Inovasi Lapisan Eksekusi Ethereum: Prospek dan Tantangan Arsitektur RISC-V

Pendiri bersama Ethereum baru-baru ini mengajukan sebuah proposal visioner di komunitas: mengganti mesin virtual lapisan eksekusi (EVM) yang ada dengan arsitektur set instruksi RISC-V yang bersumber terbuka. Konsep ini dibandingkan dengan Beam Chain di lapisan eksekusi, bertujuan untuk mengatasi batasan kinerja dan menyederhanakan logika protokol. Terutama dalam hal efisiensi bukti nol pengetahuan (ZK Proof), diharapkan dapat mencapai peningkatan optimasi hingga 100 kali lipat. Proposal ini bertujuan untuk mengatasi masalah batasan yang dihadapi Ethereum saat ini dalam efisiensi bukti ZK, kompleksitas pembangunan blok, dan ketersediaan data.

Keterbatasan EVM Saat Ini dan Keunggulan RISC-V

Masalah EVM:

• Arsitektur usang: Struktur tumpukan 256 bit tidak kompatibel dengan CPU modern, mempengaruhi efisiensi eksekusi ZK-EVM.
• Bottleneck ZK Proof: ZK-EVM menggunakan sekitar setengah dari sumber daya untuk menjalankan EVM itu sendiri, membatasi efisiensi pembuktian.
• Pemeliharaan yang buruk: Akumulasi fungsi menyebabkan kekacauan norma, seperti SELFDESTRUCT yang sulit untuk dihapus.
• Pengembangan terbatas: Kumpulan instruksi non-standar membatasi dukungan lintas bahasa, bahasa utama sulit untuk dikompilasi secara efisien.

Keunggulan RISC-V:

• Kinerja tinggi: set instruksi yang disederhanakan ramah perangkat keras, dapat digunakan untuk optimasi JIT bahkan akselerasi perangkat keras.
• Optimasi ZK: menghasilkan sirkuit instruksi RISC-V secara langsung, menyederhanakan proses pembuktian ZK.
• Rantai alat yang matang: mendukung bahasa utama, menurunkan ambang pengembangan, memperluas ekosistem.
• Standar Umum: Proyek blockchain yang ada telah mengadopsi, memiliki kasus sukses.

Proposal ini berpendapat bahwa menggunakan RISC-V secara langsung sebagai arsitektur eksekusi kontrak akan meningkatkan efisiensi eksekusi dan potensi skalabilitas secara fundamental dibandingkan dengan mengompilasi EVM menjadi RISC-V dalam ZK-EVM.

Mengganti Jalur dan Tantangan

Tiga solusi penggantian:

1. Dual VM coexistence (konservatif): EVM dan RISC-V berjalan secara paralel, memastikan kompatibilitas selama periode transisi.
2. Solusi interpreter on-chain (radikal): Semua kontrak EVM dieksekusi oleh kontrak RISC-V on-chain.
3. Mekanisme plugin interpreter (kompromi): menjadikan interpreter sebagai elemen protokol, memungkinkan penyisipan VM lain di masa depan.

Tantangan teknis yang dihadapi dalam implementasi:

• Risiko penurunan kinerja eksekusi: RISC-V perlu disimulasikan pada chip x86, sehingga efisiensinya pada awalnya mungkin lebih rendah dibandingkan EVM yang telah dioptimalkan.
• Rekonstruksi Penentuan Gas: Perlu mendefinisikan model Gas baru untuk instruksi RISC-V.
• Desain kotak pasir yang aman: membatasi panggilan sistem, mencegah modifikasi kode sendiri, menjamin eksekusi yang deterministik.
• Alat pengembangan yang sesuai: memperbarui kompiler, debugger, dan alat audit keamanan, mendukung bytecode RISC-V.
• Kompatibilitas migrasi: Beberapa kontrak bergantung pada fitur EVM, perlu merancang lapisan kompatibilitas atau mekanisme fallback dengan hati-hati.

Usulan cenderung menggunakan keberadaan ganda VM sebagai jalur transisi, berkomitmen untuk menjaga interoperabilitas kontrak lama dan baru, memastikan pengalaman pengembang tetap sama, dan pengguna tidak merasakan peningkatan.

Dampak terhadap rute perluasan yang ada

RISC-V adalah optimasi infrastruktur, tidak akan menggantikan jalur penskalaan yang ada:

• Layer 2: RISC-V meningkatkan efisiensi pemrosesan L1 dan kinerja verifikasi ZK, membantu Rollup untuk mengajukan data dengan biaya yang lebih rendah dan lebih cepat.
• Sharding data dan EIP-4844: Bottleneck ketersediaan data masih perlu diatasi melalui blob dan Danksharding.
• FaaS, MEV: tidak tergantung pada arsitektur mesin virtual, tidak terpengaruh oleh kemajuan RISC-V.

RISC-V adalah "mesin pengganti", L2/pembagian adalah "jaringan perluasan", keduanya memiliki dimensi yang berbeda, tetapi berjalan secara paralel.

Umpan Balik Komunitas dan Upaya Terkait

Perbedaan di Komunitas:

• Pendukung: menganggap ini sebagai peningkatan yang diperlukan untuk menghadapi tantangan kinerja, dan membantu menarik pengembang tradisional.
• Konservatif: khawatir tentang kesulitan implementasi, beban sejarah, biaya pembaruan ekosistem alat, meragukan rasio investasi terhadap hasil.

Referensi proyek serupa:

• Move VM (Aptos/Sui): VM yang berorientasi pada sumber daya, memiliki keamanan bahasa yang kuat, tetapi tidak kompatibel dengan EVM.
• FuelVM: Dirancang untuk pemrosesan paralel, menggunakan bahasa Sway, dengan kompatibilitas terbatas.
• WASM (Stylus): Memperkenalkan WASM sebagai bahasa kontrak di L2, telah diimplementasikan di suatu platform.
• Sebuah proyek blockchain: Jaringan utama menggunakan RISC-V sebagai VM kontrak, memberikan referensi praktis untuk Ethereum.

Proposal ini tidak menolak opsi lain, beranggapan bahwa mekanisme interpreter di masa depan dapat digunakan untuk menyisipkan VM seperti Move, WASM, untuk membangun ekosistem eksekusi yang beragam.

Prospek Dampak Masa Depan

Pengalaman Pengembang:

• Bahasa seperti Solidity/Vyper masih dapat digunakan, hanya mengubah backend compiler.
• Mungkin akan membuka bahasa baru seperti Rust/C untuk menulis kontrak, tetapi tidak diwajibkan untuk migrasi.

Biaya operasional dan kinerja:

• Peningkatan efisiensi eksekusi akan membawa batas Gas yang lebih tinggi dan biaya yang lebih rendah.
• Kontrak RISC-V dapat mengurangi ketergantungan pada kontrak yang telah dipra-kompilasi, model Gas lebih mendekati biaya bukti ZK.

Kompatibilitas dan Pengembangan Ekosistem:

• Selama periode coexistensi dual VM, kontrak yang ada dapat terus berjalan, dan kontrak baru secara bertahap akan mengadopsi RISC-V.
• Infrastruktur perlu mendukung format bytecode baru, yang dapat memicu perubahan kompatibilitas antar rantai.

Keamanan dan Stabilitas:

• Arsitektur baru perlu diuji secara luas dan divalidasi secara formal untuk meningkatkan keandalan protokol.
• Lapisan eksekusi yang lebih sederhana menguntungkan audit dan kontrol permukaan serangan.

Kesimpulan

Pengembang inti Ethereum mengusulkan untuk mengganti EVM dengan RISC-V, mencerminkan pemikiran mendalam tentang batasan kinerja di masa depan dan kesederhanaan protokol. Proposal ini masih berada di tahap diskusi awal, dan implementasinya diperkirakan akan menjadi proses yang memakan waktu bertahun-tahun, dengan tantangan di berbagai aspek teknologi, komunitas, dan ekosistem. Ini bukan untuk menggulingkan jalur yang ada, tetapi untuk memperkuat dasar dan mempersiapkan masa depan.

Seperti yang dikatakan oleh pengusul: "Untuk mencapai peningkatan yang signifikan, perubahan radikal ini mungkin satu-satunya jalan yang dapat dilakukan."

Ini adalah taruhan untuk masa depan, sekaligus eksplorasi mendalam tentang "apakah dasar layak untuk dibentuk ulang."