El camino de la innovación de Ethereum: exploración de la posibilidad de RISC-V como sustituto de EVM

El cofundador de Ethereum propuso recientemente un plan a largo plazo en la comunidad: reemplazar la actual Máquina Virtual de Ejecución (EVM) con una arquitectura de conjunto de instrucciones RISC-V de código abierto. Esta propuesta se compara con la Beam Chain de la capa de consenso y se considera la única vía potencial para superar el cuello de botella en el rendimiento de la capa de ejecución y simplificar la lógica del protocolo. Especialmente en términos de eficiencia de la prueba de conocimiento cero (ZK Proof), se espera que al reemplazar la EVM, se pueda lograr una mejora de hasta 100 veces. Esta propuesta tiene como objetivo abordar los problemas actuales de Ethereum en cuanto a la eficiencia de la prueba ZK, la complejidad de la construcción de bloques y la disponibilidad de datos.

Uno, las limitaciones de EVM y las ventajas de RISC-V

Desafíos que enfrenta EVM:

1. Arquitectura obsoleta: la estructura de pila de 256 bits no es compatible con las CPU modernas, lo que lleva a una baja eficiencia de ejecución del ZK-EVM.
2. Cuello de botella de la prueba ZK: una gran cantidad de recursos se utiliza para ejecutar EVM, lo que limita la eficiencia de la prueba ZK.
3. Dificultades de mantenimiento: la acumulación de funciones a lo largo de los años ha llevado a un desorden normativo, lo que hace que sea difícil eliminar ciertas funciones.
4. Desarrollo limitado: el conjunto de instrucciones no estándar limita el soporte entre lenguajes, y es difícil compilar eficientemente los lenguajes principales en bytecode EVM.

Ventajas de RISC-V:

1. Alto rendimiento: como un conjunto de instrucciones simplificado de una CPU real, es amigable con el hardware y soporta optimización JIT e incluso aceleración por hardware.
2. Optimización ZK: generación directa de circuitos de instrucciones RISC-V, simplificando el proceso de prueba ZK.
3. Herramientas maduras: soporte para lenguajes populares como Rust/C/C++, reduciendo la barrera de entrada y expandiendo el ecosistema.
4. Estándar general: ya hay proyectos de blockchain que han sido adoptados con éxito, con casos prácticos.

Dos, rutas de reemplazo y desafíos

Plan de reemplazo:

1. Doble VM en coexistencia: EVM y RISC-V funcionan en paralelo, los nuevos contratos pueden optar por RISC-V, asegurando la compatibilidad durante el período de transición.
2. Intérprete en cadena: todos los contratos EVM se ejecutan mediante la interpretación de contratos RISC-V en cadena.
3. Mecanismo de plugins del intérprete: se utiliza el intérprete como un elemento del protocolo, reservando espacio para futuros VM.

Desafíos técnicos:

1. Rendimiento de ejecución: RISC-V necesita simular la ejecución en chips x86, y la eficiencia inicial puede ser menor que la del EVM optimizado.
2. Reestructuración de la valoración del Gas: se necesita definir un nuevo modelo de Gas para las instrucciones RISC-V, asegurando equidad y seguridad.
3. Caja de seguridad: limitar las llamadas al sistema, prevenir la auto-modificación del código, garantizar la ejecución determinista.
4. Adaptación de herramientas de desarrollo: actualización de compiladores, depuradores y herramientas de auditoría de seguridad, soporte para código de bytes RISC-V.
5. Compatibilidad de migración: Algunos contratos dependen de características de EVM, por lo que se debe diseñar con cuidado la capa de compatibilidad o el mecanismo de retroceso.

Tres, el impacto en las rutas de escalabilidad existentes

RISC-V no reemplazará las soluciones de escalado existentes, sino que se optimizará como infraestructura:

1. Capa 2: RISC-V mejora la eficiencia de procesamiento de L1 y el rendimiento de verificación ZK, lo que ayuda a Rollup a presentar datos a un costo más bajo y de manera más rápida.
2. Fragmentación de datos y EIP-4844: el cuello de botella de la disponibilidad de datos aún necesita ser resuelto a través de blob y Danksharding, RISC-V no afecta directamente la capacidad de datos en la cadena.
3. FaaS, MEV: Estas funciones no están relacionadas con la arquitectura de la máquina virtual y no fallarán debido al avance de RISC-V.

Cuatro, retroalimentación de la comunidad y esfuerzos relacionados

Discrepancias en la comunidad:

• Los partidarios creen que esta es una actualización necesaria para enfrentar los desafíos de las cadenas de bloques de alto rendimiento y ayudará a atraer a los desarrolladores tradicionales.
• Los conservadores temen que la dificultad de implementación sea alta, que el lastre histórico sea pesado y que el costo de actualización de la cadena de herramientas ecológicas sea elevado.

proyectos similares de referencia:

1. Mover VM (Aptos/Sui): VM orientado a recursos completamente nuevo, con alta seguridad de lenguaje, pero no compatible con EVM.
2. FuelVM: una nueva VM diseñada para el procesamiento paralelo, que utiliza el lenguaje Sway y tiene compatibilidad limitada.
3. WASM (Stylus): Introducción de WASM como lenguaje de contrato en L2, ya implementado en alguna plataforma L2.
4. Un proyecto de blockchain: un precedente que utiliza RISC-V como VM de contratos en la red principal, proporcionando una referencia práctica para Ethereum.

Cinco, Perspectivas de Impacto Futuro

Si Ethereum cambia a RISC-V:

1. Experiencia del desarrollador:

   • Los lenguajes como Solidity/Vyper aún se pueden utilizar, solo se ha cambiado el backend del compilador.
   • Es posible abrir nuevos lenguajes como Rust/C para escribir contratos, pero no es obligatorio la migración.

2. Costos operativos y rendimiento:

   • La mejora en la eficiencia de ejecución traerá un límite de Gas más alto y tarifas más bajas.
   • Los contratos RISC-V podrían reducir la dependencia de contratos precompilados, y el modelo de Gas se acerca más al costo de las pruebas ZK.

3. Compatibilidad y desarrollo ecológico:

   • Durante el período de coexistencia de las dos VM, los contratos existentes pueden seguir funcionando, y los nuevos contratos adoptarán gradualmente RISC-V.
   • La infraestructura debe soportar el nuevo formato de bytecode, lo que podría provocar cambios en la compatibilidad entre cadenas.

4. Seguridad y estabilidad:

   • La nueva arquitectura necesita ser ampliamente probada y formalmente verificada para mejorar la fiabilidad del protocolo.
   • Una capa de ejecución más simple favorece la auditoría y el control de la superficie de ataque.

Conclusión

La propuesta de reemplazar EVM con RISC-V representa una profunda reflexión de Ethereum sobre los límites de rendimiento futuros y la simplicidad del protocolo. Esta propuesta aún se encuentra en una etapa temprana de discusión y se espera que su implementación sea un proceso que lleve varios años, enfrentando múltiples desafíos técnicos, comunitarios y ecológicos. No se trata de derrocar la ruta existente, sino de fortalecer la base y preparar el futuro.

Esta propuesta puede ser vista como una apuesta por el futuro, así como una profunda exploración sobre "si vale la pena reimaginar la base subyacente". Como dijo uno de los cofundadores de Ethereum: "Para lograr un aumento de magnitud, este cambio radical puede ser el único camino viable."