O caminho de inovação do Ethereum: discussão sobre a possibilidade de RISC-V substituir o EVM

Recentemente, o cofundador do Ethereum propôs uma estratégia de longo prazo na comunidade: substituir a máquina virtual de execução (EVM) existente por uma arquitetura de conjunto de instruções RISC-V de código aberto. Esta proposta foi comparada à Beam Chain da camada de consenso, sendo vista como a única potencial via para superar o gargalo de desempenho da camada de execução e simplificar a lógica do protocolo. Especialmente em termos de eficiência da prova de conhecimento zero (ZK Proof), espera-se que, ao substituir a EVM, seja possível alcançar uma otimização de até 100 vezes. Esta proposta visa abordar os problemas de gargalo atuais do Ethereum em eficiência de provas ZK, complexidade de construção de blocos e disponibilidade de dados.

Um, as limitações do EVM e as vantagens do RISC-V

Desafios enfrentados pelo EVM:

1. Arquitetura desatualizada: a estrutura em pilha de 256 bits não é compatível com CPUs modernas, resultando em baixa eficiência de execução do ZK-EVM.
2. Gargalo da prova ZK: Uma grande quantidade de recursos é utilizada para executar o EVM em si, limitando a eficiência da prova ZK.
3. Dificuldades de manutenção: o acúmulo de funções ao longo dos anos levou a uma confusão de normas, tornando difícil a remoção de certas funções.
4. Desenvolvimento limitado: o conjunto de instruções não padrão limita o suporte entre linguagens, tornando difícil compilar eficientemente linguagens mainstream em bytecode EVM.

Vantagens do RISC-V:

1. Desempenho eficiente: como um conjunto de instruções reduzido para CPUs reais, amigável ao hardware, suporta otimização JIT e até aceleração de hardware.
2. Otimização ZK: circuito de geração de instruções RISC-V diretamente, simplificando o processo de prova ZK.
3. Ferramentas maduras: suporte a linguagens populares como Rust/C/C++, reduzindo a barreira de desenvolvimento e expandindo o ecossistema.
4. Padrão Geral: Projetos de blockchain existentes já foram adotados com sucesso, possuindo casos práticos.

Dois, Caminhos de Substituição e Desafios

plano de substituição:

1. Dual VM coexistência: EVM e RISC-V operam em paralelo, os novos contratos podem optar pelo RISC-V, garantindo compatibilidade durante o período de transição.
2. Interpretador on-chain: todos os contratos EVM são interpretados e executados através de contratos RISC-V on-chain.
3. Mecanismo de plugins do interpretador: trata o interpretador como um elemento de protocolo, reservando espaço para a introdução de outras VM no futuro.

Desafios técnicos:

1. Desempenho de execução: RISC-V deve simular a execução em chips x86, a eficiência inicial pode ser inferior à do EVM otimizado.
2. Reconstrução da precificação do Gas: é necessário definir um novo modelo de Gas para as instruções RISC-V, garantindo equidade e segurança.
3. Sandbox de segurança: restringir chamadas de sistema, prevenir auto-modificação de código, garantir execução determinística.
4. Adaptação de ferramentas de desenvolvimento: atualização de compiladores, depuradores e ferramentas de auditoria de segurança, suportando bytecode RISC-V.
5. Compatibilidade de migração: alguns contratos dependem de características EVM, é necessário projetar cuidadosamente uma camada de compatibilidade ou um mecanismo de fallback.

Três, o impacto nas rotas de escalabilidade existentes

RISC-V não irá substituir as soluções de escalabilidade existentes, mas sim atuar como uma otimização de infraestrutura:

1. Layer 2: RISC-V melhora a eficiência de processamento do L1 e o desempenho de verificação ZK, ajudando o Rollup a submeter dados de forma mais rápida e a um custo mais baixo.
2. Sharding de dados e EIP-4844: o gargalo de disponibilidade de dados ainda precisa ser resolvido através de blob e Danksharding, RISC-V não afeta diretamente a capacidade de dados na cadeia.
3. FaaS, MEV: Estas funcionalidades não estão relacionadas com a arquitetura da máquina virtual e não falharão devido ao avanço do RISC-V.

Quatro, Feedback da Comunidade e Tentativas Relacionadas

Divergência na comunidade:

• Os apoiantes acreditam que esta é uma atualização necessária para enfrentar os desafios das blockchains de alto desempenho, ajudando a atrair desenvolvedores tradicionais.
• Os conservadores temem que a implementação seja difícil, que o peso histórico seja grande e que o custo de atualização da cadeia de ferramentas ecológicas seja elevado.

Projetos semelhantes de referência:

1. Mover VM (Aptos/Sui): VM orientada a recursos totalmente nova, com forte segurança de linguagem, mas não compatível com EVM.
2. FuelVM: Uma nova VM projetada para processamento paralelo, compatível com a linguagem Sway, com compatibilidade limitada.
3. WASM (Stylus): Introduzir WASM como linguagem de contrato no L2, já implementado em certa plataforma L2.
4. Um projeto de blockchain: um precedente que usa RISC-V como VM de contrato na mainnet, fornecendo uma referência prática para Ethereum.

Cinco, Perspectivas de Impacto Futuro

Se o Ethereum mudar para RISC-V:

1. Experiência do desenvolvedor:

   • As linguagens como Solidity/Vyper ainda podem ser usadas, apenas o backend do compilador mudou.
   • Pode ser aberto para a escrita de contratos em novas linguagens como Rust/C, mas a migração não é obrigatória.

2. Custos de operação e desempenho:

   • A melhoria na eficiência de execução trará um limite de Gas mais alto e custos mais baixos.
   • O contrato RISC-V pode reduzir a dependência de contratos pré-compilados, o modelo de Gas está mais próximo do custo de provas ZK.

3. Compatibilidade e Desenvolvimento Ecológico:

   • Durante o período de coexistência dos dois VM, os contratos existentes podem continuar a correr, e novos contratos adotam gradualmente o RISC-V.
   • A infraestrutura deve suportar o novo formato de bytecode, o que pode provocar alterações na compatibilidade entre cadeias.

4. Segurança e Estabilidade:

   • A nova arquitetura necessita de testes abrangentes e verificação formal, para melhorar a fiabilidade do protocolo.
   • Uma camada de execução mais simples é benéfica para auditoria e controle da superfície de ataque.

Conclusão

A proposta de substituir o EVM pelo RISC-V representa uma profunda reflexão da Ethereum sobre os limites de desempenho futuros e a simplicidade do protocolo. Esta proposta ainda está nas fases iniciais de discussão e espera-se que a implementação seja um processo que levará vários anos, enfrentando múltiplos desafios técnicos, comunitários e ecológicos. Não se trata de derrubar a rota existente, mas sim de fortalecer a base e preparar o futuro.

Esta proposta pode ser vista como uma aposta no futuro, além de ser uma exploração profunda sobre "se a base merece ser reimaginada". Como disse um dos co-fundadores do Ethereum: "Para alcançar uma melhoria em escala, essa mudança radical pode ser o único caminho viável."