ماشین مجازی اتریوم قدرت پردازش خود را از سرتاسر دنیا می گیرد و آن را در اختیار توسعه دهندگان قراردادهای هوشمند و Dppها قرار میدهد.
از زمان پیدایش بلاک چین و تا همین چندی پیش، این فناوری تنها مورد توجه متخصصین قرار می گرفت و اکثریت افراد با آن آشنا نبودند. ولی امروزه فناوری بلاک چین به یکی از اصلی ترین جریان های زندگی افراد بدل گشته و بسیاری به دنبال یادگیری آن و همچنینی پیگیری اخبار مرتبط با این فناوری نوین هستند. از طرفی ماشین مجازی اتریوم نیز یکی از مهم ترین تکه های پازل این فناوری بحساب می آید. در حقیقت وقتی که با کلیات این ماشین آشنا می شوید، درمی یابید که کاربردهای فناوری بلاک چین تنها محدود به به امور مالی و ارزهای دیجیتال نشده و از این تکنولوژی می توان در دیگر صنایع نیز استفاده کرد.
جدا از این، هدف توسعه دهندگان اتریوم از ابتدا این بود که این شبکه بلاک چین را به عنوان رایانه فناوری بلاک چین توسعه داده و پیاده سازی و توسعه ماشین مجازی اتریوم نیز بخشی از برنامه های آن ها جهت دستیابی به این چشم‌انداز عظیم بود. از این رو، در این مطلب از فکت کوینز، قصد داریم تا به طور کامل توضیح دهیم که ماشین مجازی اتریوم چیست و چه کاربردهایی دارد.
البته در این مطلب قصد داریم تا تمامی زوایای این مفهوم را مورد بررسی قرار دهیم تا بتوانید به خوبی مفهوم ماشین مجازی اتریوم را درک کنید. بنابراین، لازم است تا قبل از پرداختن به EVM، ابتدا به توضیح چند مفهوم پایه ای مثل ماشین مجازی و تورینگ کامل پرداخته و پس از آن، به سراغ ماشین مجازی اتریوم برویم.
ماشین مجازی (Virtual Machine) چیست؟
ماشین های مجازی به ماشین هایی گفته می شود که در سطحی بالاتر از سیستم عامل های رایج مثل ویندوز، IOS و… قرار دارند. در حقیقت، ماشین های مجازی بر روی سیستم عامل های معمولی نصب شده تا این سیستم عامل ها قادر باشند تا به عملکردی مشابه ماشین های محاسباتی دست پیدا کنند. به بیانی دیگر، ماشین های مجازی این توانایی را دارند تا قدرت محاسباتی یک رایانه فیزیکی را به شکل مجازی به اجرا در بیاورند. علاوه بر این، با نصب این ماشین ها بر روی سخت افزارها یا سیستم عامل های رایانه های گوناگون، می توان آنها را به دستگاه هایی مناسب جهت فعالیت بر بستر اکوسیستم های غیر متمرکز نیز تبدیل کرد.
همچنین بخوانید: دیفای یا امور مالی غیرمتمرکز (DeFi) چیست؟
همچنین بوسیله یک ماشین مجازی می توان از قدرت پردازش سیستم هایی که عضو شبکه هستند نیز در راستای افزایش توان بلاک چین استفاده کرد؛ حال اینکه هیچگونه اهمیتی ندارد که این سیستم ها از نظر موقعیت مکانی، در چه جایی مستقر هستند.
در واقع با در نظر گرفتن تعاریف بالا در مورد ماشین مجازی، می توانیم اینطور بیان کنیم که ماشین مجازی اتریوم رایانه ای است که قدرت پردازش خود را از سرتاسر نقاط دنیا می گیرد و قادر است تا این قدرت پردازش را در اختیار پروژه های گوناگونی مثل قراردادهای هوشمند (Smart Contracts)، اپلیکیشن های غیر متمرکز (Dapps) یا دیگر پلتفرم های غیر متمرکز قرار دهد.
جدا از این، نودها یا گره های (Node) بلاک چین اتریوم نیز می توانند از نقاطی متفاوت از سرتاسر جهان به ماشین مجازی این شبکه بلاک چین دسترسی پیدا کنند. همچنین این گره ها می توانند به صورت اختیاری نیز قدرت پردازش خود را در اختیار شبکه اتریوم بگذارند.
بصورت کلی، خصوصیات برجسته ای که ماشین مجازی از آنها برخوردار است، در کنار نیازهایی که شبکه بلاک چین با آنها روبرو بود، باعث شد تا استفاده از این فناوری، به عنوان برترین راهکار جهت دستیابی به چشم‌اندازهای شبکه اتریوم بحساب بیاید.
ّبیشتر بخوانید: بلاک چین اتریوم چیست و چطور کار میکند؟
تورینگ کامل (Turing-completeness) چیست؟
تورینگ کامل نیز از جمله اصطلاحاتی است که جهت درک بهتر ماشین مجازی اتریوم، باید با آن آشنا باشید. دقت کنید که ماشین مجازی اتریوم، اساساً یک ماشین تورینگ کامل است؛ ولی خب این جمله دقیقاً به چه معنا است؟
آلن تورینگ (Alan Turing) نخستین دانشمندی بود که نظریه این دسته از ماشین ها را ارائه داد و ضمن بیان نظریه خود، ایده هایی را مطرح کرد که کارایی یک ماشین فرضی که توانایی فکر کردن دارند، به چه شکل خواهد بود. در واقع آلن تورینگ در نظریه خود بیان داشت که این ماشین ها همچون ما انسان ها از قدرت تفکر برخوردار نبوده و قادر به پردازش و تحلیل مسائل نیستند؛ بلکه تنها می توانند مسائل را بوسیله قوانین پردازش داده هایی که در اختیار آن ها قرار داده شده است، حل کنند. از این رو، اگر مسئله ای با قوانین تعریف شده برای آنها مطابقت نداشته باشد، ماشین تورینگ این توانایی را ندارد تا به حل آن دست پیدا کند.
ماشین های تورینگ چگونه فکر می کنند؟
ماشین های تورینگ کامل شامل یک کلاهک و یک نوار حاوی مربع هایی یک اندازه است که بر روی هر مربع قرار گرفته روی نوار نیز یک علامت وجود دارد؛ حال ماشین به کمک کلاهک ها، قادر خواهد بود تا آنها را خوانده یا در آنها تغییراتی ایجاد کند.
در حقیقت،ماشین تورینگ کامل، بر اساس قوانینی که از قبل برای او تعریف گردیده است، مربع های قرار گرفته بر روی نوار را خوانده و آن ها را پردازش می کند. اما در اینجا 2 نکته بسیار مهم در خصوص عملکرد ماشین تورینگ کامل وجود دارد که باید حتماً به آنها اشاره داشته باشیم؛ اول اینکه نوار ذکر شده از نظر نظری، قادر است تا بی نهایت ادامه داشته و فقط این محدودیت های فیزیکی هستند که می توانند عملکرد ماشین تورینگ را متوقف کنند. از طرفی نکته دوم این است که ماشین تورینگ در لحظه این توانایی را دارد تا تنها یک مربع را پردازش کرده و توان پردازش همزمان چندین مربع روی نوار را ندارد.
همچنین بخوانید: اوراکل (Oracle) چیست؟اطلاعات خارج از زنجیره چطور در اختیار بلاک چین ها قرار میگیرد؟
جاوا اسکریپت (JavaScript) در اتریوم
زبان های برنامه نویسی نیز از عملکرد ماشین تورینگ کامل استفاده می کنند. بصورت کلی، جاوا اسکریپت از جمله زبان های برنامه نویسی است که از آن برای کار با شبکه اتریوم و ماشین های مجازی نیز استفاده می شود. از طرفی بد نیست بدانید که زبان برنامه نویسی پایه جهت پیاده سازی قراردادهای هوشمند اتریوم، زبان برنامه نویسی سالیدیتی (Solidity) است.
خب! همانطور که در ابتدا اشاره کردیم، قبل از پرداختن به موضوع اصلی این مطلب، بایستی تا به چند مفهوم پایه ای جهت درک بهتر این مقاله بپردازیم. در بالا این مفاهیم پایه را مورد بررسی قرار دادیم و الان نوبت می رسد تا به طور اساسی مفهوم ماشین مجازی اتریوم (EVM) را توضیح دهیم.
بیشتر بخوانید: شبکه اتریوم این رایانه جهانی- قسمت دوم
ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) چیست؟
در چند سال اخیر، بلاک چین اتریوم بواسطه ویژگی های برجسته ای که دارد، بیش از هر زمانی مورد توجه کارشناسان، توسعه دهندگان و کاربران فعال در عرصه بلاک چین و ارزهای دیجیتال قرار گرفته و تمامی این افراد از این موضوع اطلاع دارند که این بلاک چین قادر است تا در عرصه هایی فراتر از انجام تراکنش های مالی در بستری غیر متمرکز کاربرد داشته باشد.
از طرفی چندی پیش، با انتقال شبکه اتریوم به اتریوم ۲.۰، ماشین مجازی اتریوم نیز به ماشین مجازی نوینی به نام eWASM در اتریوم ۲.۰ منتقل گردید. اساساً ماشین مجازی اتریوم پلتفرمی نرم افزاری است که توسعه دهندگان قادر هستند تا پروژه های گوناگونی مثل قراردادهای هوشمند یا اپلیکیشن های غیر متمرکز را بر روی آن اجرا کنند.
دقت داشته باشید که هم اکنون کلیه قراردادهای هوشمند و حساب های کاربری بلاک چین اتریوم، بر روی ماشین مجازی این بلاک چین قرار گرفته اند.
بیشتر بخوانید: شاردینگ (Sharding) چیست؟ | راهنمای جامع برای مبتدی‌ها
بطور کلی، توسعه دهندگان بوسیله ماشین مجازی اتریوم، دیگر نیازی به سخت افزارهای قدرتمند نداشته و به جای آن از توان شبکه بلاک چین اتریوم استفاده می کنند. حال اینکه ماشین مجازی اتریوم دقیقا به چه شکل کار می کند، موضوعی تخصصی است که نیازمند درک کامل دانش برنامه نویسی بوده و از حوصله این مطلب خارج است.
خصوصیات ماشین مجازی اتریوم
بصورت کلی، اغلب ماشین های مجازی، همچون ماشین مجازی بیت کوین، عمدتاً با تراکنش های مالی رمز ارزها سر و کار داشته و البته که هیچ کدام از آنها نیز به پیشرفتگی ماشین مجازی اتریوم نیستند. در حقیقت، ماشین مجازی بیت کوین درست بر عکس EVM، بر روی یک دفتر کل توزیع شده متمرکز بوده و نمی توان آنرا یک رایانه جهانی بحساب آورد. اما این تنها یک مورد از تفاوت های ماشین مجازی اتریوم با دیگر ماشین های مجازی بلاک چین است. از این رو، جهت درک بهتر این تفاوت ها، در ادامه قصد داریم تا سایر خصوصیات منحصر به فرد EVM را مورد بررسی قرار دهیم.
EVM؛ یک ماشین حالت توزیع شده
تیم توسعه دهنده اتریوم در تلاش هستند تا این بلاک چین، به چیزی فراتر از یک دفتر کل توزیع شده بدل گردد. در واقع وب سایت اصلی اتریوم، از این بلاک چین به عنوان یک ماشین حالت توزیع شده (Distributed State Machine) نام می برد. در حقیقت، اتریوم جدا از داده ها، موجودی و البته اطلاعات مربوط به حساب های کاربری، حالت های ماشین ها را نیز در خود ذخیره می کند.
بیشتر بخوانید: تراکنش های درون زنجیره ای یا تراکنش های خارج از زنجیره؟
از طرفی، حالت های ماشین مجازی قرار گرفته در بلوک های مختلف، با یکدیگر متفاوت هستند؛ چراکه انتقال داده های ماشین ها، در هر مجموعه از برنامه ها، با توجه به قوانین بخصوصی انجام می گیرد. بنابراین، ماشین مجازی اتریوم را می توان همان چیزی نامید که این تغییر حالت های مبتنی بر قوانین را تعیین می کند.
همچنین با وجود اینکه اتریوم این توانایی را دارد تا ساختارهایی پیچیده را با یکدیگر تطبیق داده و به ساختاری ساده و یکدست تبدیل کند، ولی زبان برنامه نویسی رو به توسعه آن چنین نبود؛ از این رو، جهت جذب بیشتر مشارکت کنندگان به اکوسیستم خود، تیم موسسین اتریوم، یک زبان برنامه نویسی کاربرپسندتر را انتخاب کردند که یادگیری آن نیز نسبتاً آسان بود.
همچنین بخوانید: اکوسیستم بلاکچین بیت کوین
این زبان برنامه نویسی که سالیدیتی (Solidity) نام دارد، زبانی است که قراردادهای هوشمند اتریوم و اپلیکیشن های غیر متمرکز با آن نوشته می‌شوند. همچنین این زبان برنامه نویسی قادر است تا از الگوهای ارتباطی انسانی تقلید کرده و بر اساس آنها، بیان و نحو خود را گویاتر و کاربرپسندتر سازد. در حقیقت، ماشین مجازی اتریوم بوسیله زبان برنامه نویسی سالیدیتی، با قراردادهای هوشمند و اپلیکیشن های غیرمتمرکز در تعامل بوده و در فرایند ذخیره کردن شرایط این قراردادها و اجرای آن ها نیز نقش پر رنگی را ایفا می کند.
جدا از این، اتریوم جهت پشتیبانی از قراردادهای هوشمند و بدل گشتن به یک ماشین حالت های توزیع شده، بایستی از خصوصیات دیگری نیز برخوردار باشد مختلف که در ادامه به توضیح آن ها نیز خواهیم پرداخت. اما پیش از آن بد نیست تا در چند خط و بطور خلاصه، به مرور مفهوم قراردادهای هوشمند بپردازیم.
قراردادهای هوشمند
جهت درک بهتر مفهوم ماشین مجازی اتریوم، نیاز است تا قراردادهای هوشمند را نیز به خوبی بشناسیم. در ساده ترین تعریف، قراردادهای هوشمند، قراردادهایی هستند که بصورت کد نویسی، بین طرفین انعقاد می گردند. از طرفی، خود این قراردادها هستند که خودشان را اجرا می کنند. این یعنی که قراردهای هوشمند جهت انجام فعالیت های خود، هیچگونه نیازی به نظارت یک شخص ثالث مورد اعتماد طرفین ندارند.
بیشتر بخوانید: کیف پول قرارداد هوشمند؛ برترین کیف پول های دیفای
در حقیقت، این قراردادها به طرفین این امکان را می‌دهند تا به طور ناشناس و از سرتاسر جهان، بدون هیچگونه نیازی به اخذ مجوز جهت تأیید تراکنش‌ها، به شکلی قابل اعتماد با هم معامله کنند. البته اجرای چنین قراردادهایی به هیچگونه سیستم قانونی یا سازوکار اجرایی نیز بستگی ندارد. همچنین بد نیست بدانید که ماهیت وجودی قراردادهای هوشمند، به علت نحوه طراحی شبکه بلاک چین اتریوم است که امکان پذیر شده است.
همچنین بخوانید: آسیب پذیری های قرارداد هوشمند
قطعی بودن ماشین مجازی اتریوم
در ساده ترین بیان، قطعی بودن (Deterministic) ماشین مجازی اتریوم یعنی به ازای کلیه ورودی های یکسان، تنها یک خروجی وجود دارد؛ این یعنی هیچ اهمیتی ندارد که ماشین تورینگ، چند مرتبه دستورات را اجرا کرده باشد. از طرفی، قطعی بودن یکی از اصلی ترین خصوصیات مورد نیاز ماشین مجازی اتریوم است؛ چراکه هر لحظه این امکان وجود دارد تا اپلیکیشن های غیر متمرکز و پروژه های فعال بر بستر بلاک چین اتریوم، تراکنش هایی با مبالغ بالا را پردازش کنند. بنابراین، ثبت و عدم تغییر اطلاعات مربوط به تراکنش های انجام شده، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار خواهد بود.
ماشین مجازی اتریوم ایزوله است
اساساً بایستی قراردادهای هوشمند را در محیطی ایزوله اجرا کرد تا بدین ترتیب احتمال هک یا بروز خطا در آن ها کاهش یابد. در حقیقت وقتی که هریک از قراردادهای هوشمند در محیطی ایزوله اجرا شوند، اگر به یکی از آن ها حمله شده یا خطایی در هرکدام از آنها رخ دهد، این مشکل بر عملکرد دیگر قراردادهای هوشمند تاثیری نگذاشته و پروتکل اصلی ماشین مجازی اتریوم را تحت تأثیر خود قرار نخواهد داد.
ماشین مجازی اتریوم پایان پذیر است
اگر ماشین مجازی اتریوم را یک ماشین تورینگ کامل در نظر بگیریم، حداقل در حالت تئوری می توان ادعا کرد که قراردادهای هوشمند موجود در این ماشین، قادر هستند تا تمامی مسائل را حل کنند. البته هم اکنون هیچگونه راهکاری جهت کسب اطمینان از اینکه عملکردهای ماشین مجازی در بازه های زمانی مشخص به پایان می رسد، وجود نداشته و این موضوع بیانگر این است که در چنین اکوسیستمی بایستی مکانیزمی وجود داشته باشد که مهلت مشخصی جهت ایجاد محدودیت در آن تعیین شود.
در حقیقت، در شبکه اتریوم از کارمزد گس (Gas Fee) جهت کمک به کاهش ترافیک شبکه استفاده می شود. از طرفی کارمزد گس، بخشی از مکانیزم پاداش دهی در شبکه اتریوم نیز بحساب می آید؛ این موضوع به این شکل است که توسط کارمزد گس (کارمزد تراکنش ها) تعیین می گردد که کدام یک از تراکنش ها جهت پردازش بایستی در اولویت قرار گرفته یا بصورت آنی تایید شوند. از این رو، محدودیت گس همان چیزی است که از آغاز تعیین می شود و زمانی که به پایان برسد، عملیات و پردازش های ماشین مجازی اتریوم متوقف خواهد شد.
همچنین بخوانید: راه حل مقیاس پذیری لایه 2 اتریوم
مدل اقتصادی ماشین مجازی اتریوم
ماشین مجازی اتریوم توانسته تا مدل اقتصادی منحصر به فرد خود را ایجاد کند. در حقیقت، EVM بوسیله کارمزدهای گس، یک ماشین تورینگ کامل همتا به همتا است که قادر است تا از منابع موجود در سرتاسر جهان جهت توسعه برنامه های خود استفاده کند. در نتیجه، دستیابی به هدف اصلی اتریوم، یعنی تبدیل شدن به یک رایانه جهانی، چندان هم دور از دسترس به نظر نمی رسد.
اما سوالی که در اینجا مطرح است این است که چگونه وجود EVM برای پروتکل اتریوم ضروری به نظر می رسد؟ در حقیقت ماشین مجازی اتریوم به هر کاربری که به شبکه این ارز دیجیتال می پیوندد این امکان را میدهد تا کدهای خود را به روشی غیر قابل اعتماد اجرا کند. همچنین نتیجه اجرای هر دسته از کدهای کاربران نیز از طریق قراردادهای هوشمند قطعی (Deterministic) تضمین میشود.
از طرفی بوسیله روشی که کارمزد گس مورد نیاز جهت اجرای یک قرارداد هوشمند را اندازه گیری می کند، پروتکل اتریوم تضمین می کند که تمامی کارمزدها قبل از اجرای قرارداد دریافت شوند. در واقع وقتی که گره ها به شبکه اتریوم می پیوندند، می توانند دستورات خود را بر بستری که در آن هیچگونه نیازی به اعتماد به شخص ثالث نیست، اجرا کنند. ضمناً قراردادهای هوشمند قطعی نیز به این گره ها اطمینان می دهند که در ازای انجام هر دستور صادر شده، پاداش خود را دریافت خواهند کرد و در نتیجه، چنین روشی به محافظت از سیستم اولویت بندی تراکنش ها در شبکه اتریوم کمک شایانی می کند.
نکته مهمی که در اینجا وجود دارد این است که اغلب نودهای اتریوم وظیفه اعتبارسنجی را بر عهده دارند؛ این یعنی این گره ها وظیفه دارند تا اعتبار داده های مربوط به تراکنش های مختلف را بررسی کنند. از طرفی این گره ها بایستی بررسی کنند که آیا طرف فرستنده قرارداد، هزینه کافی جهت اجرای قرارداد هوشمند را در کیف پول ارز دیجیتال خود دارد یا نه. جدا از این موارد، این گره ها وظیفه دارند تا مطمئن شوند که ماشین مجازی اتریوم، به درستی مشغول به کار است.
همچنین بخوانید: سرعت پردازش تراکنش در بلاک چین های قاتل اتریوم چقدر است؟
شروع به کار
هر شرکت کننده در سیستم می تواند فایل پیاده سازی بلاک چین اتریوم را دانلود کرده و پس از نصب، وی آماده میشود تا یک گره کامل را اجرا کرده و به یک نسخه خالی از ماشین مجازی اتریوم دست پیدا کند. در قدم بعدی، کاربر باید اقدام به دانلود تاریخچه بلاک چین اتریوم کند؛ این یعنی که او باید تمامی بلاک ها را از بلاک شما صفر دانلود کند. البته که این فرآیند زمان بر است و کاربر بایستی تراکنش های تمامی بلاک ها را به ترتیب دانلود کرده تا بلاک چین اتریوم را به حالت فعلی خود برساند.
ماشین مجازی اتریوم و اپلیکیشن های غیر متمرکز
اساساً با درک صحیح ماهیت ماشین مجازی اتریوم، تمامی توسعه دهندگان این امکان را خواهند داشت تا به بخشی از این اکوسیستم قابل توجه بدل گردند؛ یعنی اینکه تنها نظاره گر پیشرفت های اکوسیستم اتریوم نبوده و به عضوی خلاق از این شبکه بدل گردند. اساساً تمامی توسعه دهندگان، بدون وجود هیچگونه محدودیتی در خصوص منابع، قادر هستند تا اپلیکیشن های غیر متمرکز خود را بر بستر بلاک چین اتریوم توسعه دهند.
این موضوع به خودی خود، باعث خواهد شد تا بر بستر این شبکه، توسعه دهندگانی که از خلاقیت کافی برخوردار هستند، به دلیل کمبود بودجه کافی، اجرای پروژه خود را منتفی نکرده و آنرا بر بستر بلاک چین اتریوم پیاده سازی کنند. در حقیقت با بهره گیری از قدرت رایانه جهانی اتریوم، توسعه دهندگان مختلف می توانند اقدام به ایجاد موارد مختلفی مثل بازارها، رویدادها، پلتفرم های اشتراک گذاری فایل ها، زیرساخت های جدید برای امور مالی و روش های جدید تعامل بدون اعتماد، کنند.
سخن پایانی
اتریوم بدنبال این است تا با تکیه بر ماشین مجازی خود، به یک رایانه جهانی غیر متمرکز بدل گردد. ماشین مجازی اتریوم مفهومی است که توسعه دهندگان بواسطه آن می توانند اپلیکیشن های غیر متمرکز یا سایر پروژه های بلاک چینی خود را بر بستر بلاک چین اتریوم پیاده سازی کنند. البته با تکیه بر قابلیت پشتیبانی EVM از قراردادهای هوشمند، توسعه دهندگان می توانند شرایط مختلفی را برای قراردادهای هوشند خود وضع کرده تا بدین ترتیب از دریافت پاداش خود اطمینان حاصل کنند.
ماشین مجازی اتریوم جزء مفاهیم تخصصی حوزه بلاک چین و ارزهای دیجیتال بحساب می آید که فقط برنامه نویسان قادر هستند تا به شکل تخصصی عملکرد آن را بررسی کنند. ما در این مطلب از فکت کوینز تلاش کردیم تا به ساده ترین بیان ممکن، ماهیت ماشین مجازی اتریوم را توضیح داده و خصوصیات آن را مورد بررسی قرار دهیم. در هر صورت، در آینده شاهد این خواهیم بود که ماشین های مجازی با سرعت بیشتری رشد کنند و به احتمال زیاد زمانی خواهد رسید که کار با این ماشین ها به حدی ساده شود که هر کاربری، حتی بدون درک دانش برنامه نویسی نیز بتواند به راحتی با این ماشین ها کار کند.
