У майбутньому Ethereum може перейти на архітектуру RISC-V замість EVM

Співзасновник Ethereum нещодавно на форумі спільноти запропонував довгострокову пропозицію, що передбачає заміну поточної віртуальної машини виконання (EVM) на відкриту архітектуру команд RISC-V. Він порівняв цю концепцію з рівнем консенсусу Beam Chain, вважаючи, що це може бути єдиним життєздатним шляхом до突破 продуктивності рівня виконання та спрощення логіки протоколу. Особливо щодо ефективності доказів з нульовим знанням (ZK Proof), очікується, що заміна EVM дозволить досягти оптимізації до 100 разів. Ця пропозиція покликана вирішити поточні проблеми Ethereum у сфері ефективності ZK доказів, складності побудови блоків, доступності даних та інших аспектах.

Поточні обмеження EVM та переваги RISC-V

Основні проблеми, що існують у EVM, включають:

1. Застаріла архітектура: використання 256-бітної стекової структури, що не сумісна з сучасними ЦП, призводить до низької ефективності виконання ZK-EVM.
2. Вузьке місце ZK-доказів: близько половини ресурсів використовується для виконання самого EVM, що обмежує ефективність ZK-доказів.
3. Погане обслуговування: накопичення функцій протягом багатьох років призвело до плутанини в стандартах, деякі функції важко скасувати.
4. Обмежена розробка: нестандартний набір інструкцій обмежує підтримку між мовами, а основні мови важко ефективно компілювати в байт-код EVM.

Порівняно з цим, RISC-V має такі переваги:

1. Висока продуктивність: як спрощений набір інструкцій справжнього ЦП, дружній до апаратного забезпечення, може використовуватися для JIT-оптимізації або навіть апаратного прискорення.
2. ZK оптимізація: безпосередньо генерувати схему для інструкцій RISC-V у ZK-доказах простіше, ніж доводити операції EVM.
3. Дорослість інструментів: підтримка основних мов програмування, таких як Rust/C/C++, знижує бар'єри для розробки та розширює екосистему.
4. Загальні стандарти: вже використовуються в блокчейн-проектах, мають успішні кейси.

Заміна шляхів та виклики

Запропоновано три можливі варіанти заміни:

1. Паралельне існування двох VM (найбільш консервативний варіант): EVM та RISC-V працюють паралельно, нові контракти можуть обирати RISC-V, що забезпечує сумісність у перехідний період.
2. Рішення з інтерпретатором на ланцюзі (агресивне): всі контракти EVM виконуються через контракти RISC-V на ланцюзі.
3. Механізм плагінів інтерпретатора (компроміс): використовувати інтерпретатор як елемент протоколу, що дозволяє в майбутньому вставляти інші ВМ.

Технічні виклики, з якими стикається впровадження, включають:

• Ризик зниження продуктивності виконання: RISC-V повинен імітувати виконання на чіпах x86, початкова ефективність може бути нижчою за оптимізований EVM.
• Необхідно перепроектувати оцінку Gas: потрібно визначити нову модель Gas для інструкцій RISC-V, щоб забезпечити справедливість і безпеку.
• Дизайн безпечного пісочниці: обмеження системних викликів, запобігання самозміни коду, забезпечення детермінованого виконання.
• Адаптація інструментів розробки: необхідно оновити компілятор, налагоджувач, інструменти безпекового аудиту, підтримка байт-коду RISC-V.
• Проблема сумісності міграції: деякі контракти залежать від особливостей EVM, тому міграцію слід обережно проектувати з урахуванням сумісного рівня або механізму відкату.

Вплив на існуючі шляхи розширення

RISC-V є оптимізацією інфраструктури, яка не замінить існуючі маршрути розширення.

• Layer 2: Rollup залишається основним засобом розширення Ethereum, RISC-V підвищує ефективність обробки L1 та продуктивність ZK-верифікації, а не безпосередньо розширює пропускну здатність.
• Розділення даних та EIP-4844: проблеми з доступністю даних все ще потребують вирішення EIP-4844 та Danksharding, RISC-V не впливає на об'єм даних в ланцюзі.
• FaaS, MEV: не залежать від архітектури віртуальної машини і не втратять актуальність через просування RISC-V.

Відгуки спільноти та відповідні спроби

Спільнота має розбіжності щодо цієї пропозиції:

• Прихильники вважають, що це необхідне стратегічне оновлення для вирішення проблем продуктивності, яке допоможе залучити традиційних розробників.
• Консерватори турбуються про складність реалізації, історичний тягар, великі витрати на оновлення екологічного інструментального ланцюга та ставлять під сумнів співвідношення витрат і вигод.

Схожі проекти для посилання:

• Move VM (Aptos/Sui): абсолютно нова ресурсно орієнтована VM, з високою мовною безпекою, але не сумісна з EVM.
• FuelVM: нова віртуальна машина, спроектована для паралельної обробки, разом з мовою Sway, з обмеженою сумісністю.
• WASM (Stylus): Введення WASM як мови контрактів у L2, вже реалізовано в певному L2, має реальну життєздатність.
• Деяка публічна блокчейн-мережа: приклад використання RISC-V в якості віртуальної машини контрактів на основному мережі, що надає практичну довідку для Ethereum.

Прогляд впливу на майбутнє

Якщо Ethereum перейде на RISC-V, це може призвести до наступних наслідків:

1. Досвід розробника:

   • Мови, такі як Solidity/Vyper, все ще можуть використовуватися, зміни відбуваються в бекенді компілятора, а не в самій мові.
   • Можливо, буде відкрито можливість написання контрактів новими мовами, такими як Rust/C, але примусова міграція не буде 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 ВМ існуючі контракти можуть продовжувати працювати, нові контракти поступово впроваджують RISC-V.
   • Інфраструктура повинна підтримувати новий формат байт-коду, що може призвести до змін у міжланковій сумісності.

4. Безпека та стабільність:

   • Нова архітектура потребує широкого тестування та формальної валідації для підвищення надійності протоколу.
   • Більш простий виконавчий шар сприяє аудиту та контролю поверхні атаки.

Ця пропозиція є глибоким роздумом Ethereum про майбутні межі продуктивності та простоту протоколу. Реалізація передбачається як процес, що триватиме кілька років, і вимагатиме подолання численних технічних, комунітарних та екологічних викликів. Це не скасування існуючого курсу, а зміцнення основи, підготовка до майбутнього. Це можна розглядати як ставку на майбутнє, а також як глибоке дослідження питання "чи варто перебудовувати основу".