Ethereum Virtual Machine (EVM) là gì? Tiềm năng phát triển của EVM

Ethereum Virtual Machine (EVM) có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái của Ethereum, đóng vai trò như một bản dịch viên đắc lực, biến các hợp đồng thông minh trên blockchain Ethereum từ ngôn ngữ con người sang ngôn ngữ máy tính. Tuy nhiên, như mọi công nghệ, EVM cũng đối mặt với những thách thức riêng.

EVM có thể được hình dung như một loại “ngôn ngữ máy tính” độc đáo, chỉ hiểu được bởi các nút mạng Ethereum. Khi một hợp đồng thông minh được triển khai, EVM là người thực hiện nó và đảm bảo tính xác thực của mọi giao dịch trên mạng. Tuy nhiên, EVM đang đối mặt với thách thức lớn là khả năng mở rộng.

Khi mạng Ethereum phát triển và sử dụng một cách rộng rãi, EVM phải đối mặt với vấn đề về tốc độ và khả năng xử lý. Hiện nay, EVM gặp khó khăn trong việc xử lý một lượng lớn các giao dịch cùng một lúc, dẫn đến việc giao dịch chậm và phí giao dịch cao. Điều này cản trở việc phát triển và mở rộng ứng dụng trên mạng Ethereum.

Do đó, việc nâng cấp và tối ưu hóa EVM để có thể đáp ứng được tốc độ và khả năng mở rộng là một trong những thách thức lớn mà cộng đồng Ethereum đang nỗ lực giải quyết. Mục tiêu là tạo ra một EVM hiệu suất cao hơn, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến tốc độ và phí giao dịch trên mạng.

Cùng daututienao tìm hiểu Ethereum Virtual Machine (EVM) là gì? Tiềm năng phát triển của EVM qua bài viết dưới đây

Ethereum Virtual Machine (EVM), còn được gọi là máy ảo dành cho Ethereum, là một công cụ tính toán mạnh mẽ đã được phát triển với mục tiêu quản lý và duy trì trạng thái của mạng blockchain Ethereum. EVM chủ trì việc thực thi các smart contract và đảm bảo tích hợp mạng blockchain này một cách an toàn và phi tập trung.

Mỗi node trên mạng Ethereum được trang bị một phiên bản riêng của EVM để đảm bảo sự đồng nhất và đáng tin cậy trong việc quản lý trạng thái. Nhiệm vụ quan trọng của EVM là theo dõi số dư của các tài khoản và mã của tất cả các hợp đồng thông minh. Khi một giao dịch được gửi đến mạng Ethereum, EVM đảm bảo rằng nó được thực thi một cách nhất quán trên toàn bộ mạng, đồng thời cập nhật trạng thái của blockchain.

EVM là hệ thống kiến trúc chủ chốt trong ngữ cảnh của Ethereum, cho phép tạo ra các ứng dụng phi tập trung (Dapp). Dapp là những ứng dụng chạy trên mạng Ethereum và không phụ thuộc vào bất kỳ tổ chức nào. Chúng có khả năng thay đổi cách chúng ta tương tác với các dịch vụ tài chính, trò chơi, và nền tảng truyền thông xã hội, đánh dấu sự bứt phá trong việc tạo ra một môi trường phi tập trung và đa dạng trên blockchain.

Để hỗ trợ tính năng này, Ethereum áp dụng một phương thức phức tạp hơn. Ethereum không chỉ đơn giản là một cuốn sổ cái phân tán, mà thực tế là một máy trạng thái phân tán (machine state). Trạng thái của Ethereum không chỉ bao gồm tài khoản và số dư, mà còn là một trạng thái máy tính có khả năng thay đổi theo từng khối, tuân theo các quy tắc đã định và có khả năng thực thi mã lệnh. Các quy tắc cụ thể để thay đổi trạng thái từ khối này sang khối khác được xác định bởi Ethereum Virtual Machine (EVM).

EVM hoạt động như một hàm toán học: Dựa trên trạng thái hiện tại (S) và một tập hợp các giao dịch hợp lệ mới (T), nó tạo ra một trạng thái mới hợp lệ (S’). Để mô tả chính xác hơn, Ethereum có chức năng chuyển đổi trạng thái (state transition function) như sau:

Trạng thái (State)

Theo định nghĩa trong Ethereum, trạng thái là một cấu trúc dữ liệu vô cùng mạnh mẽ được gọi là Merkle Patricia Trie. Nó bao gồm tất cả các tài khoản và số dư hiện có trên mạng, và có thể được tóm tắt thành một giá trị băm duy nhất được lưu trữ trên blockchain.

Giao dịch (Transactions)

Giao dịch là các hoạt động trao đổi được mã hóa từ các tài khoản và được ký kết bằng mật mã. Có hai loại giao dịch chính: Giao dịch gửi tin nhắn (message) và giao dịch tạo hợp đồng (contract).

Giao dịch tạo hợp đồng tạo ra một tài khoản hợp đồng mới, chứa mã bytecode của hợp đồng thông minh. Khi một tài khoản khác gửi tin nhắn đến hợp đồng này, nó sẽ thực thi mã bytecode của hợp đồng.

Quá trình thực thi của EVM

Quá trình thực thi trong Ethereum Virtual Machine (EVM) có thể được hình dung như một máy tính xếp chồng với 1024 mục cho mỗi quy trình. Mỗi mục là một từ dữ liệu 256 bit, được thiết kế để phù hợp với lược đồ băm SHA-3-256.

Trong quá trình thực thi, EVM duy trì một bộ nhớ tạm thời (được địa chỉ hóa như một mảng byte), nhưng bộ nhớ này không tồn tại qua các giao dịch.

Hợp đồng thông minh có thể chứa ba loại lưu trữ Merkle Patricia, liên kết với các tài khoản và một phần của trạng thái toàn cầu. Mã bytecode của hợp đồng thông minh được thực thi dưới dạng các mã opcodes EVM, thực hiện các phép toán ngăn xếp tiêu chuẩn như XOR, AND, ADD, SUB,…

Ngoài ra, EVM còn có các mã opcodes đặc biệt dành cho blockchain, bao gồm ADDRESS, BALANCE, SHA3, BLOCKHASH,…

Tình hình hiện tại

Trong thị trường blockchain hiện tại, các nền tảng hợp đồng thông minh (Smart Contract Platform) dựa trên Ethereum Virtual Machine (EVM) đang chiếm một phần lớn thị phần. Sự phổ biến này chủ yếu xuất phát từ những ưu điểm đáng chú ý của các blockchain EVM, làm thu hút cả người dùng và các nhà phát triển từ Ethereum.

Bên cạnh Ethereum và các Layer 2, các blockchain EVM độc lập khác như BNB Chain, Polygon, Avalanche C-Chain và nhiều khác cũng đã có sự tăng trưởng mạnh mẽ trong năm 2021 và thu hút một lượng lớn người dùng và giá trị tổng TVL (Total Value Locked). Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, các blockchain này đang phải thay đổi cơ chế đồng thuận của mình để gia tăng thông lượng mạng vào năm 2023. Vậy tại sao lại như vậy?

Vấn đề

Vấn đề quan trọng nằm ở việc các blockchain EVM hiện tại có một hạn chế lớn, đó là việc xử lý các giao dịch theo thứ tự, hiện tượng này có thể hình thành điểm nút thắt cổ chai. Điều này có nghĩa rằng mỗi khi một giao dịch được xử lý, các giao dịch khác phải chờ đợi trong mempool (bộ nhớ tạm thời), tức là chúng bị tạm dừng cho đến khi giao dịch hiện tại được xử lý hoàn toàn. Thậm chí, điều này xảy ra ngay cả khi các giao dịch đó hoàn toàn độc lập với nhau.

Ví dụ: Khi một người muốn chuyển tiền từ BNB Chain sang Ethereum, một người khác muốn chuyển tiền từ Polygon sang Ethereum, thì EVM của Ethereum vẫn phải xử lý từng giao dịch và điều này đã tạo ra một rào cản đáng kể đối với khả năng mở rộng của các mạng này.

Hậu quả

Việc buộc phải xử lý các giao dịch theo thứ tự là một trong những hạn chế lớn của các blockchain, gây tắc nghẽn trong việc xử lý giao dịch. Điều này dẫn đến việc các giao dịch trong các khối mất nhiều thời gian để hoàn thành và làm tăng thời gian tạo khối. Thậm chí, điều này còn hạn chế số lượng giao dịch có thể được đưa vào từng khối. Tổng cộng, nó tạo ra hạn chế đối với khả năng mở rộng của mạng lưới.

Hậu quả của việc này đối với người dùng tương đối lớn, bao gồm việc phí gas tăng lên đáng kể, đặc biệt là trong các thời điểm cao điểm hoặc khi có sự kiện lớn diễn ra. Ví dụ điển hình là Ethereum, trong những lúc cao điểm, phí gas có thể lên đến hàng trăm USD. Hơn nữa, nó còn dẫn đến việc các node phải tiêu tốn nhiều năng lượng hơn trong quá trình vận hành mạng lưới, tạo ra một tải áp lực không nhỏ.

Trong tương lai, Ethereum Virtual Machine (EVM) sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng blockchain và công nghệ tiền điện tử. EVM không chỉ là nền tảng quyết định cho việc thực hiện các hợp đồng thông minh trên mạng Ethereum, mà còn là một công cụ mạnh mẽ cho sự đa dạng hóa ứng dụng blockchain.

Với sự phát triển không ngừng của hệ sinh thái blockchain và sự sáng tạo của cộng đồng phát triển, EVM sẽ được cải tiến và mở rộng để đối phó với các thách thức hiện tại và tương lai. Khả năng tích hợp với các giải pháp Layer 2 và đa chuỗi sẽ tạo ra một môi trường phi tập trung đa nền tảng, mở ra cơ hội cho sự kết nối và sáng tạo không giới hạn.

Từ các ứng dụng tài chính đến lĩnh vực chứng thực số, từ trò chơi blockchain đến các dịch vụ phi tập trung, EVM sẽ tiếp tục hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng phi tập trung đa dạng. Tính bảo mật và an ninh của EVM cũng sẽ được nâng cao để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và hợp đồng thông minh.

Chúng ta có thể mong đợi thấy sự phát triển đầy hứa hẹn của EVM trong các năm tới và cảm nhận rõ ràng tầm quan trọng của nó trong việc tạo nên một tương lai phi tập trung và đổi mới trong ngành công nghiệp blockchain.