Ethereum trong tương lai có thể sẽ áp dụng kiến trúc RISC-V thay thế EVM

Các đồng sáng lập Ethereum gần đây đã đưa ra một đề xuất dài hạn trong diễn đàn cộng đồng, đề nghị thay thế máy ảo thực thi hiện tại (EVM) bằng kiến trúc tập lệnh RISC-V mã nguồn mở. Ông so sánh ý tưởng này với Beam Chain ở lớp đồng thuận, cho rằng đây có thể là con đường khả thi duy nhất để đạt được đột phá hiệu suất ở lớp thực thi và đơn giản hóa logic giao thức. Đặc biệt, về hiệu suất của chứng minh không kiến thức (ZK Proof), dự kiến rằng việc thay thế EVM có thể đạt được tối đa 100 lần tối ưu hóa. Đề xuất này nhằm giải quyết các vấn đề tắc nghẽn hiện tại của Ethereum liên quan đến hiệu suất chứng minh ZK, độ phức tạp xây dựng khối, khả năng sẵn có dữ liệu.

Hạn chế hiện tại của EVM và lợi thế của RISC-V

Các vấn đề chính của EVM bao gồm:

1. Kiến trúc cũ: Sử dụng cấu trúc xếp chồng 256 bit, không tương thích với CPU hiện đại, dẫn đến hiệu suất thực thi ZK-EVM thấp.
2. Nút thắt ZK chứng minh: Khoảng một nửa tài nguyên được sử dụng để thực thi EVM bản thân, hạn chế hiệu quả chứng minh ZK.
3. Bảo trì kém: Sự tích lũy chức năng qua nhiều năm dẫn đến quy định hỗn loạn, một số chức năng khó bị loại bỏ.
4. Phát triển bị hạn chế: Tập lệnh không chuẩn đã hạn chế hỗ trợ đa ngôn ngữ, các ngôn ngữ chính khó biên dịch hiệu quả thành mã byte EVM.

So với, RISC-V có những ưu điểm sau:

1. Hiệu suất cao: Là tập lệnh rút gọn của CPU thực, thân thiện với phần cứng, có thể sử dụng cho tối ưu hóa JIT và thậm chí tăng tốc phần cứng.
2. Tối ưu ZK: Trong chứng minh ZK, việc tạo ra mạch cho lệnh RISC-V trực tiếp đơn giản hơn so với chứng minh thao tác EVM.
3. Chuỗi công cụ trưởng thành: Hỗ trợ các ngôn ngữ chính như Rust/C/C++, giảm bớt rào cản phát triển, hệ sinh thái rộng lớn hơn.
4. Tiêu chuẩn chung: Đã có các dự án blockchain áp dụng, có các trường hợp thành công.

Thay thế đường dẫn và thách thức

Đề xuất ba phương án thay thế khả thi:

1. Song VM đồng thời (bảo thủ nhất): EVM và RISC-V chạy song song, hợp đồng mới có thể chọn RISC-V, đảm bảo tính tương thích trong giai đoạn chuyển tiếp.
2. Giải pháp trình thông dịch trên chuỗi (cấp tiến): Tất cả hợp đồng EVM sẽ được giải thích và thực thi bởi hợp đồng RISC-V trên chuỗi.
3. Cơ chế plugin giải thích (thỏa hiệp): Đưa trình giải thích vào các yếu tố giao thức, cho phép chèn các VM khác trong tương lai.

Những thách thức kỹ thuật trong việc thực hiện bao gồm:

• Rủi ro hao mòn hiệu suất thực thi: RISC-V cần mô phỏng thực thi trên chip x86, hiệu suất ban đầu có thể thấp hơn EVM đã được tối ưu.
• Cần tái cấu trúc định giá Gas: cần định nghĩa mô hình Gas mới cho các lệnh RISC-V, đảm bảo công bằng và an toàn.
• Thiết kế hộp cát an toàn: Giới hạn các cuộc gọi hệ thống, ngăn chặn mã tự sửa đổi, đảm bảo thực thi xác định.
• Công cụ phát triển thích ứng: cần cập nhật trình biên dịch, trình gỡ lỗi, công cụ kiểm tra an ninh, hỗ trợ mã byte RISC-V.
• Vấn đề tương thích khi di chuyển: Một số hợp đồng phụ thuộc vào các đặc tính EVM, việc di chuyển cần thiết kế cẩn thận lớp tương thích hoặc cơ chế quay lại.

Ảnh hưởng đến lộ trình mở rộng hiện có

RISC-V là tối ưu hóa cơ sở hạ tầng, sẽ không thay thế lộ trình mở rộng hiện tại.

• Layer 2: Rollup vẫn là lực lượng chính mở rộng Ethereum, RISC-V nâng cao hiệu suất xử lý của L1 và hiệu suất xác minh ZK, chứ không phải mở rộng thông lượng trực tiếp.
• Phân đoạn dữ liệu và EIP-4844: Nút thắt về khả năng sử dụng dữ liệu vẫn cần EIP-4844 và Danksharding để giải quyết, RISC-V không ảnh hưởng đến dung lượng dữ liệu trên chuỗi.
• FaaS, MEV: Không liên quan đến kiến trúc máy ảo, sẽ không bị vô hiệu hóa vì sự thúc đẩy của RISC-V.

Phản hồi cộng đồng và các thử nghiệm liên quan

Cộng đồng có sự khác biệt về đề xuất này:

• Những người ủng hộ cho rằng đây là một sự nâng cấp chiến lược cần thiết để đối phó với những thách thức về hiệu suất, giúp thu hút các nhà phát triển truyền thống.
• Các nhà bảo thủ lo ngại về độ khó thực hiện, gánh nặng lịch sử, chi phí cập nhật công cụ sinh thái lớn, nghi ngờ về tỷ lệ đầu tư và thu được từ tài nguyên.

Dự án tương tự tham khảo:

• Move VM (Aptos/Sui): VM hướng tài nguyên hoàn toàn mới, có độ an toàn ngôn ngữ cao, nhưng không tương thích với EVM.
• FuelVM: VM mới được thiết kế cho xử lý song song, đi kèm với ngôn ngữ Sway, khả năng tương thích hạn chế.
• WASM (Stylus): Giới thiệu WASM như một ngôn ngữ hợp đồng trong L2, hiện đã được triển khai trong một L2 nhất định, có tính khả thi trong thực tế.
• Một chuỗi công cộng: Sử dụng RISC-V làm VM hợp đồng trên mạng chính, cung cấp tham khảo thực tiễn cho Ethereum.

Triển vọng tác động trong tương lai

Nếu Ethereum chuyển sang RISC-V, có thể mang lại những tác động sau:

1. Trải nghiệm của nhà phát triển:

   • Các ngôn ngữ như Solidity/Vyper vẫn có thể sử dụng, backend biên dịch đã thay đổi chứ không phải ngôn ngữ.
   • Có thể mở cho các ngôn ngữ mới như Rust/C để viết hợp đồng, nhưng không bắt buộc phải chuyển đổi.

2. Chi phí vận hành và hiệu suất:

   • Nâng cao hiệu quả thực thi sẽ mang lại giới hạn Gas cao hơn và chi phí thấp hơn.
   • Hợp đồng RISC-V có thể giảm sự phụ thuộc vào hợp đồng được biên dịch trước, mô hình Gas gần gũi hơn với chi phí chứng minh ZK.

3. Tương thích và phát triển hệ sinh thái:

   • Trong thời gian tồn tại của hai VM song song, các hợp đồng hiện có có thể tiếp tục hoạt động, các hợp đồng mới dần dần áp dụng RISC-V.
   • Hạ tầng cần hỗ trợ định dạng bytecode mới, có thể gây ra sự thay đổi tương thích giữa các chuỗi.

4. An toàn và ổn định:

   • Kiến trúc mới cần được kiểm tra rộng rãi và xác minh hình thức, nâng cao độ tin cậy của giao thức.
   • Lớp thực thi đơn giản hơn có lợi cho việc kiểm toán và kiểm soát bề mặt tấn công.

Đề xuất này đại diện cho sự suy nghĩ sâu sắc của Ethereum về giới hạn hiệu suất trong tương lai và sự đơn giản của giao thức. Việc thực hiện dự kiến sẽ là một quá trình kéo dài hàng năm, cần vượt qua nhiều thách thức về công nghệ, cộng đồng và hệ sinh thái. Nó không phải là việc lật đổ lộ trình hiện tại, mà là củng cố nền tảng, chuẩn bị cho tương lai. Điều này có thể được coi là một cuộc cược cho tương lai, cũng như một cuộc khám phá sâu sắc về việc "có đáng để tái cấu trúc nền tảng hay không".