Інноваційний шлях Ethereum: дослідження можливості заміни EVM на RISC-V

Співзасновник Ethereum нещодавно висунув у спільноті довгостроковий план: замінити існуючу віртуальну машину виконання (EVM) відкритою архітектурою набору команд RISC-V. Цю пропозицію порівнюють з Beam Chain на рівні консенсусу, і вона вважається потенційно єдиним шляхом для подолання обмежень продуктивності на рівні виконання та спрощення логіки протоколу. Особливо в аспекті ефективності нульових знань (ZK Proof), очікується, що шляхом заміни EVM можна досягти оптимізації до 100 разів. Ця пропозиція спрямована на вирішення поточних проблем Ethereum у сфері ефективності ZK доказів, складності побудови блоків, доступності даних тощо.

Одне. Обмеження EVM та переваги RISC-V

Виклики для EVM:

1. Застаріла архітектура: 256-бітна стекова структура несумісна з сучасними процесорами, що призводить до низької ефективності виконання ZK-EVM.
2. Вузьке місце ZK доказів: велика кількість ресурсів витрачається на виконання самого EVM, що обмежує ефективність ZK доказів.
3. Утримання ускладнене: накопичення функцій протягом багатьох років призвело до плутанини в специфікаціях, деякі функції важко видалити.
4. Обмеження розробки: нестандартний набір інструкцій обмежує підтримку між мовами, основні мови важко ефективно компілювати в байт-код EVM.

Переваги RISC-V:

1. Висока ефективність: як спрощена інструкційна система реального процесора, вона дружня до апаратного забезпечення, підтримує JIT-оптимізацію та навіть апаратне прискорення.
2. Оптимізація ZK: безпосередньо для генерації схем команд RISC-V, спрощено процес доказу ZK.
3. Зрілі інструменти: підтримка основних мов програмування, таких як Rust/C/C++, знижує бар'єри для розробки та розширює екосистему.
4. Загальні стандарти: вже існуючі проекти блокчейну успішно впроваджують, мають практичні приклади.

Два, шлях заміни та виклики

Заміняючий варіант:

1. Подвійна віртуальна машина: EVM та RISC-V працюють паралельно, нові контракти можуть використовувати RISC-V, що забезпечує сумісність під час перехідного періоду.
2. Ланцюговий інтерпретатор: всі контракти EVM виконуються через ланцюгові контракти RISC-V.
3. Механізм плагінів інтерпретатора: використовувати інтерпретатор як елемент протоколу, щоб залишити місце для впровадження інших віртуальних машин у майбутньому.

Технічні виклики:

1. Виконавча продуктивність: RISC-V потрібно моделювати виконання на чіпах x86, початкова ефективність може бути нижчою за оптимізований EVM.
2. Реконструкція оцінки Gas: необхідно визначити нову модель Gas для інструкцій RISC-V, щоб забезпечити справедливість і безпеку.
3. Безпечна пісочниця: обмеження системних викликів, запобігання самозмінам коду, гарантія детермінованого виконання.
4. Адаптація інструментів розробки: оновлення компілятора, налагоджувача, інструментів безпеки, підтримка байт-коду RISC-V.
5. Сумісність міграції: деякі контракти залежать від функцій EVM, тому необхідно обережно проектувати сумісний рівень або механізм відкату.

Три. Вплив на існуючі шляхи розширення

RISC-V не буде заміною існуючих рішень для масштабування, а стане оптимізацією інфраструктури:

1. Layer 2: RISC-V підвищує ефективність обробки L1 та продуктивність ZK-верифікації, що допомагає Rollup знижувати витрати та швидше подавати дані.
2. Розподіл даних та EIP-4844: вузьке місце у доступності даних ще потрібно вирішити через blob та Danksharding, RISC-V не впливає безпосередньо на обсяг даних в ланцюгу.
3. FaaS, MEV: Ці функції не пов'язані з архітектурою віртуальної машини і не втратять своєї актуальності через просування RISC-V.

Чотири, зворотний зв'язок від спільноти та пов'язані спроби

Суперечності в спільноті:

• Прихильники вважають, що це необхідне оновлення для вирішення викликів високопродуктивних блокчейнів, що допомагає залучити традиційних розробників.
• Консерватори стурбовані великою складністю впровадження, важким історичним багажем та високими витратами на оновлення екологічних інструментів.

Схожі проекти для посилання:

1. Move VM (Aptos/Sui): абсолютно нова ресурсно-орієнтована VM, з сильною безпекою мови, але не сумісна з EVM.
2. FuelVM: нова віртуальна машина, розроблена для паралельної обробки, яка використовує мову Sway з обмеженою сумісністю.
3. WASM (Stylus): Введення WASM як мови контрактів на L2, вже реалізовано на певній платформі L2.
4. Певний блокчейн проект: прецедент використання RISC-V як віртуальної машини контрактів у основній мережі, що надає практичні посилання для Ethereum.

П'ять, Перспективи майбутнього впливу

Якщо Ethereum перейде на RISC-V:

1. Досвід розробника:

   • Мови, такі як Solidity/Vyper, все ще можуть використовуватися, лише змінився бекенд компілятора.
   • Можливо, буде відкрито нові мови для написання контрактів, такі як Rust/C, але міграція не є обов'язковою.

2. Витрати на експлуатацію та продуктивність:

   • Підвищення ефективності виконання призведе до вищого ліміту Gas та нижчих витрат.
   • Контракти RISC-V можуть зменшити залежність від попередньо скомпільованих контрактів, модель Gas ближча до вартості ZK доказів.

3. Екологічна сумісність та розвиток:

   • Під час періоду співіснування двох VM існуючі контракти можуть продовжувати діяти, нові контракти поступово переходять на RISC-V.
   • Інфраструктура повинна підтримувати новий формат байт-коду, що може викликати зміни в сумісності між ланцюгами.

4. Безпека та стабільність:

   • Нова архітектура потребує широкого тестування та формальної верифікації, щоб підвищити надійність протоколу.
   • Спрощений рівень виконання сприяє аудиту та контролю над атакуючою поверхнею.

Висновок

Пропозиція про заміну EVM на RISC-V представляє собою глибоке обмірковування Ethereum щодо майбутніх меж продуктивності та простоти протоколу. Ця пропозиція все ще на ранній стадії обговорення, реалізація очікується протягом кількох років і вимагатиме подолання численних технічних, спільнотних та екологічних викликів. Це не скасування існуючого курсу, а зміцнення основи і підготовка до майбутнього.

Ця пропозиція може розглядатися як ставка на майбутнє, а також є глибоким дослідженням питання "чи варто переробляти основу". Як зазначив співавтор Ethereum: "Щоб досягти збільшення на порядки, така радикальна зміна може бути єдиним можливим шляхом."