EVM (Ethereum Virtual Machine) คืออะไร? สรุปครบจบที่เดียว

‍

เมื่อพูดถึงคริปโทเคอร์เรนซีสิ่งแรกที่ทุกคนนึกถึงคงหนีไม่พ้น Bitcoin แต่ถ้าพูดถึงบล็อกเชนที่มีจุดเด่นอื่นคงจะเป็นอะไรไปไม่ได้นอกจาก Ethereum ที่มีแอปพลิเคชันกระจายศูนย์ หรือ Decentralized Application (dApp) ที่หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็น DeFi, NFT, SocialFi, GameFi และอื่นๆ อีกมากมาย เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีนี้ ชื่อของ EVM (Ethereum Virtual Machine) มักจะถูกพูดถึงเสมอ ในบทความนี้จะพาไปเจาะลึกว่า EVM คืออะไร

‍

EVM คืออะไร?

EVM หรือ Ethereum Virtual Machine คือสภาพแวดล้อมของการประมวลผลที่ทำงานบนเครือข่าย Ethereum ทำหน้าที่เป็นหัวใจสำคัญในการรันสัญญาอัจฉริยะ (Smart Contracts) และการประมวลผลธุรกรรมต่าง ๆ บนเครือข่าย Ethereum โดยทุกโหนดในเครือข่ายจะสามารถใช้ EVM เพื่อให้การดำเนินการ การยืนยันธุรกรรมเป็นไปอย่างราบรื่น รักษาความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และความสอดคล้องของเครือข่าย Ethereum ในการประมวลผลธุรกรรมและสัญญาอัจฉริยะให้เป็นไปตามกฎที่กำหนด

‍

ส่วนประกอบหลักของ EVM มีอะไรบ้าง

การพัฒนาบน Ethereum นักพัฒนาจะทำการเขียนโค้ดสัญญาอัจฉริยะ (Smart Contracts) ในภาษาคอมพิวเตอร์ที่ชื่อว่า Solidity ซึ่งเป็นภาษาระดับสูงเชิงวัตถุ ที่ทำหน้าที่ควบคุมพฤติกรรมหรือการใช้งานของบัญชีภายใน Ethereum ซึ่งจะทำให้การทำงานของ EVM ครบสมบูรณ์ ซึ่งมีองค์ประกอบสำคัญดังนี้

• Program Counter ช่วยบอกตำแหน่งของคำสั่งถัดไปที่จะดำเนินการ ทำหน้าที่คล้ายกับ CPU ในคอมพิวเตอร์
• Stack ช่วยเก็บข้อมูลชั่วคราวที่ใช้ในการประมวลผลโค้ด ทำหน้าที่คล้ายกับการใช้ RAM ในคอมพิวเตอร์
• Memory ช่วยเก็บข้อมูลถาวรที่ใช้ในสัญญาอัจฉริยะ ทำหน้าที่คล้ายกับการใช้ Hard Drive ในคอมพิวเตอร์
• Instructions Set เป็น ชุดคำสั่งที่ EVM ใช้ในการรันโค้ดสัญญาอัจฉริยะ ซึ่งครอบคลุมการดำเนินการพื้นฐานทางคณิตศาสตร์ การจัดการหน่วยความจำ และการโต้ตอบกับบัญชีผู้ใช้และสัญญาอัจฉริยะอื่น ๆ

นอกจากนี้ EVM ยังมีองค์ประกอบอื่น ๆ ทำงานร่วมกันเพื่อประมวลผลและรันโค้ด (Runtime Environment) สัญญาอัจฉริยะ ที่น่าสนใจได้แก่

• Opcode คือ คำสั่งพื้นฐานที่ EVM เข้าใจและใช้ในการประมวลผลโค้ด
• Gas คือ หน่วยวัดค่าธรรมเนียมสำหรับการใช้งาน EVM
• State คือ บันทึกข้อมูลทั้งหมดบนบล็อกเชน Ethereum

EVM ทำงานอย่างไร?

Ethereum Virtual Machine (EVM) ทำงานโดยการรันโค้ดสัญญาอัจฉริยะที่เขียนด้วยภาษา Solidity หรือ Vyper ผ่านการประมวลผลชุดคำสั่งที่ถูกกำหนดไว้ใน Instruction Set ของ EVM โหนดทุกตัวในเครือข่าย Ethereum จะรัน EVM เพื่อให้เกิดการประมวลผลและยืนยันธุรกรรมในลักษณะที่เป็นเอกฉันท์ (consensus) ขณะที่ EVM รันโค้ด จะใช้ Stack เพื่อการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ Memory สำหรับการจัดเก็บข้อมูลชั่วคราว และ Storage สำหรับการจัดเก็บข้อมูลถาวร

การทำงานของ EVM แบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนหลัก

1. การส่งคำสั่ง (Deployment)

ผู้พัฒนาเขียนโค้ดสัญญาอัจฉริยะโดยใช้ภาษา Solidity หรือภาษาอื่น ๆ ที่รองรับ EVM แล้วค่าธรรมเนียม (Gas) เพื่อ Deploy โค้ดสัญญาอัจฉริยะบนเครือข่าย Ethereum จากนั้นโหนดบนเครือข่ายจะตรวจสอบและยืนยันธุรกรรม เมื่อธุรกรรมได้รับการยืนยัน โค้ดสัญญาอัจฉริยะจะถูกเก็บไว้บนบล็อกเชน Ethereum

‍

2. การดำเนินการ (Execution)

เมื่อมีการเรียกใช้ฟังก์ชันบนสัญญาอัจฉริยะ โหนดบนเครือข่ายจะประมวลผลโค้ดสัญญาอัจฉริยะนั้นโดยใช้ EVM จากนั้น EVM จะอ่านโค้ดสัญญาอัจฉริยะจากบล็อกเชน Ethereum แล้วประมวลผลคำสั่งในโค้ดสัญญาอัจฉริยะทีละคำสั่งโดยผลลัพธ์จากการประมวลผลจะถูกเก็บไว้บนบล็อกเชน Ethereum

‍

3. การอัพเดตสถานะ (State Updates)

เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสถานะของสัญญาอัจฉริยะ (เช่น ยอดคงเหลือในบัญชี) ข้อมูลใหม่จะถูกบันทึกลงบนบล็อกเชน Ethereum โดยการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะส่งผลต่อการเรียกใช้ฟังก์ชันบนสัญญาอัจฉริยะในอนาคต

ความสำคัญของ EVM

EVM มีความสำคัญอย่างมากในระบบนิเวศของ Ethereum เนื่องจากเป็นหัวใจสำคัญที่ทำให้เครือข่ายสามารถรันสัญญาอัจฉริยะ (Smart Contracts) และแอปพลิเคชันกระจายศูนย์ (dApp) ได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย ดังนี้

1. ความยืดหยุ่นในการพัฒนา

EVM ช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างแอปพลิเคชันกระจายศูนย์ (dApp) ได้ง่ายโดยไม่ต้องพัฒนาระบบบล็อกเชนใหม่ และสามารถสร้างด้วยภาษาการเขียนโปรแกรมที่เป็นที่รู้จัก เช่น Solidity และ Vyper โดยนักพัฒนาสามารถใช้ EVM เพื่อทดสอบและดีบักโค้ดก่อนที่จะปรับใช้สัญญาอัจฉริยะลงในเครือข่ายหลักของ Ethereum

2. ความสอดคล้อง

ทุกโหนดในเครือข่าย Ethereum ใช้ EVM ในการประมวลผลธุรกรรมและรันสัญญาอัจฉริยะ ซึ่งหมายความว่าทุกโหนดมีมุมมองเดียวกันของสถานะเครือข่าย โดยความสอดคล้องนี้จะช่วยให้เครือข่าย Ethereum เป็นเครือข่ายที่น่าเชื่อถือและเชื่อถือได้

3. ความปลอดภัย

EVM ช่วยรักษาความปลอดภัยของเครือข่าย Ethereum โดยการทำให้แน่ใจว่าการดำเนินการของสัญญาอัจฉริยะจะเป็นไปตามที่กำหนด ไม่มีข้อผิดพลาดหรือการกระทำที่ไม่พึงประสงค์ที่อาจทำให้เกิดช่องโหว่หรือการโจมตี

4. การจัดการธุรกรรม

EVM ทำหน้าที่ในการประมวลผลและจัดการธุรกรรมทั้งหมดบนเครือข่าย Ethereum รวมถึงการโอนเหรียญ ETH และการเรียกใช้ฟังก์ชันในสัญญาอัจฉริยะ ทำให้การดำเนินการบนเครือข่ายเป็นไปอย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพ

5. การสนับสนุนจากชุมชน

เนื่องจาก Ethereum เป็นเครือข่ายที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับการพัฒนาแอปพลิเคชันกระจายศูนย์ EVM จึงได้รับการสนับสนุนจากชุมชนนักพัฒนาทั่วโลก ซึ่งหมายความว่ามีเครื่องมือและทรัพยากรในการพัฒนาที่หลากหลาย ช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างและปรับปรุง dApps ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

‍

ฟีเจอร์หลักของ EVM

ฟังก์ชั่นหลักและฟีเจอร์สำคัญของ EVM ที่เป็นหัวใจในการประมวลผลที่ใช้ในการรันสัญญาอัจฉริยะ

• การคงที่ (Deterministic)

หนึ่งในฟีเจอร์ที่สำคัญของ EVM คือ สิ่งที่ตายตัว แน่นอน นั่นหมายความว่า สำหรับโค้ดที่เหมือนกัน เมื่อรันบน EVM ที่ต่างกัน ผลลัพธ์ที่ได้จะเหมือนกันทุกครั้ง ไม่ว่าจะเป็นสิ่งแวดล้อมการรันหรือจำนวนครั้งที่รัน ฟีเจอร์นี้ช่วยให้การทำงานของ EVM มีความแน่นอนและเชื่อถือได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผู้ใช้งาน โดยเฉพาะในกรณีที่มีการทำธุรกรรมขนาดใหญ่บนเครือข่าย Ethereum การมีความแน่นอนของผลลัพธ์ช่วยป้องกันผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดและความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นกับผู้ใช้งาน

• การแยกตัว (Isolate)

ฟีเจอร์อีกอย่างที่มีความสำคัญของ EVM คือการทำงานแบบ Isolated EVM ทำหน้าที่เหมือนกับแซนด์บ็อกซ์ที่แยกตัว ซึ่งโค้ดที่รันใน EVM จะไม่สามารถทำอันตรายต่อซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์ของคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานได้ และจะไม่ส่งผลกระทบต่อโปรโตคอลพื้นฐานของ Ethereum การแยกตัวนี้ช่วยป้องกันการโจมตีจากแฮ็กเกอร์ที่อาจพยายามโจมตีเครื่องที่รัน EVM และยังช่วยปกป้องโปรโตคอลพื้นฐานของ Ethereum จากการถูกปรับเปลี่ยน การมีฟีเจอร์นี้เป็นการประกันความปลอดภัยที่ช่วยให้ Ethereum มีความมั่นคง

• การหยุด (Terminable)

ฟีเจอร์สุดท้ายที่มีความสำคัญคือการที่กระบวนการรันโค้ดบน EVM สามารถถูกหยุดได้ หากผู้ใช้รันโค้ดที่ผิดพลาด เช่น วนลูปไม่รู้จบ ระบบกลไกค่าแก๊ส (Gas) สามารถถูกใช้เพื่อหยุดกระบวนการรันโค้ดเพื่อป้องกันการใช้งานทรัพยากรการประมวลผลอย่างไม่จำกัด ก่อนที่จะรันโค้ดบน EVM ควรตั้งค่าขีดจำกัดของแก๊สไว้ล่วงหน้า เมื่อแก๊สหมดโค้ดจะหยุดทำงาน และสถานะจะถูกคืนกลับโดยไม่มีการอัปเดตใด ๆ บนเชน ฟีเจอร์นี้ช่วยป้องกันปัญหาจากโค้ดที่ผิดพลาดและช่วยให้การทำงานของ EVM มีประสิทธิภาพและปลอดภัย

EVM ได้รับการออกแบบให้มีฟีเจอร์เหล่านี้เพื่อรับรองความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของเครือข่าย Ethereum โดยแต่ละฟีเจอร์จะผสานการทำงานเพื่อให้ผู้ใช้งานสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและใช้ทรัพยากรที่มีอย่างจำกัด

‍

ข้อดีข้อเสียของ EVM

‍

ข้อดีของ EVM

1. ความเชื่อถือได้และแน่นอน

EVM มีการทำงานที่แน่นอน หมายความว่าโค้ดเดียวกันเมื่อถูกรันบน EVM ที่ต่างกันจะให้ผลลัพธ์เหมือนกันเสมอ การมีความแน่นอนนี้ช่วยให้การทำงานของสัญญาอัจฉริยะมีความเชื่อถือได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผู้ใช้งาน โดยเฉพาะในกรณีที่มีการทำธุรกรรมทางการเงิน

2. การแยกตัว

EVM ทำงานในลักษณะของแซนด์บ็อกซ์ที่แยกตัวออกมา ซึ่งช่วยป้องกันโค้ดที่ถูกรันไม่ให้ทำอันตรายต่อซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์ของคอมพิวเตอร์ที่ใช้งาน นอกจากนี้ยังช่วยปกป้องโปรโตคอลพื้นฐานของ Ethereum จากการถูกปรับเปลี่ยนหรือโจมตี ทำให้เครือข่ายมีความปลอดภัยมากขึ้น

3. การหยุดการทำงานได้

ระบบกลไกค่าแก๊ส (Gas) ช่วยป้องกันปัญหาจากโค้ดที่มีข้อผิดพลาด เช่น วนลูปไม่รู้จบ โดยการตั้งค่าขีดจำกัดของแก๊สไว้ล่วงหน้า เมื่อแก๊สหมดการทำงานของโค้ดจะถูกหยุด ทำให้ไม่เกิดการใช้งานทรัพยากรอย่างไม่จำกัด

4. การกระจายอำนาจ (Decentralization)

EVM ทำงานบนเครือข่าย Ethereum ที่มีการกระจายอำนาจทั่วโลก โหนดทุกตัวมีส่วนร่วมในการประมวลผลธุรกรรมและการรันสัญญาอัจฉริยะ การกระจายนี้ช่วยให้ระบบมีความน่าเชื่อถือและยากต่อการโจมตี

5. การสนับสนุนสมบูรณ์ Turing (Turing-complete)

EVM สามารถดำเนินการคำนวณทุกประเภทที่คอมพิวเตอร์สามารถทำได้ ทำให้สามารถสร้างสัญญาอัจฉริยะที่ซับซ้อนและแอปพลิเคชันกระจายอำนาจ (DApps) ได้หลากหลาย

‍

ข้อเสียของ EVM

1. ประสิทธิภาพที่จำกัด

EVM อาจมีประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าระบบที่ไม่ได้ทำงานในลักษณะของแซนด์บ็อกซ์ เนื่องจากการรันโค้ดใน EVM ต้องใช้ทรัพยากรมากขึ้นและการประมวลผลอาจช้ากว่า

2. ค่าแก๊สที่สูง

การดำเนินการบน EVM ต้องใช้ค่าแก๊ส ซึ่งเป็นต้นทุนในการประมวลผล การทำธุรกรรมและการรันสัญญาอัจฉริยะที่ซับซ้อนอาจมีค่าแก๊สที่สูง ทำให้ผู้ใช้ต้องเสียค่าใช้จ่ายมากขึ้น

3. การจำกัดทรัพยากร

เนื่องจากการตั้งค่าขีดจำกัดของแก๊ส การรันโค้ดที่ต้องการทรัพยากรมากอาจไม่สามารถดำเนินการได้เต็มที่ ทำให้บางการดำเนินการที่ซับซ้อนอาจไม่สามารถทำได้ภายในขีดจำกัดที่กำหนด

4. ความซับซ้อนในการพัฒนา

การพัฒนาสัญญาอัจฉริยะและแอปพลิเคชันบน EVM อาจมีความซับซ้อนสูง ต้องใช้ความรู้ทางเทคนิคและการทดสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าโค้ดทำงานได้ถูกต้องและปลอดภัย

5. ปัญหาด้านความปลอดภัย

แม้ว่า EVM จะมีฟีเจอร์การแยกตัวและการหยุดการทำงาน แต่ยังมีความเสี่ยงจากการโจมตีทางไซเบอร์และข้อผิดพลาดในสัญญาอัจฉริยะ การเขียนโค้ดที่ปลอดภัยและการทดสอบที่เข้มงวดเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันปัญหาด้านความปลอดภัย

ค่าแก๊สมีความสัมพันธ์กับ EVM ได้อย่างไรบ้าง

ค่าแก๊ส (Gas) มีความสัมพันธ์กับ EVM ในหลายด้าน ซึ่งรวมถึงการบริหารจัดการทรัพยากร ความปลอดภัย และการกระจายแรงจูงใจในการประมวลผลธุรกรรม

• การวัดการทำงาน ค่าแก๊สใช้เป็นหน่วยวัดปริมาณการประมวลผลที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการแต่ละอย่างบน EVM ยิ่งมีการใช้งานเพื่อประมวลผลมากค่าแก๊สก็จะสูงตาม

• การกำหนดค่าธรรมเนียม ขึ้นอยู่กับจำนวนค่าแก๊สที่ผู้ใช้ต้องการใช้จะส่งผลต่อค่าธรรมเนียมธุรกรรม หากมีผู้ใช้งานมากและผู้ใช้งานเหล่านั้นตั้งค่าธรรมเนียมไว้สูงก็จะส่งผลให้ค่าธรรมเนียม ณ เวลานั้นสูงขึ้นตามไปด้วย
• การจำกัดการโจมตี ค่าแก๊สมีบทบาทสำคัญในการป้องกันการโจมตีแบบ DoS (Denial-of-Service) บนเครือข่าย Ethereum เมื่อมีการใช้ปริมาณมากจะทำให้ค่าแก๊สสูงขึ้นตาม ทำให้ไม่สามารถโจมตีได้

อนาคตของ EVM จะเป็นอย่างไร

แนวโน้มการพัฒนา EVM จะมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องทั้งด้าน การขยายขนาดที่พัฒนาโซลูชั่น Layer 2 และการอัปเกรดเครือข่าย Ethereum ให้มีความสามารถในการรองรับธุรกรรมที่เพิ่มมากขึ้น นำไปสู่การใช้งานที่หลากหลายซึ่งทำให้เกิด dApp รูปแบบใหม่ ปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยการพัฒนาเครื่องมือและเทคนิคเพื่อเพิ่มความเร็วเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผลธุรกรรม รักษาความปลอดภัยใหม่ ๆ เพื่อปกป้องสัญญาอัจฉริยะจากช่องโหว่และการโจมตี รวมทั้งการรวมเข้ากับระบบดั้งเดิม เป็นการเชื่อมต่อ EVM กับระบบดั้งเดิมเพื่อเปิดใช้งานการใช้งานใหม่ ๆ เช่น การชำระเงินแบบดิจิทัลและการจัดการห่วงโซ่อุปทาน

‍

สรุป

เทคโนโลยี EVM มีบทบาทสำคัญต่อระบบนิเวศของ Ethereum เปรียบเสมือนเครื่องจักรเสมือนที่ทำงานบนเครือข่าย Ethereum ทำหน้าที่ประมวลผลและรันโค้ดสัญญาอัจฉริยะ (Smart Contract) โดยเทคโนโลยีนี้มีบทบาทสำคัญต่อระบบนิเวศของ Ethereum อย่างมากและยังคงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง