O que é a Ethereum Virtual Machine (EVM)?

A Ethereum Virtual Machine (EVM) marca uma inovação decisiva na tecnologia blockchain, atuando como o motor computacional que sustenta a rede Ethereum. Desenvolvida no âmbito da visão de Vitalik Buterin para ampliar as capacidades do blockchain para além das transações peer-to-peer, a EVM viabiliza a execução de smart contracts e aplicações descentralizadas. Esta tecnologia revolucionou o paradigma das redes blockchain, posicionando a Ethereum como líder em computação descentralizada e no desenvolvimento de aplicações. Compreender a tecnologia blockchain EVM é imprescindível para quem pretende dominar a infraestrutura blockchain contemporânea e as suas potencialidades.

O que são smart contracts?

Smart contracts são programas autónomos que se executam automaticamente em redes blockchain, sem necessidade de intervenção humana. Estes contratos autoexecutáveis contêm código definido por developers para cumprir instruções previamente estabelecidas. Após serem implementados no blockchain, os smart contracts funcionam exatamente conforme programado, dispensando intermediários ou supervisão manual. A Ethereum foi pioneira na integração de smart contracts no contexto blockchain, tornando-se a primeira plataforma a operacionalizar esta funcionalidade. Hoje, milhões de smart contracts operam na blockchain Ethereum, abrangendo desde transações financeiras até modelos complexos de governação. A fiabilidade e imutabilidade dos smart contracts tornam-nos ideais para aplicações que exigem execução sem confiança e operações transparentes.

O que é a Ethereum Virtual Machine (EVM)?

A Ethereum Virtual Machine é uma sofisticada camada de software integrada no núcleo do protocolo Ethereum. Ao analisar a arquitetura blockchain EVM, é essencial perceber que a EVM funciona como uma máquina virtual—um ambiente digital que impulsiona toda a rede Ethereum. Esta máquina executa programas, armazena dados, estabelece ligações de rede e realiza tarefas computacionais vitais para as operações do blockchain. A principal função da EVM é executar e implementar smart contracts em toda a rede Ethereum. Constitui o ambiente de execução onde todo o código de smart contracts é processado, assegurando uma execução uniforme em todos os nodes da rede distribuída. Esta camada computacional transforma a Ethereum de um simples registo contabilístico para uma verdadeira plataforma de computação distribuída.

Como funciona

O funcionamento da rede Ethereum vai muito além das transferências de valor peer-to-peer, exigindo uma arquitetura computacional avançada. Os developers descrevem a rede como uma “máquina de estados ilimitados”, expressão que traduz fielmente o modelo operacional da EVM. Compreender a funcionalidade EVM envolve distinguir dois estados interligados: o estado global e o estado da máquina.

Estado global

O estado global constitui a camada de armazenamento permanente da Ethereum, registando todos os saldos de contas e smart contracts. De forma semelhante ao registo da Bitcoin, este estado é descentralizado, imutável e acessível publicamente a qualquer utilizador com acesso à Internet. A EVM atualiza continuamente esta camada após cada transação, garantindo sincronização em tempo real em toda a rede. Qualquer utilizador pode visualizar a blockchain Ethereum através de um explorador de blocos e aceder aos mesmos dados em simultâneo, assegurando transparência e consenso na rede distribuída.

Estado da máquina

O estado da máquina é o ambiente de execução da EVM, onde ocorre o processamento sequencial das transações. Conhecido como “sandbox” da Ethereum para developers, este estado gere dois tipos de transações. O primeiro, “message calls”, refere-se à transferência de tokens ETH entre contas. Nestas operações, a EVM transfere tokens entre carteiras e atualiza o estado global para refletir a transferência. Os remetentes suportam taxas de gas relativas aos recursos computacionais utilizados. O segundo tipo, “contract creation”, ocorre quando os developers lançam smart contracts na Ethereum. Nestes casos, os remetentes pagam taxas de gas e submetem o bytecode do smart contract para execução na rede.

Linguagem de programação Solidity

Solidity é a principal linguagem para criar smart contracts na Ethereum. Como linguagem de alto nível, semelhante a Javascript, a Solidity apresenta uma sintaxe acessível e compreensível para developers. No entanto, as máquinas não interpretam diretamente linguagens de alto nível. Por isso, os developers têm de converter o código Solidity em bytecode legível para máquina, recorrendo a um compilador EVM como o solc. O processo de compilação transforma o código compreensível para humanos em instruções de baixo nível que a EVM executa de forma eficiente. Esta tradução garante que os smart contracts correm de forma uniforme em todos os nodes da Ethereum, independentemente do hardware ou sistema operativo.

Execução de smart contracts

Ao executar código, a EVM consome gas conforme a complexidade computacional de cada operação. O saldo de gas diminui proporcionalmente ao custo das operações realizadas. Se o saldo de gas se esgotar antes da conclusão da transação, a EVM interrompe imediatamente a execução. A transação inacabada é abandonada sem afetar o estado global da rede. Contudo, o saldo de ETH do remetente é reduzido para cobrir os recursos consumidos até ao momento da paragem. Quando a execução termina com sucesso, a EVM atualiza o estado global para refletir o estado da máquina, registando de forma permanente o resultado na blockchain. Este mecanismo assegura a atomicidade das alterações de estado—ou são totalmente concluídas ou totalmente revertidas.

Taxas de gas da Ethereum

As taxas de gas têm um papel central na execução de transações na blockchain Ethereum, cumprindo funções essenciais. Sob o mecanismo de consenso Proof of Work, o processamento de transações exigia hardware e energia substanciais, justificando a remuneração dos mineradores pela manutenção da rede. Nas transferências de ETH, as taxas de gas oscilam em função da congestão e da atividade do pool de transações. A execução de smart contracts envolve custos adicionais de gas. Ao serem executados, os smart contracts são decompostos em “opcodes” (Operational Codes), instruções específicas da EVM com custos de gas atribuídos consoante a complexidade. OpCodes mais elaborados implicam custos mais altos, refletindo o consumo acrescido de recursos. Este sistema é fundamental para proteger a Ethereum contra ataques maliciosos. Por exemplo, num ataque Distributed Denial of Service (DDoS), a EVM continua a processar o smart contract malicioso, cobrando gas por cada operação. Quando o saldo de gas do atacante se esgota, a EVM abandona a transação, neutralizando o ataque sem impactar a integridade da rede.

Quais são os benefícios da EVM?

A EVM oferece benefícios que consolidaram a Ethereum como principal plataforma de aplicações descentralizadas. Entre as vantagens da EVM destacam-se: a salvaguarda da segurança da rede contra atividades maliciosas, permitindo execuções fiáveis de smart contracts e serviços automatizados; e o facto de a Ethereum ser atualmente o maior ecossistema de criptomoedas, referência para a criação de DApps e implementação de smart contracts. Diversas redes blockchain criaram sidechains compatíveis com EVM, permitindo a migração de aplicações sem necessidade de reescrever código. A natureza descentralizada da EVM garante acesso permissionless—qualquer utilizador pode criar smart contracts sem autorização central. Esta abertura tem impulsionado a adoção de serviços e aplicações descentralizadas em toda a indústria. A padronização da EVM deu origem a um ecossistema de developers maduro, com vastas ferramentas, bibliotecas e suporte comunitário.

Casos de uso da EVM

As capacidades da Ethereum Virtual Machine na execução de smart contracts impulsionaram inúmeras aplicações inovadoras. Conhecer as aplicações EVM evidencia a sua utilidade prática. Destacam-se cinco casos de uso principais.

Tokens ERC-20

Os tokens ERC-20 são criados através de smart contracts que usam estruturas de dados predefinidas para definir propriedades, mecanismos de distribuição e rastreio dos tokens. Durante a vaga das Initial Coin Offerings (ICO), foram lançadas muitas criptomoedas com este padrão. Atualmente, os ERC-20 são sobretudo utilizados em stablecoins como a USDT, padronizando interfaces para criação e gestão de tokens.

Plataformas de negociação descentralizadas

As plataformas de negociação descentralizadas permitem comprar, vender ou trocar criptomoedas através de smart contracts. Muitas utilizam aplicações automated market maker (AMM), facilitando o acesso a pools de liquidez sem intermediários e revolucionando o trading de criptomoedas.

NFT

Non-fungible tokens (NFT) são ativos digitais únicos registados no blockchain, autenticando propriedade e não podendo ser replicados. Os entusiastas utilizam smart contracts para criar e cunhar coleções NFT, incluindo exemplares valiosos como Bored Ape Yacht Club (BAYC) e Cryptopunks. Os detentores podem transferi-los ou negociá-los em diversos marketplaces.

Empréstimos DeFi

As plataformas de empréstimos Decentralized Finance (DeFi) permitem emprestar ou pedir emprestado criptomoedas sem intervenção de intermediários. Os smart contracts regulam os protocolos de empréstimo, concedendo crédito imediato aos mutuários e distribuindo juros aos credores, muitas vezes de forma diária.

Organizações Autónomas Descentralizadas

As Organizações Autónomas Descentralizadas (DAO) são entidades comunitárias sem autoridade central. As decisões de governação são tomadas coletivamente pelos membros. As regras base são definidas pela comunidade principal e implementadas via smart contracts, assegurando uma gestão organizacional transparente e democrática.

Limitações da EVM

Apesar das vantagens, a EVM apresenta limitações significativas. Exige conhecimentos de programação Solidity e competências técnicas, tornando difícil para utilizadores não programadores criarem ou interagirem com smart contracts, limitando a acessibilidade. Além disso, as taxas de gas podem ser demasiado elevadas para criar smart contracts ou lançar aplicações na Ethereum, tornando certas operações inviáveis do ponto de vista económico, sobretudo para transações ou aplicações de pequena escala.

Que criptomoedas são compatíveis com a EVM?

As blockchains compatíveis com EVM oferecem soluções eficazes para o elevado custo das taxas de gas da Ethereum. Ao considerar a compatibilidade EVM, os developers adaptaram a arquitetura da Ethereum para criar aplicações descentralizadas com transferências de ativos rápidas entre redes EVM. Muitas blockchains populares adotaram esta abordagem, incluindo plataformas de smart contracts, soluções de layer-2 e redes alternativas. Estas redes mantêm a compatibilidade com os standards de smart contracts da Ethereum, ao mesmo tempo que oferecem mecanismos de consenso alternativos e custos de transação reduzidos, aumentando o alcance e a usabilidade do ecossistema.

O futuro da EVM

Inspirada nos conceitos fundacionais do Bitcoin, a visão de Vitalik Buterin procura criar um supercomputador descentralizado universal. A Ethereum Virtual Machine tem sido central para a concretização deste objetivo. Desde a sua origem, a EVM foi alvo de múltiplas atualizações e continua a evoluir para reforçar desempenho e funcionalidade. A atualização Dencun, lançada no início de 2024, introduziu a EIP-4844, implementando proto-danksharding para reduzir significativamente as taxas de gas ao otimizar o processamento de dados de transações em Layer-2. Esta atualização utiliza um novo tipo de dados, os blobs, armazenados temporariamente em vez de permanentemente na blockchain. A EIP-4788 reforçou ainda a interoperabilidade ao permitir o acesso direto da EVM ao estado da Beacon Chain, crucial para protocolos como liquid staking e operações cross-chain. No futuro, o roadmap da Ethereum aposta na escalabilidade via rollups, com as zero-knowledge EVMs (zkEVM) a desempenharem um papel estratégico. As zkEVM permitem processar transações fora da cadeia mantendo compatibilidade com a Ethereum, melhorando substancialmente a escalabilidade e o desempenho da rede.

Conclusão

A Ethereum Virtual Machine é um pilar da infraestrutura da Ethereum, funcionando como o motor que viabiliza a execução de smart contracts no blockchain. Perceber a tecnologia EVM é fundamental para compreender os sistemas descentralizados atuais e as suas funcionalidades. Este software realiza operações computacionais críticas, do processamento de transferências de tokens à execução de aplicações descentralizadas complexas. Para além do seu papel operacional, a EVM providencia mecanismos de segurança robustos, garantindo uma plataforma segura, resiliente e descentralizada para comunidades globais de developers. Com as evoluções contínuas da Ethereum, como as atualizações Dencun e futuras zkEVM, a EVM permanece central na missão da rede de se afirmar como um verdadeiro computador mundial descentralizado. O seu impacto estende-se para além da Ethereum, com várias redes a adotar a compatibilidade EVM para beneficiar do ecossistema e das ferramentas já estabelecidas. O desenvolvimento constante e a adoção generalizada da EVM comprovam a sua relevância contínua no crescimento e inovação do setor blockchain.

FAQ

Como funciona a EVM no blockchain?

A EVM processa smart contracts, executa transações e gere alterações de estado na blockchain Ethereum. Proporciona um ambiente de computação descentralizado para execução de código, permitindo operações automatizadas e sem confiança baseadas em lógica pré-definida.

A EVM é o mesmo que a Ethereum?

Não, a EVM não é o mesmo que a Ethereum. A EVM (Ethereum Virtual Machine) é o motor de execução da Ethereum, enquanto a Ethereum é a rede blockchain que engloba a EVM e outros componentes.

Qual é o objetivo da EVM?

O objetivo da EVM é executar smart contracts e dApps em várias redes blockchain, assegurando interoperabilidade e execução uniforme de código.