Перейти к основному содержимому

TVM и EVM

Ethereum Virtual Machine (EVM) и TON Virtual Machine (TVM) - это две стековые виртуальные машины, разработанные для запуска кода смарт-контрактов. Несмотря на то, что у них есть общие черты, между ними есть заметные различия.

Представление данных​

Ethereum Virtual Machine (EVM)​

  1. Основные единицы данных
  • EVM работает в основном с 256-битными целыми числами, так как она была спроектирована для удобной работы с криптографическими функциями Ethereum (например, хеширование Keccak-256 и операции с эллиптическими кривыми).
  • Типы данных в основном ограничены целыми числами, байтами и иногда массивами этих типов, но все они должны соответствовать 256-битным правилам обработки.
  1. Хранилище состояний
  • Все состояние блокчейна Ethereum представляет собой отображение 256-битных адресов в 256-битных значениях. Это отображение поддерживается в структуре данных, известной как Merkle Patricia Trie (MPT).
  • MPT позволяет Ethereum эффективно доказывать согласованность и целостность состояния блокчейна с помощью криптографических проверок, что жизненно важно для децентрализованной системы, такой как Ethereum.
  1. Ограничения структуры данных
  • Упрощение до ограничений в 256 бит означает, что EVM изначально не предназначена для обработки сложных или пользовательских структур данных напрямую.
  • Разработчикам часто требуется внедрять дополнительную логику в смарт-контракты для имитации более сложных структур данных, что может привести к увеличению затрат на газ и увеличению сложности.

TON Virtual Machine (TVM)​

  1. Архитектура на основе ячеек
  • TVM использует уникальную модель "bag of cells" для представления данных. Каждая ячейка может содержать до 128 байтов данных и может иметь до 4 ссылок на другие ячейки.
  • Эта структура позволяет TVM изначально поддерживать произвольные алгебраические типы данных и более сложные конструкции, такие как деревья или направленные ациклические графы (DAG) непосредственно в своей модели хранения.
  1. Гибкость и эффективность
  • Модель ячеек обеспечивает значительную гибкость, позволяя TVM обрабатывать широкий спектр структур данных более естественно и эффективно, чем EVM.
  • Например, возможность создания связанных структур с помощью ссылок на ячейки позволяет создавать динамические и потенциально бесконечные структуры данных, которые имеют решающее значение для определенных типов приложений, таких как децентрализованные социальные сети или сложные децентрализованные финансовые протоколы (DeFi).
  1. Обработка сложных данных
  • Возможность управлять сложными типами данных, изначально заложенная в архитектуре VM, снижает необходимость их имитации в смарт-контрактах, что потенциально снижает стоимость и увеличивает скорость выполнения.
  • Конструкция TVM особенно выгодна для приложений, требующих сложного управления состоянием или взаимосвязанных структур данных, предоставляя разработчикам надежную основу для создания сложных и масштабируемых децентрализованных приложений.

Стековая машина​

Ethereum Virtual Machine (EVM)​

  • EVM работает как традиционная стековая машина, где она использует стек "последним пришел — первым вышел" (LIFO) для управления вычислениями.
  • Она обрабатывает операции, помещая и выталкивая 256-битные целые числа, которые являются стандартным размером для всех элементов в стеке.

TON Virtual Machine (TVM)​

  • TVM также функционирует как стековая машина, но с ключевым отличием: она поддерживает как 257-битные целые числа, так и ссылки на ячейки.
  • Это позволяет TVM помещать и выводить эти два различных типа данных в стек/из стека, обеспечивая повышенную гибкость в прямой управлении данными.

Пример операций со стеком​

Предположим, мы хотим сложить два числа (2 и 2) в EVM. Процесс будет включать помещение чисел в стек и последующий вызов инструкции ADD. Результат (4) останется наверху стека.

Мы можем выполнить эту операцию таким же образом и в TVM. Но давайте рассмотрим другой пример с более сложными структурами данных, такими как хэш-карты и ссылки на ячейки. Предположим, у нас есть хэш-карта, которая хранит пары ключ-значение, где ключи являются целыми числами, а значения — либо целыми числами, либо ссылками на ячейки. Допустим, наша хэш-карта содержит следующие записи:

{
    1: 10
    2: cell_a (which contains 10)
}

Мы хотим сложить значения, связанные с ключами 1 и 2, и сохранить результат с ключом 3. Давайте рассмотрим операции, происходящие в стеке:

  1. Поместить ключ 1 в стек: stack = (1)
  2. Вызвать DICTGET для ключа 1 (извлечь значение, связанное с ключом наверху стека): Извлечь значение 10. stack = (10)
  3. Поместить ключ 2 в стек: stack = (10, 2)
  4. Вызвать DICTGET для ключа 2: Извлечь ссылку на Cell_A. stack = (10, Cell_A)
  5. Загрузить значение из Cell_A: Выполняется инструкция по загрузке значения из ссылки на ячейку. stack = (10, 10)
  6. Вызвать инструкцию ADD: При выполнении инструкции ADD TVM извлечет два верхних элемента из стека, сложит их и поместит результат обратно в стек. В этом случае верхние два элемента — 10 и 10. После сложения стек будет содержать результат: stack = (20)
  7. Поместить ключ 3 в стек: stack = (20, 3)
  8. Вызвать DICTSET: Сохраняет 20 с ключом 3. Обновленная хэш-карта:
{
    1: 10,
    2: cell_a,
    3: 20
}

Чтобы сделать то же самое в EVM, нам нужно задать Mapping, который будет хранить пары ключ-значение, а также функцию, в которой мы будем работать напрямую с 256-битными целыми числами, хранящимися в маппинге. Важно отметить, что EVM поддерживает сложные структуры данных, используя Solidity, но эти структуры построены поверх более простой модели данных EVM, которая принципиально отличается от более явной модели данных TVM

Арифметические операции​

Ethereum Virtual Machine (EVM)​

  • Ethereum Virtual Machine (EVM) обрабатывает арифметику с использованием 256-битных целых чисел. Это означает, что операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление, адаптированы под этот размер данных.

TON Virtual Machine (TVM)​

  • TON Virtual Machine (TVM) поддерживает более широкий спектр арифметических операций, включая 64-битные, 128-битные и 256-битные целые числа, как беззнаковые, так и знаковые, а также операции по модулю. TVM дополнительно расширяет свои арифметические возможности с помощью таких операций, как умножение-затем-сдвиг и сдвиг-затем-деление, которые особенно полезны для реализации арифметики с фиксированной точкой. Это разнообразие позволяет разработчикам выбирать наиболее эффективные арифметические операции на основе конкретных требований их смарт-контрактов, предлагая потенциальные оптимизации на основе размера и типа данных.

Проверки переполнения​

Ethereum Virtual Machine (EVM)​

  • В EVM проверки переполнения не выполняются самой виртуальной машиной. С введением Solidity 0.8.0 автоматические проверки переполнения и потери значимости были интегрированы в язык для повышения безопасности. Эти проверки помогают предотвратить распространенные уязвимости, связанные с арифметическими операциями, но требуют более новых версий Solidity, поскольку более ранние версии требуют ручной реализации этих мер безопасности.

TON Virtual Machine (TVM)​

  • Напротив, TVM автоматически выполняет проверки переполнения для всех арифметических операций, с помощью функций, встроенных непосредственно в виртуальную машину. Такая реализация упрощает разработку смарт-контрактов, изначально снижая риск ошибок и повышая общую надежность и безопасность кода.

Криптография и хэш-функции​

Ethereum Virtual Machine (EVM)​

  • EVM поддерживает специфичную для Ethereum схему криптографии, используя эллиптическую кривую secp256k1 и хэш-функцию keccak256. Более того, EVM не имеет встроенной поддержки доказательств Меркла, которые являются криптографическими доказательствами, используемыми для проверки принадлежности элемента к множеству.

TON Virtual Machine (TVM)​

  • TVM предлагает поддержку 256-битной криптографии на эллиптических кривых, ECC, для предопределенных кривых подобных Curve25519. Он также поддерживает пары Вейля на некоторых эллиптических кривых, которые полезны для быстрой реализации zk-SNARK – доказательства с нулевым разглашением.Также поддерживаются популярные хэш-функции, такие как sha256, что обеспечивает больше возможностей для криптографических операций. Кроме того, TVM может работать с доказательствами Меркла, предоставляя дополнительные криптографические функции, которые могут быть полезны для определенных вариантов использования, к примеру, проверки включения транзакции в блок.

Высокоуровневые языки​

Ethereum Virtual Machine (EVM)​

  • EVM в первую очередь использует Solidity в качестве своего высокоуровневого языка, который является объектно-ориентированным статически типизированным языком, похожим на JavaScript и C++. Также существуют другие языки для написания смарт-контрактов Ethereum, такие, как Vyper, Yul и прочие.

TON Virtual Machine (TVM)​

  • TVM использует FunC в качестве высокоуровневого языка, предназначенного для написания смарт-контрактов TON. Это процедурный язык со статическими типами и поддержкой алгебраических типов данных. FunC компилируется в Fift, который, в свою очередь, компилируется в байт-код TVM.

Заключение​

Подводя итог, можно сказать, что хотя и EVM, и TVM являются стековыми машинами, предназначенными для выполнения смарт-контрактов, TVM предлагает бо́льшую гибкость, поддержку более широкого спектра типов и структур данных, встроенные проверки переполнения, расширенные криптографические функции.

Поддержка TVM смарт-контрактов с поддержкой шардинга и его уникальный подход к представлению данных делают его более подходящим для определенных вариантов использования и масштабируемых сетей блокчейнов.