O futuro do Ethereum pode adotar a arquitetura RISC-V em vez do EVM

O cofundador do Ethereum recentemente apresentou uma proposta de longo prazo em um fórum da comunidade, sugerindo substituir a atual máquina virtual de execução (EVM) por uma arquitetura de conjunto de instruções de código aberto RISC-V. Ele comparou essa ideia com a Beam Chain do nível de consenso, acreditando que essa pode ser a única maneira viável de alcançar um avanço no desempenho do nível de execução e simplificar a lógica do protocolo. Especialmente em termos de eficiência da prova de conhecimento zero (ZK Proof), espera-se que a substituição do EVM possa resultar em uma otimização de até 100 vezes. A proposta visa resolver os problemas de gargalo atuais do Ethereum em relação à eficiência da prova ZK, complexidade da construção de blocos, disponibilidade de dados, entre outros.

Limitações atuais do EVM e as vantagens do RISC-V

Os principais problemas existentes no EVM incluem:

1. Arquitetura antiga: usa uma estrutura de pilha de 256 bits, incompatível com CPUs modernas, resultando em baixa eficiência de execução do ZK-EVM.
2. Gargalo de ZK prova: cerca de metade dos recursos é usada para executar o EVM em si, limitando a eficiência da prova ZK.
3. Manutenção difícil: a acumulação de funcionalidades ao longo dos anos levou a uma confusão de normas, tornando algumas funcionalidades difíceis de eliminar.
4. Desenvolvimento limitado: Conjuntos de instruções não padrão limitam o suporte entre linguagens, dificultando a compilação eficiente de linguagens mainstream em código de byte EVM.

Em comparação, o RISC-V possui as seguintes vantagens:

1. Desempenho eficiente: como um conjunto de instruções reduzido de um CPU real, amigável ao hardware, pode ser usado para otimização JIT e até aceleração de hardware.
2. Otimização ZK: Gerar circuitos diretamente para instruções RISC-V na prova ZK é mais simples do que provar operações EVM.
3. Cadeia de ferramentas madura: suporta linguagens populares como Rust/C/C++, reduzindo a barreira de entrada para desenvolvimento e aumentando a diversidade do ecossistema.
4. Padrões gerais: já adotados por projetos de blockchain, com casos de sucesso.

Substituição de Caminhos e Desafios

Foram apresentadas três possíveis soluções de substituição:

1. Duas VMs em coexistência (o mais conservador): EVM e RISC-V operando em paralelo, novos contratos podem optar por RISC-V, garantindo compatibilidade durante o período de transição.
2. Solução de interpretador on-chain (radical): Todos os contratos EVM são interpretados e executados por contratos RISC-V on-chain.
3. Mecanismo de plugins do intérprete (compromisso): tratar o intérprete como um elemento do protocolo, permitindo a inserção futura de outras VMs.

Os desafios técnicos enfrentados na implementação incluem:

• Risco de perda de desempenho: O RISC-V precisa ser executado em simulação em chips x86, e a eficiência inicial pode ser inferior à do EVM otimizado.
• A precificação de Gas precisa ser reestruturada: é necessário definir um novo modelo de Gas para as instruções RISC-V, garantindo justiça e segurança.
• Design de sandbox seguro: limitar chamadas de sistema, prevenir auto-modificação de código, garantir execução determinística.
• Adaptação de ferramentas de desenvolvimento: é necessário atualizar o compilador, o depurador e as ferramentas de auditoria de segurança, suportando bytecode RISC-V.
• Problemas de compatibilidade na migração: alguns contratos dependem de características do EVM, a migração deve ser cuidadosamente projetada com uma camada de compatibilidade ou um mecanismo de fallback.

Impacto nas rotas de escalabilidade existentes

RISC-V é uma otimização de infraestrutura, não substituirá as rotas de escalabilidade existentes.

• Layer 2: Rollup continua a ser o principal motor de escalabilidade do Ethereum, o RISC-V melhora a eficiência de processamento do L1 e o desempenho de verificação ZK, e não a capacidade de throughput diretamente.
• Fragmentação de dados e EIP-4844: o gargalo de disponibilidade de dados ainda precisa ser resolvido pelo EIP-4844 e Danksharding, o RISC-V não afeta a capacidade de dados na cadeia.
• FaaS, MEV: não estão relacionados com a arquitetura da máquina virtual e não falharão devido ao avanço do RISC-V.

Feedback da comunidade e tentativas relacionadas

A comunidade tem divergências sobre esta proposta:

• Os apoiantes acreditam que esta é uma atualização estratégica necessária para enfrentar os desafios de desempenho, ajudando a atrair desenvolvedores tradicionais.
• Os conservadores estão preocupados com a dificuldade de implementação, o passado histórico e os altos custos de atualização da cadeia de ferramentas ecológicas, questionando a relação entre recursos investidos e os resultados obtidos.

Projetos semelhantes de referência:

• Move VM (Aptos/Sui): Uma nova VM orientada a recursos, com forte segurança de linguagem, mas não compatível com EVM.
• FuelVM: Uma nova VM projetada para processamento paralelo, acompanhada da linguagem Sway, com compatibilidade limitada.
• WASM (Stylus): Introdução do WASM como linguagem de contrato no L2, já implementado em um L2, com viabilidade prática.
• Uma blockchain pública: O uso de RISC-V como VM de contrato no mainnet é um precedente que fornece uma referência prática para Ethereum.

Perspectivas de Impacto Futuro

Se o Ethereum mudar para RISC-V, isso pode ter os seguintes impactos:

1. Experiência do desenvolvedor:

   • Linguagens como Solidity/Vyper ainda podem ser usadas, a alteração é no backend do compilador e não na própria linguagem.
   • Pode-se abrir a possibilidade de escrever 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 taxas mais baixas.
   • O contrato RISC-V pode reduzir a dependência de contratos pré-compilados, e o modelo de Gas está mais próximo do custo de prova ZK.

3. Compatibilidade e desenvolvimento ecológicos:

   • Durante o período de coexistência de duas VMs, os contratos existentes podem continuar a operar, enquanto os novos contratos adotam gradualmente o RISC-V.
   • A infraestrutura deve suportar o novo formato de código de byte, o que pode causar alterações na compatibilidade entre cadeias.

4. Segurança e estabilidade:

   • A nova arquitetura precisa de testes abrangentes e verificação formal para aumentar a confiabilidade do protocolo.
   • Uma camada de execução mais simples facilita a auditoria e o controle da superfície de ataque.

Esta proposta representa um profundo pensamento sobre os limites de desempenho futuros e a simplicidade do protocolo no Ethereum. A implementação está prevista para ser 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. Pode ser vista como uma aposta no futuro, bem como uma exploração profunda sobre se "a base vale a pena ser remodelada".