM也有许多局限性，而WASM正试图解决这些局限性。根据WebAssembly.org, WebAssembly 1.0已经被提供给四个主要的浏览器引擎。