EVM là gì? Tầm quan trọng của Ethereum Virtual Machine trong Web3

EVM là thành phần có vai trò cực kỳ quan trọng đối với Ethereum. Đây là "cái nôi" để phát triển hệ sinh thái và thúc đẩy các trend như DeFi, NFT, GameFi,... phát triển bùng nổ như chúng ta đã chứng kiến.

Trải qua quá trình dài phát triển cùng với Ethereum cho đến nay, EVM vẫn đang là "hệ điều hành" phi tập trung phổ biến nhất cho dApps và sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ hơn nữa trong tương lai khi giải quyết được những vấn đề về khả năng mở rộng với các giải pháp như: eWASM, Layer 2,...

Cùng Block24 tìm hiểu chi tiết EVM, cấu trúc và cách hoạt động của loại máy ảo này trong bài viết dưới đây nhé!

EVM là gì?

EVM (Ethereum Virtual Machine) là một hệ thống máy tính ảo tích hợp trong mỗi node của mạng lưới Ethereum. EVM cho phép triển khai và thực thi các hợp đồng thông minh (smart contracts), đồng thời giúp các ứng dụng phi tập trung (dApp) có thể hoạt động được. Nói cách khác, EVM chính là “trái tim” của Ethereum, đảm bảo mọi giao dịch được xử lý an toàn và minh bạch trên blockchain.

Để dễ hình dung, bạn hãy xem EVM giống như hệ điều hành của máy tính mà bạn đang sử dụng hiện nay. Nếu máy tính cần Windows hoặc MacOS để chạy các phần mềm như Photoshop, Word, Excel thì blockchain Ethereum cần EVM để xử lý smart contract và dApp (ví dụ: Uniswap, OpenSea, Compound,...).

Sự khác nhau giữa EVM và non-EVM

Hiện tại, nhờ vào thế tiên phong nên EVM là "hệ điều hành" đang được các blockchain sử dụng phổ biến nhất. Mặc dù vậy, EVM vẫn có một số nhược điểm về hiệu suất, dẫn tới việc nhiều dự án blockchain hiện nay tự mình xây dựng máy ảo riêng, được gọi chung là non-EVM.

Để thấy rõ sự khác biệt giữa 2 hệ điều hành blockchain này, bạn hãy xem bảng so sánh giữa EVM và một máy ảo phổ biến khác là Solana VM (SVM) dưới đây:

Từ bảng so sánh trên, chúng ta thấy rằng EVM có lợi thế về thời gian phát triển lâu dài, từ đó xây dựng được một hệ sinh thái lớn mạnh, đây là điểm hấp dẫn giúp thu hút sự tham gia của phần lớn các nhà phát triển và người dùng. 

Còn ở SVM, ưu điểm của máy ảo là được xây dựng sao cho đạt tốc độ cao và chi phí gas rẻ. Nhưng đổi lại, bởi vì cấu trúc khác nên SVM không thể tương thích trực tiếp với EVM, do đó, máy ảo này cần phải thu hút các nhà phát triển tham gia xây dựng hệ sinh thái lại từ đầu.

Một số EVM blockchain tiêu biểu

Sự thành công của EVM giúp tạo ra xu hướng xây dựng blockchain mạnh mẽ, thu hút các nhà phát triển tham gia phát triển một hệ sinh thái EVM khổng lồ như ngày nay. Một số blockchain tương thích EVM tiêu biểu như:

• BNB Chain (Binance Smart Chain cũ): Layer 1 được phát triển bởi Binance, thương hiệu sàn CEX top 1 trên thị trường Crypto.
• Polygon: Một trong những giải pháp mở rộng Ethereum đầu tiên, cung cấp hệ sinh thái dApps tương thích EVM phong phú và có phí gas rẻ hơn nhiều.
• Avalanche: Blockchain tương thích EVM độc đáo với cấu trúc multichain và cơ chế đồng thuận riêng biệt. Nền tảng này cung cấp một hệ sinh thái tốc độ cao và chi phí thấp.
• Arbitrum, Optimism: Đây là các blockchain Layer 2 được thiết kế để cung cấp môi trường xử lý giao dịch có tốc độ cao và phí gas rẻ nhưng vẫn thừa hưởng tính bảo mật hàng đầu đã được chứng minh qua thời gian của Ethereum.

Và còn nhiều blockchain khác vẫn đang được xây dựng và phát triển.

Lịch sử hình thành và phát triển

EVM không phải là phát minh trong một sớm một chiều mà đã được lên ý tưởng từ rất sớm và phải trải qua một quá trình phát triển lâu dài. Cụ thể:

• Cuối năm 2013: Vitalik Buterin nêu ý tưởng về một blockchain không chỉ dùng để ghi nhận lại các giao dịch mà còn có thể lập trình và thực thi các câu lệnh phức tạp.
• Đến tháng 4/2014: Tiến sĩ Gavin Wood (CTO và Co-founder của Ethereum) đã công bố Yellow Paper, trong đó cung cấp các đặc điểm kỹ thuật chính thức đầu tiên của EVM.
• Trong năm 2014 và 2015: EVM được xây dựng dựa trên Yellow Paper và thử nghiệm cùng với Ethereum.
• Ngày 30/07/2015: Ethereum chính thức ra mắt với phiên bản Frontier. Đây cũng là lần đầu tiên một hệ điều hành phi tập trung như EVM được chạy trên blockchain.

Trải qua 10 năm kể từ ngày ra mắt đầu tiên, EVM đã được cải tiến và tối ưu hoá nhiều lần cùng với các bản nâng cấp hard fork của Ethereum. Những bản nâng cấp nổi bật phải kể đến bao gồm:

• Byzantium (tháng 10/2017): Giới thiệu một số opcode (mã vận hành) mới cho EVM để giúp các nhà phát triển xây dựng các mã phức tạp hơn và giảm phí gas.
• Constantinople (tháng 02/2019): Tiếp tục giới thiệu các opcode mới và giảm chi phí gas.
• Istanbul (tháng 12/2019): Tăng khả năng tương tác của Ethereum với các loại Crypto khác. Điều chỉnh lại phí gas của một số opcode để phù hợp với tài nguyên mà chúng sử dụng.
• Berlin (tháng 04/2021): Giới thiệu các loại giao dịch mới và tiếp tục tối ưu chi phí gas cho một số hoạt động của EVM.
• London (tháng 8/2021): Giới thiệu EIP-1559, bản nâng cấp quan trọng thay đổi cơ chế tính phí giao dịch mới của Ethereum, ảnh hưởng đến cách định giá một số hoạt động của EVM.
• The Merge (tháng 9/2022): Dù là bản nâng cấp mang tính bước ngoặt cho sự phát triển của Ethereum nhưng không thay đổi kiến trúc hoặc cách mà smart contract được thực thi trên EVM.

Tầm quan trọng của EVM

Tạo hiệu ứng mạng lưới khổng lồ

EVM là máy ảo phi tập trung đầu tiên trên thị trường, nhận được sự chấp nhận rộng rãi từ cộng đồng nhà phát triển. Nhờ đó, EVM tạo ra một hiệu ứng mạng khổng lồ, đó là càng nhiều nhà phát triển xây dựng dApps hữu ích thì càng thu hút người dùng tham gia. Mà càng có nhiều người dùng tham gia thì lại tiếp tục khuyến khích thêm sự phát triển của toàn hệ sinh thái.

Vòng lặp này diễn ra liên tục từ khi ra đời đã hình thành nhiều hệ sinh thái lớn nhỏ kết nối với Ethereum, biến EVM thành mạng lưới lớn nhất trên thị trường Crypto đến nay.

Tiêu chuẩn cho sự phát triển smart contract và dApps

Bên cạnh đó, với việc tiên phong và nhận được sự chấp nhận rộng rãi, EVM trở thành tiêu chuẩn "vàng" cho các nhà phát triển khi xây dựng smart contract và dApps. Điều này giúp Solidity trở thành ngôn ngữ lập trình smart contract phổ biến nhất mà gần như bất kỳ nhà phát triển nào khi gia nhập lĩnh vực blockchain cũng phải học qua.

Hình thành và thúc đẩy sự bùng nổ của hệ sinh thái

Ngoài ra, EVM cũng là cơ sở quan trọng để hình thành khái niệm hệ sinh thái blockchain và thúc đẩy sự phát triển của các xu hướng trên thị trường Crypto. Một số ví dụ nổi bật phải kể đến như: DeFi, NFT, GameFi,...

Có thể nói, nếu không có EVM thì chúng ta đã không có những xu hướng kể trên. Và hiện tại, đây vẫn là hệ điều hành phi tập trung hàng đầu mà chúng ta có thể trông chờ sẽ tạo ra những trend bùng nổ tiếp theo.

Thành phần và cách hoạt động của EVM

EVM là một môi trường thực thi biệt lập (sandboxed) được tích hợp trong mỗi nút (node) của mạng lưới xác thực. Chức năng chính của EVM là xử lý và thực thi các câu lệnh của smart contract. Một số thành phần và cách hoạt động của chúng trong cấu trúc của EVM bao gồm:

Bytecode

Bytecode là một dạng ngôn ngữ cấp thấp, bao gồm một chuỗi các opcodes (mã vận hành) như: ADD (phép cộng), MSTORE (sao chép dữ liệu vào bộ nhớ), SSTORE (lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn),... Lợi ích của ngôn ngữ cấp thấp này là đảm bảo những câu lệnh viết bằng ngôn ngữ như Solidity hoặc Vyper trong smart contract đều được tất cả các node hiểu và thực thi theo cùng một cách.

Ví dụ về bytecode: Ở một lệnh đơn giản trong Solidity như a + b thì sẽ được dịch thành các opcodes: 

PUSH1 a,

PUSH1 b,

ADD

Stack, Memory và Storage

Đây là 3 bộ nhớ lưu trữ dữ liệu có vai trò và chi phí khác nhau như sau:

1. Stack: Hoạt động theo cấu trúc dữ liệu LIFO (Last-In First-Out, Dữ liệu nhập vào sau được xuất ra trước). Mục đích của Stack là dùng để chứa các dữ liệu đơn giản như biến cục bộ, tham số của hàm và địa chỉ trả về. Những dữ liệu này được lưu trữ tạm thời, sẽ bị xoá sạch sau quá trình thực thi hàm kết thúc. Chi phí sử dụng Stack là thấp nhất trong 3 bộ nhớ lưu trữ dữ liệu của EVM.
2. Memory: Cách hoạt động tương tự như RAM của máy tính, dùng để lưu trữ những dữ liệu phức tạp hơn trong một lần gọi hàm như: dynamic arrays, string hoặc truyền dữ liệu giữa các smart contracts. Những dữ liệu này cũng là tạm thời và bị xóa sạch sau khi quá trình gọi hàm kết thúc. Chi phí để sử dụng bộ nhớ lưu trữ này cao hơn so với Stack.
3. Storage: Đây là kho lưu trữ dữ liệu hoạt động theo cơ chế key-value. Bộ nhớ này sẽ lưu trữ vĩnh viễn trạng thái của smart contract trên blockchain Ethereum, tồn tại qua các khối khác nhau. Vòng đời của những dữ liệu này là vĩnh viễn, do đó chi phí để đọc chúng sẽ ngày càng nhiều khi có càng nhiều block được tạo. Cùng với đó, phí để ghi vào cũng khá đắt đỏ.

Gas và Gas Fee

Gas là đơn vị đo lường chi phí cần để thực hiện một giao dịch, mỗi opcodes sẽ có một mức tiêu thụ nhất định. Việc sử dụng cơ chế gas này mang lại 2 mục đích, bao gồm:

• Hạn chế hình thức tấn công DOS: Bởi vì cần phải tốn phí gas để thực hiện giao dịch, kẻ tấn công sẽ phải tốn rất nhiều tiền để có thể làm quá tải mạng lưới. Từ đó làm giảm đi ý định tấn công DOS của chúng.
• Khuyến khích xác thực mạng lưới: Phí gas thu từ người dùng sẽ được chia sẻ cho các validator để khuyến khích càng nhiều người tham gia xác thực giao dịch hơn, nâng cao tính bảo mật của mạng lưới.

Gas Fee là khoản phí cụ thể thường được tính bằng ETH mà người dùng cần phải thanh toán mỗi khi giao dịch. Kể từ bản nâng cấp EIP-1559 diễn ra vào ngày 05/08/2021 trong bản London Hard Fork, gas fee được tính theo công thức:

Gas Fee = (Base Fee + Priority Fee) × Gas Used

Trong đó: 

• Base Fee: Được xác định dựa trên mức độ tắc nghẽn của mạng lưới. Phần phí này sẽ được đốt đi sau khi thu được để giảm bớt nguồn cung của ETH.
• Priority Fee: Người dùng có thể trả thêm khoản tiền "boa" này để các validator ưu tiên xử lý giao dịch của họ trước.
• Gas used: Lượng gas cần để thực hiện giao dịch.

Tính Quasi-Turing Complete

Quasi-Turing Complete là hệ thống gần giống với Turing Complete. Việc không để EVM giống hoàn toàn với hệ thống Turing Complete sẽ giúp máy ảo này tránh rơi vào vòng lặp vô hạn, một tình trạng có thể khiến cho các node bị treo và sụp đổ toàn bộ mạng lưới. Vấn đề này còn được gọi với thuật ngữ là Halting Problem.

EVM đã được giải quyết vấn đề này bằng gas. Ở mỗi giao dịch được thực hiện, chúng ta thường phải cung cấp giá trị gasLimit (giới hạn gas). Trong lúc thực thi, nếu như giao dịch đã tiêu tốn hết gas thì nó bị dừng lại và toàn bộ các thay đổi trạng thái mạng sẽ được hoàn tác (revert). Tóm lại, nhờ vào cơ chế gas, mọi lệnh giao dịch trên EVM sẽ phải luôn dừng lại, không phải vì chúng đã hoàn tất thì cũng do đã đạt tới giới hạn gas.

Tính Deterministic

Deterministic (tạm dịch: quyết định), đây là đặc tính quan trọng của EVM nói riêng và blockchain nói chung vì nó liên quan đến sự đồng thuận. Đặc tính này yêu cầu tất cả các node phải có khả năng thực thi lại các giao dịch một cách độc lập và cho ra cùng một kết quả. Chỉ có vậy thì các node mới có thể đồng thuận về trạng thái chung của mạng lưới, nếu không mạng lưới sẽ bị phân tách (fork) thành nhiều phiên bản khác nhau.

Do đó, ở mọi khía cạnh của EVM, từ các opcodes đến cách xử lý lỗi đều được thiết kế để đảm bảo tính quyết định này.

Tương lai của EVM

Mặc dù EVM gần như đang thống trị toàn bộ thị trường blockchain nhưng máy ảo này vẫn tồn tại rất nhiều nhược điểm cần phải giải quyết để có thể ứng dụng được vào trong đời sống của con người. 

Hai giải pháp đang được xem là tương lai của EVM bao gồm:

eWASM (Ethereum WebAssembly)

eWASM được viết tắt từ Ethereum WebAssembly (WASM). Điều này có nghĩa là eWASM sẽ dựa trên WASM, đây là ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở đang được các tập đoàn công nghệ khổng lồ như Microsoft, Apple, Google hỗ trợ phát triển. Lợi ích lớn nhất của ngôn ngữ này là cho phép chạy các đoạn code gần đạt với tốc độ của phần cứng.

Như vậy, nếu như giải pháp này được hoàn thiện có thể mang tới khả năng giải quyết triệt để vấn đề về tốc độ và khả năng mở rộng của EVM.

Tuy nhiên, tính đến tháng 7/2025, eWASM vẫn là giải pháp trên lý thuyết và đang được nghiên cứu, xây dựng. Việc phát triển giải pháp này đang gặp rất nhiều rào cản về kỹ thuật phức tạp và lo ngại tính bảo mật bị ảnh hưởng.

Vì vậy, nhiều giải pháp gián tiếp khác đã được phát triển song song và cái tên tiềm năng trong số đó là blockchain Layer 2.

Các giải pháp blockchain Layer 2

Layer 2 (L2) hoạt động như một blockchain phụ chạy song song nhưng dữ liệu giao dịch vẫn được xác thực và lưu trữ trên Ethereum. Thay vì thực hiện giao dịch trực tiếp trên Layer 1 với chi phí cao và thường xuyên nghẽn mạng, người dùng có thể sử dụng các blockchain phụ này để đạt được tốc độ cao, phí gas rẻ nhưng vẫn thừa hưởng tính bảo mật hàng đầu của Ethereum.

Hiện tại trên thị trường đã nhiều giải pháp L2 được cho ra mắt để phục vụ người dùng. Mặc dù các dự án này đã giải quyết phần lớn vấn đề của Ethereum, tuy nhiên, chúng ta vẫn cần thêm thời gian để L2 có thể chứng minh tính ổn định và ngày càng hoàn thiện hơn.

Xem thêm >> Tổng hợp các dự án Layer 2 nổi bật trên Ethereum

FAQ

Tôi có phải tương tác trực tiếp với EVM không?

Không. Khi muốn thực thi một lệnh bất kỳ, bạn sẽ tương tác trực tiếp với dApps và ví Crypto, còn EVM sẽ xử lý yêu cầu của bạn ở "hậu trường".

EVM có an toàn hay không?

EVM sẽ an toàn nếu như smart contract và dApps xây dựng trên nó được kiểm tra kỹ lưỡng, thường xuyên và mã hoá đúng cách.

EVM-Compatible là gì?

EVM-Compatible là thuật ngữ chỉ các blockchain có tính tương thích với Ethereum. Mức độ tương thích càng cao thì các dApps, smart contract trên Ethereum càng không cần thay đổi mã nguồn để chạy trên các blockchain đó.

Có phải tất cả các blockchain đều sử dụng máy ảo EVM không?

Không. Hiện nay trên thị trường đã có thêm nhiều máy ảo khác để các dự án blockchain có thể lựa chọn. Ngoài ra, nếu như đủ nguồn lực, những dự án này có thể tự phát triển máy ảo của riêng họ.

Gas fee là gì? Mối tương quan với EVM?

Gas fee là chi phí phải trả cho mạng lưới để tính toán và thực thi lệnh giao dịch mỗi khi người dùng tương tác với smart contract, dApps trên EVM.

Hiện tại, người dùng sẽ thanh toán gas fee này bằng ETH, con số phải trả phụ thuộc vào mức độ phức tạp của giao dịch và tình trạng nghẽn mạng ở thời điểm giao dịch.

Trên đây là bài giải thích chi tiết về EVM, cấu trúc, cách hoạt động và tương lai của máy ảo phổ biến nhất trên thị trường Crypto. Theo bạn thì liệu EVM có giữ vững được vị thế thống trị của mình trước sự ra đời của rất máy ảo mới tiềm năng hay không? Hãy cho mình biết ý kiến của bạn ở phần bình luận dưới bài viết này nhé!

Lưu ý: Nội dung bên trên không phải là lời khuyên đầu tư. Chỉ nên tham khảo và tự mình tìm hiểu kỹ trước khi quyết định xuống tiền. Hãy là nhà đầu tư có trách nhiệm với tài sản của mình, chúc anh em thành công!