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title: "以太坊虚拟机（EVM）"
description: "一份具备分叉意识的 EVM 指南，涵盖交易、消息调用帧、字节码、栈、内存、存储、Gas、REVERT、DELEGATECALL、预编译合约、收据和状态核对。"
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# 以太坊虚拟机（EVM）
> 仅供教育参考，不构成投资或安全建议。EVM 行为取决于具体的链、分叉、状态、字节码、调用上下文、Gas 计费规则、客户端和协议升级。
## 直接答案
以太坊虚拟机是执行层的状态转换机，按照特定分叉的规则解释字节码。给定相同的有效前状态、顶层交易或消息、区块环境和分叉规范，符合规范的执行客户端必须算出相同的后状态或失败结果。EVM 不决定交易顺序，不提供共识最终性，不认证前端，也不会让每条 EVM 兼容链都具备与以太坊相同的安全性。
由外部签名的交易是顶层协议对象。合约之间的活动由嵌套的消息调用和调用帧组成，并非各自拥有交易 nonce、收据或哈希的独立交易。每个帧都有代码、程序计数器、256 位栈、内存、调用数据、返回数据、Gas 和执行上下文；持久存储属于账户，而瞬态存储在相应分叉规则下只存在于一笔交易期间。
## 工作原理
1. 锁定执行快照：链及 `chainId`、网络、区块号和区块哈希、规范或最终化状态、分叉、执行客户端及规范修订版、前状态或状态根、交易类型、原始签名字节、交易哈希和收据。确定性以这一准确上下文为条件。
2. 解码交易信封，并把执行前有效性与执行分开。验证签名和发送者、nonce、目的地址或合约创建、转账价值、调用数据、Gas 上限、费用字段、访问列表及各交易类型特有的字段。在纳入区块之前被拒绝的交易，并不是已经纳入并执行后发生状态回退的交易。
3. 构建顶层消息和完整调用树。记录 `CALL`、`STATICCALL`、`DELEGATECALL`、合约创建及预编译合约帧；调用者、上下文地址、代码地址、`msg.sender`、`msg.value`、价值转移、调用数据、返回数据、转发的 Gas 和成功标志。区块浏览器所谓的内部交易是跟踪视图，并非签名交易。
4. 跟踪每个帧的程序计数器、栈、内存、调用数据、返回数据、日志、持久存储和瞬态存储日志。`CALL` 使用被调用方的地址和存储上下文；`DELEGATECALL` 在调用方的地址与存储上下文中执行目标代码，同时保留上游发送者和转账价值；`STATICCALL` 禁止修改状态。
5. 应用目标分叉的 Gas 规则：固有 Gas、操作码动态成本、内存扩展、冷访问与热访问、调用转发、津贴、预编译收费、退款及退款上限。然后依据已用 Gas 和有效 Gas 价格，单独计算交易费用，不与转账价值混在一起。Gas 估算有条件限制，不是保证。
6. 按作用域处理帧结果。如果祖先帧最终提交，`RETURN` 会提交当前帧。`REVERT` 会回退当前帧及其后代帧，返回数据，而且不一定耗尽当前帧的剩余 Gas；异常停机的规则不同。父帧可以捕获失败的低级调用并继续执行，因此即使子调用失败，顶层收据状态也可能是 `1`。顶层交易纳入后即使失败，仍会消耗发送者 nonce 和实际支付的 Gas。
7. 将收据状态、已用 Gas、日志、创建地址和返回数据，与前后状态中的余额、nonce、代码、持久与瞬态存储、代币账本、执行跟踪和区块状态根进行核对。必要时使用独立客户端重新执行；代理实现、存储布局、预编译合约、编译器 EVM 目标和分叉升级，应与共识最终性分开审计。
## 算例
- **已纳入区块的顶层回退及费用账本。** 一笔类型 2 交易的 Gas 上限为 `80,000`，已用 Gas 为 `52,000`，基础费用为 `20 gwei`，最高优先费为 `3 gwei`，最高费用为 `40 gwei`。有效 Gas 价格是 `min(40, 20 + 3) = 23 gwei`；实际费用为 `52,000 * 23 gwei = 0.001196 ETH`，其中销毁 `52,000 * 20 gwei = 0.001040 ETH`，优先费为 `52,000 * 3 gwei = 0.000156 ETH`。未用的 `28,000 gas` 不收费。如果顶层执行回退，其存储、价值转移和日志影响都会撤销，但发送者 nonce 和实际费用仍会保留。
- **被捕获的子调用失败。** 合约 A 初始为 `A.x = 5`。它调用 B；B 写入 `B.y = 9`，发出日志后执行 `REVERT`。B 的写入和日志均被回退。A 观察到 `success = false`，写入 `A.x = 7` 并正常返回。最终收据状态为 `1`，`A.x = 7`，B 则保持调用前的值。因此，顶层成功不能证明每个子调用都成功。
- **DELEGATECALL 的存储上下文。** 代理的 `slot0 = 5`，实现账户的 `slot0 = 99`。实现代码读取槽位 0，加上 `7` 后写回。通过 `DELEGATECALL` 执行时，代理变为 `slot0 = 12`，实现账户仍为 `slot0 = 99`；所采用的是代理地址和存储上下文，上游发送者和转账价值保持不变。不兼容的存储布局可能损坏代理状态。
- **受分叉约束的 SELFDESTRUCT。** 在 EIP-6780 规则下，一个已有合约持有 `2 ETH`，并向受益人 B 执行 `SELFDESTRUCT`。B 收到 `2 ETH`，合约余额变为零，但这个既有账户、代码和存储不会删除。只有合约在同一笔交易中创建并自毁时，才仍适用删除行为。这是受分叉约束的规则，不能向过去或每条 EVM 链外推。
## 风险
- 在错误的链、区块、分叉、客户端或前状态上重放。
- 把非规范或已被重组替代的状态当作最终执行上下文。
- 混淆执行前验证拒绝与纳入区块后的执行回退。
- 假设待处理交易的模拟结果会与之后纳入时的状态一致。
- 忽略顶层回退、异常停机或 Gas 耗尽。
- 漏掉被父帧捕获的子调用失败。
- 误读调用上下文、代码地址、调用方、发送者或转账价值。
- 因 `DELEGATECALL` 存储布局不匹配而损坏代理状态。
- 允许重入攻击，或不安全地向外转移价值和控制权。
- 信任未经验证的返回数据、成功标志或自定义错误。
- 把日志或执行跟踪当作权威最终状态。
- 错算冷访问、热访问、内存或调用转发的 Gas。
- 错用退款、退款上限、津贴或 `63/64` 规则。
- 使用错误的预编译地址、输入、Gas 规则或分叉语义。
- 混淆持久存储、内存和瞬态存储的生命周期。
- 预期在 `STATICCALL` 内能成功修改状态。
- 沿用 EIP-6780 之前关于 `SELFDESTRUCT` 删除状态的假设。
- 漏掉代理实现、管理员或编译器目标的漂移。
- 运行规则分歧或未升级的执行客户端。
- 从 EVM 兼容性推断共识、桥、代币、治理或最终性安全。
## 常见误区
- Solidity 源代码就是链上直接执行的对象。
- 已纳入区块的交易发生状态回退后不花费任何费用，nonce 也不变。
- 收据状态为 `1` 就证明每个内部调用都如预期成功。
- 事件或执行跟踪就是权威的资产与存储状态。
- EVM 兼容性保证操作码、Gas、预编译合约、共识和安全性完全相同。
## 相关主题
- [账户模型](/zh-cn/crypto/account-based-model/)
- [Gas 费用](/zh-cn/crypto/gas-fee/)
- [智能合约](/zh-cn/crypto/smart-contract/)
## 来源
- [Ethereum Virtual Machine (EVM)](https://ethereum.org/developers/docs/evm/) - Ethereum.org（查阅日期：2026-08-12）
- [Ethereum Yellow Paper: a formal specification of Ethereum, a programmable blockchain](https://ethereum.github.io/yellowpaper/paper.pdf) - Ethereum Foundation（查阅日期：2026-08-12）
- [Ethereum Execution Layer Specification](https://ethereum.github.io/execution-specs/) - Ethereum Execution Specs（查阅日期：2026-08-12）
- [Introduction to Smart Contracts](https://docs.soliditylang.org/en/latest/introduction-to-smart-contracts.html) - Solidity Documentation（查阅日期：2026-08-12）
- [EIP-7: DELEGATECALL](https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-7) - Ethereum Improvement Proposals（查阅日期：2026-08-12）
- [EIP-140: REVERT instruction](https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-140) - Ethereum Improvement Proposals（查阅日期：2026-08-12）
- [EIP-2929: Gas cost increases for state access opcodes](https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-2929) - Ethereum Improvement Proposals（查阅日期：2026-08-12）
- [EIP-6780: SELFDESTRUCT only in same transaction](https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-6780) - Ethereum Improvement Proposals（查阅日期：2026-08-12）
Source: https://wiki.fcontext.com/zh-cn/crypto/evm/index.mdx