Будущее Ethereum может использовать архитектуру RISC-V вместо EVM

Соучредитель Ethereum недавно предложил долгосрочную инициативу на форуме сообщества, предлагая заменить текущую виртуальную машину исполнения (EVM) на открытое архитектурное решение команд RISC-V. Он провел аналогию с уровнем консенсуса Beam Chain, полагая, что это может быть единственным жизнеспособным путем для достижения прорыва в производительности уровня исполнения и упрощения логики протокола. Особенно в отношении эффективности нулевых знаний (ZK Proof) ожидается, что замена EVM может обеспечить оптимизацию до 100 раз. Эта инициатива направлена на решение текущих узких мест Ethereum в таких областях, как эффективность ZK-доказательств, сложность построения блоков и доступность данных.

Ограничения текущего EVM и преимущества RISC-V

Основные проблемы, существующие в EVM, включают:

1. Устаревшая архитектура: использование 256-битной стековой структуры, несовместимой с современными процессорами, приводит к низкой эффективности выполнения ZK-EVM.
2. Узкие места ZK-доказательства: около половины ресурсов используется для выполнения самого EVM, что ограничивает эффективность ZK-доказательства.
3. Плохая поддержка: накопление функционала за много лет привело к путанице в стандартах, некоторые функции трудно отменить.
4. Ограниченная разработка: нестандартный набор инструкций ограничивает поддержку межязыковых взаимодействий, и основные языки сложно эффективно компилировать в байт-код EVM.

По сравнению с этим, RISC-V имеет следующие преимущества:

1. Высокая производительность: в качестве сокращенного набора команд реального ЦП, дружелюбный к оборудованию, может использоваться для JIT-оптимизации и даже аппаратного ускорения.
2. Оптимизация ZK: напрямую генерировать схемы для инструкций RISC-V в ZK-доказательствах проще, чем доказывать операции EVM.
3. Зрелая цепочка инструментов: поддержка таких популярных языков, как Rust/C/C++, снижение порога разработки, более широкая экосистема.
4. Универсальный стандарт: уже принятые блокчейн-проекты, имеющие успешные примеры.

Замена путей и вызовы

Предложены три возможных варианта замены:

1. Два виртуальных машины одновременно (самый консервативный): EVM и RISC-V работают параллельно, новые контракты могут использовать RISC-V, что обеспечивает совместимость в переходный период.
2. Решение с интерпретатором на блокчейне (радикальное): все контракты EVM будут интерпретироваться и исполняться через контракты RISC-V на блокчейне.
3. Механизм плагинов интерпретатора (компромисс): использовать интерпретатор как элемент протокола, позволяя в будущем вставлять другие ВМ.

Технические вызовы, с которыми сталкивается реализация, включают:

• Риск снижения производительности: RISC-V необходимо моделировать выполнение на чипах x86, начальная эффективность может быть ниже оптимизированной EVM.
• Необходима переработка расчета Gas: необходимо определить новую модель Gas для инструкций RISC-V, чтобы обеспечить справедливость и безопасность.
• Безопасный песочница-дизайн: ограничение системных вызовов, предотвращение самодостаточного кода, обеспечение детерминированного выполнения.
• Адаптация инструментов разработки: необходимо обновить компилятор, отладчик и инструменты безопасности, поддерживающие байт-код RISC-V.
• Проблемы совместимости при миграции: некоторые контракты зависят от характеристик EVM, миграция требует осторожного проектирования совместимого слоя или механизма отката.

Влияние на существующие маршруты масштабирования

RISC-V является оптимизацией инфраструктуры и не заменит существующие маршруты масштабирования.

• Уровень 2: Rollup по-прежнему является основным средством расширения Ethereum, RISC-V повышает эффективность обработки на L1 и производительность проверки ZK, а не напрямую увеличивает пропускную способность.
• Шардинг данных и EIP-4844: узкое место доступности данных все еще требует решения с помощью EIP-4844 и Danksharding, RISC-V не влияет на емкость данных в цепочке.
• FaaS, MEV: Не зависят от архитектуры виртуальной машины и не потеряют свою актуальность из-за продвижения RISC-V.

Обратная связь сообщества и связанные попытки

Сообщество разделилось по поводу этого предложения:

• Сторонники считают, что это необходимое стратегическое обновление для решения проблем с производительностью, которое поможет привлечь традиционных разработчиков.
• Консерваторы беспокоятся о сложности реализации, историческом бремени и высоких затратах на обновление экологических инструментов, ставя под сомнение соотношение вложенных ресурсов и полученных результатов.

Аналогичные проекты для справки:

• Move VM（Aptos/Sui）：Совершенно новый ресурсно-ориентированный виртуальный механизм, с высокой безопасностью языка, но несовместимый с EVM.
• FuelVM: новая виртуальная машина, разработанная для параллельной обработки, с языком Sway, ограниченная совместимость.
• WASM (Stylus): Внедрение WASM в качестве языка контрактов в L2, уже реализовано в некотором L2, имеет реальную осуществимость.
• Определенная публичная цепочка: пример использования RISC-V в качестве виртуальной машины для контрактов в основной сети, предоставляющий практическую справку для Ethereum.

Перспективы будущего влияния

Если Ethereum перейдет на RISC-V, это может привести к следующим последствиям:

1. Опыт разработчиков:

   • Языки, такие как Solidity/Vyper, все еще могут использоваться, изменился только бэкенд компилятора, а не сам язык.
   • Возможно, будет открыта возможность написания контрактов на новых языках, таких как Rust/C, но миграция не является обязательной.

2. Операционные расходы и производительность:

   • Повышение эффективности выполнения приведет к более высокому пределу Gas и более низким расходам.
   • Контракты RISC-V могут снизить зависимость от предкомпилированных контрактов, модель Gas более близка к стоимости ZK-доказательства.

3. Экологическая совместимость и развитие:

   • Во время совместного существования двух виртуальных машин существующие контракты могут продолжать работать, новые контракты постепенно переходят на RISC-V.
   • Инфраструктура должна поддерживать новый формат байт-кода, что может привести к изменениям в совместимости между цепями.

4. Безопасность и стабильность:

   • Новая архитектура требует широкого тестирования и формальной верификации для повышения надежности протокола.
   • Более упрощенный уровень выполнения способствует аудиту и контролю над атакующими векторами.

Это предложение представляет собой глубокое размышление Ethereum о предельной производительности и простоте протокола в будущем. Ожидается, что реализация займет несколько лет и потребует преодоления множества технических, общественных и экологических вызовов. Это не отмена существующего маршрута, а укрепление основы и подготовка к будущему. Это можно рассматривать как ставку на будущее и глубокое исследование вопроса о том, стоит ли пересматривать основу.