Sự chuyển mình cách mạng của Ethereum: Chuyển đổi từ kiến trúc EVM sang kiến trúc RISC-V

Sự thay đổi kiến trúc quan trọng nhất trong lịch sử của Ethereum

Ethereum đang đứng trước bờ vực thực hiện sự thay đổi kiến trúc mang tính chuyển mình nhất kể từ khi được tạo ra: thay thế Ethereum Virtual Machine (EVM) bằng kiến trúc RISC-V. Sự chuyển đổi này đại diện cho một sự thay đổi căn bản trong cách Ethereum xử lý giao dịch và thực thi hợp đồng thông minh, được thúc đẩy bởi tầm quan trọng ngày càng tăng của công nghệ zero-knowledge (ZK) trong phát triển blockchain.

EVM hiện tại đã trở thành một nút thắt hiệu suất quan trọng trong thời đại của các chứng minh không kiến thức:

• Các triển khai zkEVM dựa vào các trình thông dịch, dẫn đến sự suy giảm hiệu suất từ 50-800x
• Các mô-đun được biên soạn trước làm tăng độ phức tạp và rủi ro bảo mật cho giao thức
• Thiết kế ngăn xếp 256-bit chứng tỏ là cực kỳ không hiệu quả trong việc tạo ra các chứng minh

Tại sao RISC-V là Giải pháp Tối ưu

RISC-V cung cấp một số lợi thế hấp dẫn giải quyết các hạn chế của EVM:

• Thiết kế tối giản với khoảng 47 hướng dẫn cơ bản, kết hợp với hệ sinh thái LLVM trưởng thành hỗ trợ nhiều ngôn ngữ (Rust, C++, Go)
• Sự áp dụng trên toàn ngành với 90% các dự án chọn RISC-V làm tiêu chuẩn cho việc triển khai zkVM
• Thông số SAIL chính thức thay thế tài liệu Yellow Paper mơ hồ, cho phép xác minh nghiêm ngặt
• Đường dẫn tăng tốc phần cứng qua ASICs/FPGAs hiện đang được thử nghiệm bởi các dự án như SP1, Nervos, và Cartesi

Chiến Lược Di Chuyển Ba Giai Đoạn

Quá trình chuyển đổi sẽ diễn ra thông qua một quy trình nhiều giai đoạn đã được lên kế hoạch cẩn thận:

1. Tích hợp ban đầu: RISC-V được triển khai như một mô-đun đã biên dịch sẵn để kiểm tra rủi ro thấp
2. Kỷ nguyên máy ảo kép: Cả EVM và RISC-V cùng tồn tại với khả năng tương tác đầy đủ
3. Hoàn thành chuyển đổi: Tái triển khai chức năng EVM trong RISC-V (chiến lược "Rosetta")

Phân Tích Tác Động Toàn Hệ Sinh Thái

Sự chuyển đổi kiến trúc này sẽ tạo ra những tác động lan tỏa trong toàn bộ hệ sinh thái Ethereum:

• Optimistic Rollups (Arbitrum, Optimism) sẽ cần phải xây dựng lại các cơ chế chứng minh gian lận của họ
• Rollups không biết (Polygon, zkSync, Scroll) sẽ có được những lợi thế đáng kể thông qua việc tạo chứng minh rẻ hơn, nhanh hơn và đơn giản hơn.
• Các nhà phát triển sẽ được hưởng lợi từ việc truy cập trực tiếp vào các thư viện ngôn ngữ chính thống như Rust, Go và Python ở cấp độ Layer 1.
• Người dùng sẽ trải nghiệm chi phí tạo chứng cứ thấp hơn khoảng 100 lần, có khả năng cho phép thông lượng Gigagas L1 lên đến (~10,000 TPS)

Hiểu biết về các yếu tố kỹ thuật đằng sau sự thay đổi

Vấn đề chi phí của thông dịch viên

Triển khai hiện tại của zkEVM không trực tiếp chứng minh các thao tác của EVM. Thay vào đó, chúng chứng minh trình thông dịch của EVM, mà chính nó biên dịch thành mã RISC-V. Như Vitalik Buterin đã nhấn mạnh:

"Nếu việc triển khai zkVM là biên dịch việc thực thi EVM thành mã RISC-V, tại sao không cung cấp RISC-V cơ bản trực tiếp cho các nhà phát triển hợp đồng thông minh? Điều này có thể hoàn toàn loại bỏ chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài."

Lớp diễn giải bổ sung này áp đặt một mức phạt hiệu suất nghiêm trọng, với ước tính cho thấy sự chậm trễ từ 50-800 lần so với việc tạo chứng minh gốc.

Tích lũy Nợ Kỹ thuật

Ethereum đã tích lũy một khoản nợ kỹ thuật đáng kể thông qua việc sử dụng các hợp đồng được biên soạn trước - các chức năng chuyên dụng được mã hóa cứng vào giao thức để vượt qua các giới hạn về hiệu suất của EVM trong các hoạt động mã hóa. Theo Vitalik:

"Hợp đồng biên soạn sẵn là một thảm họa đối với chúng tôi... chúng đã làm tăng đáng kể cơ sở mã tin cậy của Ethereum... và chúng đã dẫn đến những vấn đề nghiêm trọng mà gần như đã dẫn đến thất bại đồng thuận nhiều lần."

Sự phức tạp thật đáng kinh ngạc, với mã bọc cho một hợp đồng biên dịch sẵn duy nhất vượt quá sự phức tạp của toàn bộ một trình thông dịch RISC-V.

Những bất cập trong kiến trúc

Kiến trúc 256-bit của EVM, mặc dù được chọn để xử lý các giá trị mật mã, lại tỏ ra rất kém hiệu quả cho các hoạt động hợp đồng thông minh điển hình sử dụng số nguyên 32-bit hoặc 64-bit. Sự kém hiệu quả này trở nên đặc biệt tốn kém trong các hệ thống zero-knowledge.

Hơn nữa, kiến trúc ngăn xếp của EVM kém hiệu quả hơn so với kiến trúc dựa trên thanh ghi được sử dụng bởi RISC-V và các CPU hiện đại, yêu cầu nhiều lệnh hơn cho cùng một thao tác và làm phức tạp hóa việc tối ưu hóa trình biên dịch.

Lợi Thế RISC-V: Xây Dựng Một Ethereum Có Thể Xác Minh Hơn

Tiêu chuẩn Mở so với Thiết kế Tùy chỉnh

Khác với các kiến trúc tập lệnh tùy chỉnh yêu cầu một hệ sinh thái phần mềm hoàn toàn mới, RISC-V là một tiêu chuẩn mở trưởng thành cung cấp ba lợi ích chính:

• Sự trưởng thành của hệ sinh thái: Tận dụng hàng thập kỷ tiến bộ tập thể trong khoa học máy tính với sự truy cập vào các công cụ đẳng cấp thế giới và hỗ trợ cho tất cả các ngôn ngữ cấp cao tương thích với LLVM
• Đơn giản trong thiết kế: Một mã nguồn tin cậy nhỏ hơn, dễ kiểm toán hơn và dễ dàng xác minh chính thức.
• Tiêu chuẩn hóa ngành: Chín trên mười zkVM có khả năng chứng minh các khối Ethereum đã chọn RISC-V làm kiến trúc mục tiêu của họ.

Được thiết kế cho sự Tin cậy và Xác minh

Kiến trúc của RISC-V đặc biệt phù hợp để xây dựng các hệ thống an toàn, có thể xác minh:

• Đặc tả SAIL được định hình, có thể đọc được bởi máy móc cung cấp một "tiêu chuẩn vàng" cho các chứng minh tính chính xác toán học
• Kiến trúc đặc quyền xác định các cấp độ hoạt động khác nhau với ranh giới bảo mật được thực thi bằng phần cứng

Chiến lược giảm thiểu rủi ro

Việc chuyển đổi sang RISC-V đặt ra một số thách thức cần được giải quyết:

• Độ phức tạp trong đo lường gas: Tạo ra một mô hình gas xác định và công bằng cho các tập hợp lệnh đa mục đích
• Cân nhắc về bảo mật chuỗi công cụ: Quản lý sự chuyển đổi sang việc phụ thuộc vào biên dịch viên ngoài chuỗi, điều này có thể làm xuất hiện các lỗ hổng.

Các thách thức này sẽ được giải quyết thông qua:

1. Triển khai theo giai đoạn với việc kiểm tra rộng rãi ở mỗi giai đoạn
2. Kiểm toán bảo mật toàn diện của các thành phần cốt lõi
3. Nỗ lực chuẩn hóa cho các yếu tố quan trọng như kế toán gas

Hướng tới một Tương lai Tính toán Có thể Xác minh

Sự chuyển đổi kiến trúc này nhằm giải quyết các nút thắt về khả năng mở rộng cơ bản, giảm bớt sự phức tạp của giao thức và đồng bộ hóa Ethereum với các nguyên tắc tính toán đa dụng. Nó sẽ biến Layer 1 của Ethereum từ một nền tảng hợp đồng thông minh chuyên biệt thành một lớp thanh toán hiệu quả và an toàn được thiết kế đặc biệt cho tính toán có thể xác minh.

Như Vitalik Buterin đã nhấn mạnh, "Mục tiêu cuối cùng là cung cấp ZK-snark cho mọi thứ" - một tầm nhìn mà việc chuyển đổi sang RISC-V trở nên khả thi hơn rất nhiều.