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概覽
以太坊虛擬機（EVM）是以太坊的核心組件，有助於驅動區塊鏈和智慧合約的運作。它在協助以太坊實現用戶採用與去中心化方面至關重要。在本指南中，我們將深入探討 EVM，了解它究竟是什麼以及如何運作。接著，我們將探討幾個關鍵要點，以鞏固我們的理解。
想看影片教學嗎？跟著 Sahil 一起學習，5 分鐘內了解以太坊虛擬機（EVM）。
您需要準備的物品
- 以太坊的基礎知識
- 對資料結構與記憶體的基本理解
您將學到什麼
- 什麼是以太坊虛擬機（EVM）
- 以太坊虛擬機（EVM）的運作原理
- 關於以太坊虛擬機（EVM）的重點摘要
什麼是 EVM？
以太坊虛擬機（EVM）是以太坊的運算引擎，負責管理區塊鏈的狀態，並實現智慧合約的功能。 EVM 內建於您用於在以太坊上運行節點所需的客戶端軟體（例如Geth、Nethermind 等）之中。以太坊上的節點會保存交易資料的副本，由 EVM 進行處理以更新分散式帳本。一般而言，由於客戶端軟體已實作此功能，因此以太坊上的節點皆原生支援 EVM。
接下來，讓我們來探討 EVM 執行的一些任務。
EVM 參與區塊生成與交易執行。在區塊生成過程中，EVM 制定了用於管理各區塊之間狀態的標準。這些狀態儲存於梅克爾-帕特里夏樹（Merkle Patricia Trie）中，並作為以太坊的基準狀態。
在交易執行過程中，EVM 透過解析操作碼（低階機器指令）中的指令來執行任務（例如對智慧合約的函式呼叫）；然而，資料是以位元組碼格式呈現的。 要將資料轉為字節碼，您可以使用Solidity（即智慧合約的原生程式語言）等程式語言，透過字節碼來編譯並部署智慧合約。
請注意，當 EVM 執行任務時，其執行範圍受交易所提供的 gas 數量以及 EVM 的整體限制所限。Gas 是以太坊上運算能力的計量單位。
若想進一步了解交易，請參閱我們的指南《什麼是以太坊交易？》
接下來，讓我們來看看 EVM 的架構。
電子投票機（EVM）是怎麼設計的？
EVM 採用基於堆疊的記憶體結構運作，並包含記憶體、儲存空間及堆疊等記憶體元件（這些元件用於讀寫區塊鏈以及管理狀態）。
EVM 被視為 準圖靈完備，這意味著它能在給定一組指令與輸入的情況下解決問題，但其運算能力受限於交易中提供的 gas 數量。
現在，讓我們來探討當交易字節碼正在執行，或是正在建立新區塊時，EVM 內部是如何運作的。
EVM 是如何運作的？
在本節中，我們將探討 EVM 的運作方式。請注意，這僅是高層次的說明，並未涵蓋 EVM 的所有運作細節。
正如我們先前提到的，EVM 會執行以字節碼格式編寫的任務，並將其解譯為操作碼。接下來讓我們說明智慧合約程式碼（字節碼）是如何被分解為操作碼的。
在此範例中，我們將參考Remix.IDE 上的「簡易儲存合約」（1_Storage.sol）。該簡易儲存合約的編譯後位元組碼如下所示：
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
您可以在Remix.IDE 中開啟範例1_Storage.sol合約，接著進行編譯並點擊「複製字節碼」按鈕，即可查看相同的字節碼。
請注意，EVM 僅使用 140 個唯一的操作碼；然而，總共有 256 個長度為 1 位元的操作碼。現在讓我們來看看合約中某個函式（例如store()）的位元組碼。
60003560e01c80632e64cec11461003b5780636057361d1461005957
上例中的每個位元組都代表一個不同的操作碼。 例如，第一個位元組（例如 60）代表 PUSH1 指令碼，下一個位元組（例如 00）代表要推入的資料，第三個位元組（60）再次代表 PUSH1 指令碼，而下一個位元組則代表其輸入（例如 e0）。 若要查看上述函式的所有操作碼，您可以前往evm.codes/playground，將字節碼輸入 IDE 中，然後點擊「執行」（請務必在下拉式選單中選擇「字節碼」）。
既然我們已經對 EVM 如何執行字節碼有了更多了解，接下來就來探討以太坊的狀態轉換函式吧。
以太坊狀態轉換函數
Y(S、T) = S'
地點：
Y= 狀態轉換函數S= 當前區塊鏈狀態（餘額、合約、儲存空間）T= 新交易S'= 交易完成後的狀態
以太坊的狀態轉換函式，是 EVM 每次執行交易時都會處理的一組公式。該函式的目的是確保交易符合交易標準，且在技術上有效（例如：nonce 正確且簽名有效）。可以將其視為一個純函式，它會接收當前的區塊鏈快照和一筆交易，然後輸出新的有效狀態。
現在您應該更清楚了解 EVM 的運作方式與設計原理了。接下來，讓我們來探討 EVM 的幾項主要優勢。
重點摘要
- 圖靈完備：以太坊具備圖靈完備性，這使其能夠執行任意邏輯，這點與比特幣等其他區塊鏈不同。
- 可組合性：以太坊並非唯一的 EVM 相容區塊鏈。許多第一層（L1）和第二層（L2）區塊鏈都與 EVM 相容，這使得在區塊鏈之間遷移和部署合約，或轉移代幣變得輕而易舉。例如Polygon、BNB Smart Chain、Avalanche 等。
- 去中心化：EVM 讓開發者能夠在以太坊上部署 dApp（去中心化應用程式）。
其他資源
若您想更深入了解 EVM，請參考以下資源：
或者，如果您對建立自己的智慧合約感興趣，不妨參考我們的《以太坊智慧合約運作原理概覽》指南。
結語
太棒了！現在你對 EVM 的了解又多了一點。有任何想法或問題，或是想展示你學到的東西嗎？歡迎在Discord上告訴我們，或透過Twitter 聯絡我們。
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