ما هي آلة إيثريوم الافتراضية (EVM)؟

تُعد آلة إيثريوم الافتراضية (EVM) ابتكاراً جوهرياً في عالم تقنيات البلوك تشين، حيث تشكل المحرك الحسابي الذي يشغل شبكة Ethereum. جاءت هذه التقنية ثمرة رؤية Vitalik Buterin لتعزيز إمكانيات البلوك تشين بحيث تتجاوز التداولات المباشرة بين الأفراد، إذ مكّنت EVM من تنفيذ العقود الذكية والتطبيقات اللامركزية. أحدثت هذه التكنولوجيا نقلة نوعية في آلية عمل شبكات البلوك تشين، وجعلت من Ethereum منصة ريادية في الحوسبة اللامركزية وتطوير التطبيقات. ويُعد الإلمام بتقنية البلوك تشين EVM أمراً أساسياً لفهم بنية البلوك تشين الحديثة وما تتيحه من إمكانات.

ما هي العقود الذكية؟

العقود الذكية هي برامج حاسوبية مستقلة تُنفذ تلقائياً على شبكات البلوك تشين من دون تدخل بشري. تحتوي هذه العقود ذاتية التنفيذ على شيفرة يكتبها المطورون لتنفيذ تعليمات محددة مسبقاً. بعد نشرها على البلوك تشين، تعمل العقود الذكية كما تم برمجتها تماماً، فتستغني عن الحاجة للوسطاء أو الإشراف اليدوي. كانت شبكة Ethereum أول من طبّق العقود الذكية في البلوك تشين، وتعد أول منصة دمجت هذه التقنية بنجاح. حالياً، هناك ملايين العقود الذكية على بلوك تشين Ethereum، وتدير كل شيء من المعاملات المالية إلى الحوكمة التنظيمية المعقدة. وتتميز العقود الذكية بالموثوقية وعدم القابلية للتغيير، ما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب تنفيذاً بدون ثقة وشفافية عالية.

ما هي آلة إيثريوم الافتراضية (EVM)؟

تمثل آلة إيثريوم الافتراضية طبقة برمجية متقدمة ضمن بروتوكول Ethereum الأساسي. عند الحديث عن بنية البلوك تشين EVM، نجد أنها تعمل كآلة افتراضية—بيئة برمجية رقمية تدير عمليات شبكة Ethereum بالكامل. تتيح هذه البيئة الافتراضية تنفيذ البرامج، وتخزين البيانات، والتواصل مع الشبكات، وأداء مهام حسابية متعددة لازمة لتشغيل البلوك تشين. وتتمثل المهمة الرئيسية لـ EVM في تنفيذ ونشر العقود الذكية عبر شبكة Ethereum، إذ تُمثل بيئة التشغيل التي تُعالَج فيها جميع رموز العقود الذكية، ما يضمن التنفيذ الموحد على جميع العقد بالشبكة الموزعة. وهكذا، تحوّل هذه الطبقة الحسابية شبكة Ethereum من نظام دفتر حسابات تقليدي إلى منصة حوسبة موزعة متكاملة.

كيف تعمل

تتجاوز عمليات شبكة Ethereum التحويلات المالية المباشرة، إذ تعتمد بنية حسابية متطورة. يصف مطورو Ethereum الشبكة بأنها "آلة حالة غير محدودة"، وهو توصيف دقيق لطبيعة عمل EVM. لفهم وظيفة البلوك تشين EVM، يجب تحليل طريقة عمل النظام عبر حالتين مترابطتين: حالة العالم وحالة الآلة.

حالة العالم

تشكل حالة العالم طبقة التخزين الدائمة لـ Ethereum، وتحفظ سجلات جميع أرصدة الحسابات والعقود الذكية المنشورة. وكما هو الحال في دفتر حسابات Bitcoin، تُعد هذه الحالة لامركزية، وغير قابلة للتغيير، ومتاحة للجميع عبر الإنترنت. تعمل EVM على تحديث هذه الطبقة باستمرار بعد كل معاملة، ما يضمن المزامنة الفورية للبيانات عبر الشبكة. يمكن لأي شخص يستخدم مستكشف الكتل معاينة بلوك تشين Ethereum ومشاهدة نفس البيانات في الوقت ذاته، ما يكرس الشفافية والإجماع عبر الشبكة الموزعة.

حالة الآلة

تمثل حالة الآلة بيئة التنفيذ الخاصة بـ EVM، وفيها تتم معالجة المعاملات خطوة خطوة. وغالباً ما يسمّيها المطورون "ساحة اختبار Ethereum"، وهي تدير نوعين من المعاملات. النوع الأول "مكالمات الرسائل" (message calls)، ويتعلق بتحويل رموز ETH بين الحسابات، حيث تنقل EVM الرموز من عنوان إلى آخر ثم تحدّث حالة العالم لتعكس التحويل. يدفع المرسل رسوم الغاز نظير الموارد الحسابية المستخدمة خلال معالجة العملية. أما النوع الثاني "إنشاء العقد" (contract creation)، فيحدث عند نشر المطورين للعقود الذكية، حيث يقدم المرسل رسوم الغاز ويرسل شيفرة العقد الذكي (bytecode) ليتم تنفيذها على الشبكة.

لغة البرمجة Solidity

تُعد Solidity اللغة الأساسية لإنشاء العقود الذكية على Ethereum. وكلغة عالية المستوى شبيهة بـ Javascript، توفر Solidity بناءً لغوياً يسهل على المطورين فهمه وكتابته. غير أن الأجهزة لا تستطيع تفسير لغات البرمجة عالية المستوى بشكل مباشر، لذا يلزم ترجمة شيفرة Solidity إلى شيفرة ثنائية (bytecode) قابلة للقراءة الآلية بواسطة مترجم آلة إيثريوم الافتراضية مثل solc. تحول هذه العملية الشيفرة البشرية إلى تعليمات منخفضة المستوى يمكن لـ EVM تنفيذها بكفاءة. تضمن هذه الترجمة التشغيل الموحد للعقود الذكية عبر جميع العقد بالشبكة بغض النظر عن نوع الأجهزة أو النظام التشغيلي.

تنفيذ العقد الذكي

عند تنفيذ الشيفرة، تستهلك EVM الغاز وفقاً لتعقيد كل عملية حسابية منفذة. ينخفض مخزون الغاز بشكل متناسب مع تكلفة الغاز لكل خطوة. إذا نفد مخزون الغاز قبل انتهاء العملية، توقف EVM التنفيذ فوراً، وتهمل المعاملة غير المكتملة دون تعديل حالة العالم أو التأثير على الشبكة. مع ذلك، ينخفض رصيد ETH للمرسل لتغطية الموارد الحسابية المصروفة حتى نقطة التوقف. إذا اكتمل التنفيذ بنجاح، تحدّث EVM حالة العالم لتتوافق مع حالة الآلة، وتُسجل نتائج العملية نهائياً على البلوك تشين. هذه الآلية تضمن أن جميع تغييرات الحالة تكون ذرية—إما مكتملة تماماً أو ملغاة بالكامل.

رسوم الغاز في Ethereum

تلعب رسوم الغاز دوراً محورياً في معالجة العمليات على بلوك تشين Ethereum، إذ تؤدي وظائف أساسية عدة. في آلية إثبات العمل السابقة، تطلبت معالجة العمليات موارد مادية كبيرة وكهرباء، ما فرض حوافز للمعدنين لصيانة الشبكة. بالنسبة لتحويلات ETH، تتغير رسوم الغاز حسب ازدحام الشبكة ونشاط تجمع العمليات. وتضيف العقود الذكية اعتبارات إضافية للغاز، فخلال تنفيذها تُجزّأ الشيفرة الثنائية إلى وحدات أصغر تُسمى "أكواد التشغيل" (opcodes)، وكل رمز يمثل تعليمات محددة لـ EVM لتنفيذ العملية الحسابية، وتُحدد تكلفة الغاز حسب تعقيد كل رمز. الرموز الأكثر تعقيداً تكلف أكثر نظراً لحاجتها لموارد أكبر. تعد هذه الآلية ضرورية لحماية شبكة Ethereum من الهجمات الخبيثة، فمثلاً إذا شن مهاجم هجوم رفض الخدمة الموزع (DDoS)، تستمر EVM في تنفيذ العقد الذكي الخبيث مع فرض رسوم الغاز على كل عملية، وعندما ينفد مخزون الغاز لدى المهاجم، تتخلى EVM عن العملية، ما يعطل الهجوم ويحافظ على سلامة الشبكة.

ما هي فوائد EVM؟

تقدم EVM مزايا عديدة جعلت من Ethereum المنصة الأولى للتطبيقات اللامركزية. عند تقييم مزايا البلوك تشين EVM، تبرز نقاط أساسية عدة. أولاً، تتيح EVM تنفيذ العقود الذكية والخدمات المؤتمتة بشكل آمن وموثوق، ما يمنع الأنشطة الخبيثة من التأثير على أمن الشبكة. تعتبر شبكة Ethereum اليوم أكبر منظومة عملات رقمية، ويُنظر إليها كمقياس ذهبي لإنشاء التطبيقات اللامركزية (DApp) ونشر العقود الذكية. أنشأت الكثير من شبكات البلوك تشين سلاسل جانبية متوافقة مع EVM، ما يتيح للمطورين نقل تطبيقاتهم بسهولة دون تعديل الشيفرة الأصلية. تضمن الطبيعة اللامركزية لـ EVM وصولاً مفتوحاً—أي يمكن لأي شخص إنشاء عقود ذكية دون الحاجة لموافقة مركزية. هذا الانفتاح مكّن المطورين من بناء تطبيقات وخدمات لامركزية تحظى بانتشار واسع في صناعة البلوك تشين. كما أسهم توحيد المعايير في EVM في تكوين منظومة مطورين قوية تدعمها أدوات ومكتبات ومجتمع نشط.

حالات استخدام EVM

أسهمت قدرات تنفيذ العقود الذكية في آلة إيثريوم الافتراضية في ظهور تطبيقات مبتكرة عديدة ضمن قطاع البلوك تشين. ويساعد فهم تطبيقات البلوك تشين EVM في إبراز جدواها العملية. فيما يلي خمسة حالات استخدام رئيسية تبرز مرونة وتأثير EVM.

رموز ERC-20

يتم إنشاء رموز ERC-20 باستخدام العقود الذكية وهياكل بيانات محددة مسبقاً تحدد خصائص الرموز وآليات توزيعها وأنظمة متابعتها. خلال فترة الطرح الأولي للعملات (ICO)، أطلقت العديد من العملات الرقمية باستخدام معيار ERC-20. اليوم، تُستخدم رموز ERC-20 بشكل أساسي في العملات المستقرة مثل USDT، إذ توفر واجهات موحدة لإنشاء الرموز وإدارتها.

منصات التداول اللامركزية

تمكّن منصات التداول اللامركزية المستخدمين من شراء أو بيع أو تداول العملات الرقمية عبر نشر العقود الذكية. وتوظف العديد منها تطبيقات صانع السوق الآلي (AMM)، ما يتيح للمستخدمين الوصول إلى تجمعات السيولة دون وسطاء، وقد أحدثت هذه الآلية ثورة في تداول العملات الرقمية.

الرموز غير القابلة للاستبدال (NFTs)

الرموز غير القابلة للاستبدال (NFTs) هي مقتنيات رقمية فريدة محفوظة على البلوك تشين وتثبت الملكية ولا يمكن تكرارها. يستخدم هواة البلوك تشين العقود الذكية لإنشاء وسك مجموعات NFT، بما فيها مجموعات بارزة مثل Bored Ape Yacht Club (BAYC) وCryptopunks. يمكن للمالكين تحويل أو تداول NFTs عبر أسواق متعددة.

منصات الإقراض المالي اللامركزي (DeFi)

تتيح منصات الإقراض المالي اللامركزي (DeFi) للمستخدمين إقراض أو اقتراض العملات الرقمية دون وسطاء. تتحكم العقود الذكية في بروتوكولات الإقراض والاقتراض، حيث تُصدر القروض فوراً وتمنح المقرضين أرباحاً، غالباً ما تُوزع يومياً.

المنظمات المستقلة اللامركزية

المنظمات المستقلة اللامركزية (DAOs) كيانات جماعية تعمل دون سلطة مركزية، حيث يتخذ الأعضاء قرارات الحوكمة بشكل جماعي حول توجه المشاريع. يضع أعضاء المجتمع القواعد الأساسية للـDAO، وتُطبق لاحقاً عبر العقود الذكية لضمان إدارة شفافة وديمقراطية.

قيود EVM

رغم مزاياها الكبيرة، تواجه EVM بعض القيود المهمة. أولاً، تتطلب معرفة برمجة Solidity ومهارات الترميز، ما يجعل من الصعب على غير المطورين إنشاء أو التعامل مع العقود الذكية ويحد من وصول المستخدمين العاديين. ثانياً، يمكن أن تكون رسوم الغاز مرتفعة جداً عند إنشاء العقود الذكية أو نشر التطبيقات على شبكة Ethereum. خلال فترات ازدحام الشبكة، قد تصبح تكلفة الغاز عائقاً اقتصادياً للمعاملات أو التطبيقات الصغيرة.

ما هي العملات الرقمية المتوافقة مع EVM؟

توفر شبكات البلوك تشين المتوافقة مع EVM حلولاً عملية لمشكلة رسوم الغاز المرتفعة في Ethereum. عند بحث توافق البلوك تشين EVM، قام المطورون بتكييف أجزاء من بنية Ethereum لإنشاء تطبيقات لامركزية تتيح نقل الأصول بسرعة وسهولة بين الشبكات المتوافقة مع EVM. تتبع العديد من شبكات البلوك تشين هذا النهج، ومنها منصات العقود الذكية وحلول الطبقة الثانية والشبكات البديلة، إذ تضمن هذه الشبكات توافقها مع معايير العقود الذكية في Ethereum وتقدم آليات إجماع بديلة وتكاليف معاملات أقل، ما يوسع نطاق المنظومة وسهولة استخدامها.

مستقبل EVM

استناداً إلى مبادئ Bitcoin، تهدف رؤية Vitalik Buterin إلى تأسيس حاسوب خارق لامركزي متاح للجميع. كانت آلة إيثريوم الافتراضية عنصراً حاسماً في تحقيق هذه الرؤية. منذ تأسيسها، خضعت EVM لتحديثات متواصلة لتعزيز الأداء والوظائف. في مطلع 2024، أُضيف تحديث Dencun الذي شمل معيار EIP-4844، مطبقاً تقنية proto-danksharding لتقليل رسوم الغاز عبر معالجة بيانات معاملات الطبقة الثانية بكفاءة أعلى. يستخدم هذا التحديث نوع بيانات جديد يُسمى blobs، يُخزن مؤقتاً بدلاً من حفظه دائماً على البلوك تشين. كما عزز معيار EIP-4788 قابلية التشغيل البيني من خلال إتاحة وصول EVM المباشر إلى حالة سلسلة Beacon، ما يُعد أساسياً لبروتوكولات مثل الرهن السائل والتكامل عبر السلاسل. في المستقبل، سيركز تطوير Ethereum على قابلية التوسع عبر حلول rollups، مع دور محوري لتقنيات zkEVM التي توفر معالجة المعاملات خارج السلسلة بكفاءة مع الحفاظ على توافق Ethereum، مما يعزز بشكل كبير قابلية الشبكة للتوسع والأداء.

الخلاصة

تُعد آلة إيثريوم الافتراضية ركناً أساسياً في بنية Ethereum، فهي المحرك الرئيسي لتنفيذ العقود الذكية على البلوك تشين. يُعد فهم تقنية البلوك تشين EVM ضرورياً لاستيعاب الأنظمة اللامركزية الحديثة وإمكاناتها. تؤدي هذه البرمجية المتقدمة مهاماً حسابية محورية لعمليات الشبكة، من تحويل الرموز البسيطة إلى تنفيذ التطبيقات اللامركزية المعقدة. إلى جانب أهميتها التشغيلية، توفر EVM آليات أمان قوية تمنع الهجمات الخبيثة، وتدعم منصة آمنة ومرنة ولامركزية لمجتمعات المطورين عالمياً. مع استمرار تطور Ethereum عبر تحديثات مثل Dencun وتطبيقات zkEVM المستقبلية، تبقى EVM جوهرية في مسعى الشبكة لتصبح حاسوباً عالمياً لامركزياً. ويمتد تأثيرها إلى شبكات البلوك تشين الأخرى التي تتبنى توافق EVM للاستفادة من منظومة المطورين والأدوات المتقدمة. ويؤكد استمرار تطوير EVM واعتمادها الواسع أهميتها المتواصلة في نمو وابتكار قطاع البلوك تشين.

الأسئلة الشائعة

كيف تعمل EVM في البلوك تشين؟

تعالج EVM العقود الذكية وتنفذ المعاملات وتدير تغييرات الحالة على بلوك تشين Ethereum. توفر بيئة حوسبة لامركزية لتشغيل الشيفرة وتنفيذ العمليات تلقائياً وبدون ثقة وفق منطق محدد مسبقاً.

هل EVM هي نفسها Ethereum؟

لا، آلة إيثريوم الافتراضية (EVM) هي محرك تنفيذ Ethereum، أما Ethereum فهي شبكة البلوك تشين الكاملة التي تضم EVM ومكونات أخرى.

ما هو هدف EVM؟

تهدف EVM إلى تنفيذ العقود الذكية والتطبيقات اللامركزية (dApps) عبر شبكات البلوك تشين المختلفة، لضمان قابلية التشغيل البيني والتنفيذ الموحد للشيفرة.