Đổi mới lớp thực thi Ethereum: Triển vọng và thách thức của kiến trúc RISC-V

Người đồng sáng lập Ethereum gần đây đã đưa ra một đề xuất mang tầm nhìn trong cộng đồng: thay thế máy ảo thực thi hiện tại (EVM) bằng kiến trúc tập lệnh RISC-V mã nguồn mở. Ý tưởng này được so sánh với Beam Chain của lớp thực thi, nhằm phá vỡ các nút thắt về hiệu suất và đơn giản hóa logic giao thức. Đặc biệt trong lĩnh vực hiệu suất của bằng chứng không kiến thức (ZK Proof), dự kiến có thể đạt được tối ưu hóa lên đến 100 lần. Đề xuất này nhằm giải quyết các vấn đề nút thắt hiện tại của Ethereum trong hiệu suất bằng chứng ZK, độ phức tạp xây dựng khối và khả năng sẵn có của dữ liệu.

Hạn chế hiện tại của EVM và lợi thế của RISC-V

Vấn đề EVM:

• Kiến trúc lỗi thời: Cấu trúc ngăn xếp 256 bit không tương thích với CPU hiện đại, ảnh hưởng đến hiệu suất thực thi ZK-EVM.
• Nút thắt chứng minh ZK: Khoảng một nửa tài nguyên của ZK-EVM được sử dụng để thực hiện EVM, hạn chế hiệu suất chứng minh.
• Bảo trì kém: Tích lũy chức năng dẫn đến quy định lộn xộn, chẳng hạn như SELFDESTRUCT khó bị loại bỏ.
• Phát triển bị hạn chế: Tập lệnh không chuẩn giới hạn hỗ trợ đa ngôn ngữ, các ngôn ngữ chính khó biên dịch hiệu quả.

Lợi thế của RISC-V:

• Hiệu suất cao: Tập lệnh tinh gọn thân thiện với phần cứng, có thể được sử dụng cho tối ưu hóa JIT thậm chí tăng tốc phần cứng.
• Tối ưu hóa ZK: Tạo mạch điện trực tiếp cho lệnh RISC-V, đơn giản hóa quá trình chứng minh ZK.
• Công cụ chuỗi trưởng thành: Hỗ trợ ngôn ngữ phổ biến, giảm rào cản phát triển, mở rộng hệ sinh thái.
• Tiêu chuẩn chung: Đã có các dự án blockchain áp dụng, có các trường hợp thành công.

Đề xuất cho rằng, việc sử dụng trực tiếp RISC-V làm kiến trúc thực thi hợp đồng sẽ nâng cao hiệu suất thực thi và tiềm năng mở rộng một cách căn bản hơn so với việc biên dịch EVM thành RISC-V trong ZK-EVM.

Thay thế đường dẫn và thách thức

Ba phương án thay thế:

1. Song VM đồng tồn (bảo thủ): EVM và RISC-V chạy song song, đảm bảo tính tương thích trong thời kỳ chuyển tiếp.
2. Giải pháp trình giải trên chuỗi (cấp tiến): Tất cả hợp đồng EVM được thực thi bởi hợp đồng RISC-V trên chuỗi.
3. Cơ chế plugin của trình thông dịch (thỏa hiệp): đưa trình thông dịch vào như một phần tử giao thức, cho phép chèn các VM khác trong tương lai.

Những thách thức kỹ thuật gặp phải trong việc thực hiện:

• Rủi ro giảm hiệu suất thực thi: RISC-V cần mô phỏng thực thi trên chip x86, hiệu suất ban đầu có thể thấp hơn EVM đã được tối ưu.
• Tái cấu trúc định giá Gas: Cần định nghĩa mô hình Gas mới cho lệnh RISC-V.
• Thiết kế hộp cát an toàn: giới hạn gọi hệ thống, ngăn chặn tự thay đổi mã, đảm bảo thực thi xác định.
• Công cụ phát triển thích ứng: Cập nhật trình biên dịch, trình gỡ lỗi, công cụ kiểm toán an ninh, hỗ trợ mã byte RISC-V.
• Tương thích di chuyển: Một số hợp đồng phụ thuộc vào các đặc điểm EVM, cần thiết kế cẩn thận lớp tương thích hoặc cơ chế khôi phục.

Đề xuất có xu hướng áp dụng đồng thời hai VM như một lộ trình chuyển tiếp, cam kết duy trì khả năng tương tác giữa hợp đồng cũ và mới, đảm bảo trải nghiệm của nhà phát triển không thay đổi, người dùng không cảm thấy được nâng cấp.

Ảnh hưởng đến lộ trình mở rộng hiện tại

RISC-V là tối ưu hóa cơ sở hạ tầng, sẽ không thay thế lộ trình mở rộng hiện tại:

• Layer 2: RISC-V nâng cao hiệu suất xử lý L1 và hiệu suất xác thực ZK, giúp Rollup giảm chi phí và nộp dữ liệu nhanh hơn.
• Phân mảnh dữ liệu và EIP-4844: Nút thắt khả năng dữ liệu vẫn cần được giải quyết thông qua blob và Danksharding.
• FaaS, MEV: Không phụ thuộc vào kiến trúc máy ảo, không bị ảnh hưởng bởi sự thúc đẩy của RISC-V.

RISC-V là "thay đổi động cơ", L2/phân đoạn là "mở rộng mạng", hai khái niệm này khác nhau về chiều hướng, nhưng không mâu thuẫn nhau.

Phản hồi của cộng đồng và các thử nghiệm liên quan

Sự khác biệt trong cộng đồng:

• Người ủng hộ: cho rằng đây là một nâng cấp cần thiết để đối phó với thách thức về hiệu suất, giúp thu hút các nhà phát triển truyền thống.
• Bảo thủ: lo ngại về độ khó trong việc thực hiện, gánh nặng lịch sử, chi phí cập nhật công cụ sinh thái, nghi ngờ về tỷ lệ đầu tư và lợi nhuận.

Dự án tham khảo tương tự:

• Move VM（Aptos/Sui）：VM hướng tài nguyên, an toàn ngôn ngữ mạnh, nhưng không tương thích với EVM.
• FuelVM: Được thiết kế cho xử lý song song, kết hợp với ngôn ngữ Sway, khả năng tương thích hạn chế.
• WASM (Stylus): Đưa WASM vào L2 làm ngôn ngữ hợp đồng, đã được triển khai trên một nền tảng nào đó.
• Một dự án blockchain: Mạng chính sử dụng RISC-V làm VM hợp đồng, cung cấp tham khảo thực tiễn cho Ethereum.

Đề xuất không loại trừ các tùy chọn khác, cho rằng cơ chế giải thích trong tương lai có thể được sử dụng để chèn các VM như Move, WASM, xây dựng hệ sinh thái thực thi đa dạng.

Triển vọng tác động trong tương lai

Trải nghiệm nhà phát triển:

• Ngôn ngữ như Solidity/Vyper vẫn có thể sử dụng, chỉ cần thay đổi backend biên dịch.
• Có thể mở cửa cho việc viết hợp đồng bằng các ngôn ngữ mới như Rust/C, nhưng không bắt buộc phải chuyển đổi.

Chi phí vận hành và hiệu suất:

• Việc nâng cao hiệu suất thực thi sẽ mang lại giới hạn Gas cao hơn và phí thấp hơn.
• Hợp đồng RISC-V có thể giảm sự phụ thuộc vào hợp đồng được biên dịch trước, mô hình Gas gần gũi hơn với chi phí chứng minh ZK.

Tính tương thích và phát triển sinh thái:

• Trong thời gian tồn tại của hai VM song song, các hợp đồng hiện tại có thể tiếp tục hoạt động, các hợp đồng mới dần dần áp dụng RISC-V.
• Cơ sở hạ tầng cần hỗ trợ định dạng bytecode mới, có thể gây ra sự thay đổi về khả năng tương thích giữa các chuỗi.

An toàn và ổn định:

• Kiến trúc mới cần được thử nghiệm rộng rãi và kiểm chứng hình thức, nâng cao độ tin cậy của giao thức.
• Lớp thực thi đơn giản hơn có lợi cho việc kiểm tra và kiểm soát bề mặt tấn công.

Kết luận

Các nhà phát triển cốt lõi của Ethereum đề xuất thay thế EVM bằng RISC-V, thể hiện sự suy nghĩ sâu sắc về giới hạn hiệu suất trong tương lai và sự đơn giản của giao thức. Đề xuất này vẫn đang ở giai đoạn thảo luận ban đầu, việc thực hiện dự kiến sẽ là một quá trình kéo dài nhiều năm, cần vượt qua nhiều thách thức về công nghệ, cộng đồng và hệ sinh thái. Nó không phải là sự lật đổ lộ trình hiện tại, mà là củng cố nền tảng, chuẩn bị cho tương lai.

Như người đề xuất đã nói: "Để đạt được sự gia tăng theo cấp số nhân, sự thay đổi quyết liệt này có thể là con đường khả thi duy nhất."

Đây là một cược cho tương lai, cũng là một cuộc khám phá sâu sắc về việc "liệu nền tảng có đáng để tái cấu trúc hay không".