イーサリアムがEVMからRISC-Vへ:ブロックチェーンコンピューティングを再定義する可能性のあるアーキテクチャの全面刷新

イーサリアムは転換点に立っています。イーサリアム・バーチャルマシン((EVM))は、10年以上にわたるブロックチェーン革新を支え、DeFiやNFTの基盤を築いてきましたが、今やこのカスタム構築された実行層は、現在到来しつつある計算の未来に向けて設計されたものではなかったことが次第に明らかになっています。ゼロ知識証明((ZK))へのシフトや、システムプログラミング標準における汎用マシン構造の出現は、正念場を迎えさせています:イーサリアムの老朽化したアーキテクチャは適応できるのか、それとも完全な再構築が必要なのか?

技術研究者やイーサリアム財団のリーダーシップによると、その答えは次第に明白になりつつあります。プロトコルは、スケーラビリティを解放し、複雑さを低減し、イーサリアムをより広範な検証可能な計算エコシステムと整合させることを約束する、オープンソースの命令セットアーキテクチャ(RISC-V)への置き換えに向かって進んでいます。

誰も語らないパフォーマンス危機:なぜEVMはZKに追いつけないのか

このボトルネックはすぐには見えませんが、根本的な問題です。イーサリアムが状態遷移をゼロ知識証明で証明し始めると—これはL1のスケーリングに不可欠な道筋です—現在のzkEVMの実装は、圧倒的なパフォーマンスペナルティを生み出します。

技術的な現実はこうです:今日のzkEVMは、直接EVMの実行を証明しているわけではありません。代わりに、RISC-Vコードにコンパイルされたインタプリタを証明しています。この余分な抽象化層が問題の原因です。パフォーマンスコストは、ネイティブ実行の50倍から800倍遅いと推定されています。より効率的なハッシュアルゴリズムへの切り替えなど他のコンポーネントの最適化を行った後でも、ブロックの実行は依然としてボトルネックであり、証明生成時間の80-90%を占めています。

ビタリック・ブテリンはこの問題を簡潔に表現しています:もしzkVMが最終的にすべてをRISC-Vにコンパイルするのであれば、なぜスマートコントラクト開発者にとって何のオーバーヘッドも追加しないEVMの仲介を通じて作業させる必要があるのか?

これは理論的な話ではありません。パフォーマンスのギャップは経済的な影響に直結します。この解釈層を排除すれば、実行効率はおよそ100倍向上し、スケーリングの実現と混雑の継続を分ける決定的な差となります。

プロトコルに埋もれた技術的負債

EVMの設計選択は2015年には理にかなっていましたが、今や制約へと硬直化しています。具体的には、次の3つの問題を考えてみましょう。

未完成の契約(プリコンパイル)による一時しのぎ。 EVMが特定の暗号演算を効率的に処理できなかったため、Ethereumはハードコーディングされた関数—プリコンパイルされた契約—を追加しました。これは一時的には実用的に見えましたが、今日ではビタリックが「悪い」状況と呼ぶ事態を招いています:これらのモジュールはEthereumの信頼できるコードベースを膨張させ、持続不可能なレベルにまで膨れ上がり、セキュリティリスクを繰り返し引き起こし、コンセンサスの失敗に危険なほど近づいています。

新たなプリコンパイルを追加するには、激しいハードフォークが必要であり、ラッパーコードはRISC-V全体の実装よりも複雑になることもあります。ビタリックの結論は明快です:プロトコルはプリコンパイルの追加を完全に停止すべきです。

256ビットアーキテクチャは誤った用途に使われている。 EVMの256ビットスタックは暗号値用に設計されましたが、ほとんどのスマートコントラクトは32または64ビットの整数を操作します。このミスマッチは、非効率の残酷な方程式を生み出します:小さな数値はリソースを節約しませんが、複雑さは2倍または4倍に増加します。ZK証明システムでは、この非効率性はさらに拡大します。

スタックとレジスタの違い。 EVMのスタックベースのアーキテクチャは、RISC-Vのレジスタモデルよりも多くの命令を必要とし、コンパイラの最適化を難しくし、証明生成の負荷を増大させます。

これらの蓄積された設計選択はバグではなく—むしろ一度は理にかなっていたアーキテクチャ的制約です—しかし、今やイーサリアムの未来と相容れなくなっています。

RISC-V:オープンスタンダードがカスタム設計に勝る理由

RISC-Vは独自技術ではありません。これはオープンソースの命令セット標準であり、プロセッサ設計のための無料の青写真とも言えます。この役割に採用されるのは、恣意的でも実験的でもありません。

なぜシンプルさが強みなのか。 RISC-Vの基本命令セットは約47命令で構成されています。この徹底的なミニマリズムは意図的です。命令数が少ないほど、信頼できるコードベースは小さくなり、監査や形式検証、セキュリティ証明も容易になります。ジェレミー・ブルーステルは業界会議で、「私たちが必要とする超最小の汎用マシンにほぼ完璧だ」と強調しました。

LLVMを通じたエコシステムの成熟。 既存の標準を選択することで、イーサリアムは数十年にわたるコンパイラインフラにアクセスできます。LLVMのサポートにより、Rust、C++、Go、Pythonなどの主流プログラミング言語を使い、直接RISC-Vにコンパイル可能です。これにより、ゼロから開発エコシステムを再構築する必要がなくなります。ジャスティン・ドレイクは戦略的優位性をこう述べています:「LLVMがサポートするすべての高水準言語を無料で利用できる。」

zkVMの収束はすでに進行中。 市場はすでに投票済みです。イーサリアムのブロック証明が可能な最も進んだzkVM実装のうち、9つがRISC-Vを選択しています。これは推測ではなく、実践的な検証です。ゼロ知識エコシステムは、RISC-Vを実行ターゲットとして標準化しており、イーサリアムの採用はギャンブルではなく、業界の動きと整合しています。

形式検証が可能に。 自然言語で書かれ、曖昧さを孕むEVMのイエローペーパー仕様と異なり、RISC-Vには公式のSAIL仕様があり、機械可読です。この数学的厳密さにより、zkVMの回路は仕様に対して直接検証でき、EVMでは決して実現できなかった証明可能な正確性への道を開きます。

ハードウェアのセキュリティ境界が組み込まれる。 RISC-Vには、ユーザーモードとスーパーバイザーモードを持つ特権アーキテクチャが含まれています。スマートコントラクトはユーザーモードで実行され、ブロックチェーンの状態に直接アクセスできません。代わりに、信頼されたカーネルにECALLリクエストを送ります。これにより、プロセッサアーキテクチャ自体によって強制されるセキュリティ境界が形成され、ソフトウェアだけのサンドボックスよりもはるかに堅牢です。カルテシのディエゴはこう説明します:「これらすべての保護メカニズムはRISC-V標準の一部です。」

3段階の移行:段階的リスク軽減

イーサリアムは突然の全面移行を計画しているわけではありません。移行は意図的に保守的なロードマップに沿っています。

フェーズ1:プリコンパイルの置き換えとしてのRISC-V。 最初に、プロトコルは新たなEVMプリコンパイルの追加を停止します。代わりに、新しい暗号機能はホワイトリストに登録されたRISC-Vプログラムを通じて実装されます。これにより、新しいアーキテクチャはメインネットでのテストを低リスクの環境で行い、その後の広範な採用に備えます。

フェーズ2:デュアル仮想マシンの共存。 スマートコントラクトは、自身のバイトコードがEVMかRISC-Vをターゲットにしているかを宣言できるようになります。重要なのは、両環境のコントラクトが標準化されたECALLシステムコールを通じて相互に呼び出せることです。これにより、両アーキテクチャが共に動作し、相互運用性を検証した上で完全移行へと進みます。

フェーズ3:EVMをシミュレートされたコントラクトに。 最終的には、EVMは高水準言語として扱われ、RISC-VのL1上でネイティブに動作する正式に検証されたスマートコントラクトとなります。レガシーアプリケーションは永続的にサポートされますが、プロトコルのコア実行層は純粋なRISC-Vとなり、クライアントの開発と保守が大幅に簡素化されます。

この段階的アプローチは、潜在的に壊滅的な移行を管理可能な進化へと変えます。

エコシステムの再編成:勝者と敗者

このシフトはすべてのLayer 2に均等に影響を与えるわけではなく、勝者と敗者を生み出します。

オプティミスティックロールアップは構造的課題に直面。 ArbitrumやOptimismのようなプロジェクトは、詐欺証明に依存しています:取引の不正を争うにはL1上で再実行が必要です。L1のVMがEVMからRISC-Vに変わると、このセキュリティモデルは崩壊します。これらのプロジェクトは、巨大なエンジニアリング努力を伴う詐欺証明の再設計を行うか、あるいはEthereumのセキュリティモデルから完全に切り離すかの選択を迫られます。どちらもコストが高いです。

ZKロールアップは戦略的優位を獲得。 Polygon、zkSync、Scrollなどのプロジェクトはすでに内部でRISC-Vを標準化しています。L1が「彼らの言語を話す」ことで、翻訳層が不要になります。イーサリアム財団が「ネイティブロールアップ」と呼ぶものが実現可能となり、L2はL1の実行環境の特殊なインスタンスとなり、ツールやコンパイラ、形式検証インフラを共有します。実質的な結果は、L2チームが非互換のVM間の橋を構築する必要がなくなり、開発コストが激減し、ガス経済もより合理的に整合することです。

開発者体験が一変。 Solidityだけでなく、Rust、Go、LLVMサポートの言語でコントラクトを書けるようになります。これにより、より成熟したライブラリを利用でき、オンチェーンとオフチェーンのコードが同じ言語、同じツールで統一されるため、ブロックチェーン開発に参加できる人の範囲が広がります。

ユーザー経済性が大きく向上。 証明コストは約100分の1に低減し、L1とL2の取引手数料もそれに応じて低下します。これにより、「Gigagas L1」(約10,000トランザクション/秒)が実現し、スループットとセキュリティの両立を必要とする複雑なアプリケーションが可能になります。

Succinct LabsとSP1:今日実現するビジョンの証明

この移行は単なる理論ではありません。Succinct Labsは、SP1というオープンソースzkVMを通じて、RISC-Vの実用的な利点をすでに示しています。

SP1の革新は、「プリコンパイル中心」の設計です。これにより、EVMの暗号的ボトルネックを解決しつつ、複雑さの問題を回避しています。Keccakハッシュのような集中的な演算は、標準のECALL命令を通じて呼び出される特殊なZK回路で実行されます。これにより、カスタムハードウェアの性能とソフトウェアの柔軟性を両立しています。

実用的な効果は即時です。SuccinctのOP Succinct製品は、オプティミスティックロールアップにゼロ知識の機能を提供します。結果として、最終確認と引き出しに7日かかるのではなく、約1時間で完了します。この速度向上は、OPスタックエコシステム全体の重要な課題に対処します。

また、Succinctは分散型Prover Networkも運営しており、証明生成の市場を創出しています。これは単なる概念実証ではなく、検証可能な計算を大規模に行うための経済モデルの青写真です。

潜在的リスク:まだ起こり得ること

RISC-Vの利点にもかかわらず、変革には新たなリスクも伴います。

ガス測定の複雑さ。 汎用命令に適正で決定論的なガスコストを割り当てることは未解決の課題です。単純な命令カウントはサービス拒否攻撃に脆弱です。攻撃者はキャッシュミスを繰り返すプログラムを設計し、大量のリソースを消費しながら最小のガスコストで済ませることが可能です。これによりネットワークの安定性と経済モデルが脅かされます。

ツールチェーンのセキュリティと再現性ビルド。 これは最も危険で過小評価されているリスクです。セキュリティはオンチェーンのVMからオフチェーンのコンパイラ(LLVMなど)に依存することになり、これらは複雑なソフトウェアであり、脆弱性を含む可能性があります。攻撃者がコンパイラのバグを悪用すれば、一見安全なソースコードが悪意のあるバイトコードに変貌する恐れがあります。同様に、異なるビルド環境間での「再現性ビルド」問題もあります。微細な環境の違いが異なる出力を生み出し、信頼性と透明性に問題をもたらします。

これらのリスクは解決可能ですが、決して簡単ではありません。

軽減策:ディープディフェンス

段階的展開を主要戦略に。 RISC-Vを徐々に導入することで、プリコンパイル、デュアルVM、完全置き換えと段階的に進めることで、運用経験と信頼を積み重ね、不可逆的な決定を下す前にリスクを管理します。これが基本的なリスク管理手法です。

積極的なテストと形式検証。 形式検証は長期的な目標ですが、それと並行して継続的な高強度のテストも必要です。Diligenceのようなセキュリティ企業は、fuzzテストを通じて主要なzkVMの11の重大な健全性と整合性の脆弱性を発見しています。設計されたシステムに潜む脆弱性を見つけるこのパターンは、並行してテストと検証を行う必要性を示しています。

標準化によるエコシステムの一体化。 コミュニティは、RV64GCとLinux互換ABIを持つ単一の標準RISC-V構成を採用すべきです。これにより、ツールチェーンのサポートを最大化し、エコシステムの分裂を防ぎ、LLVMの利点を最大限に享受できます。

検証可能なインターネット層:イーサリアムの長期戦略

EVMからRISC-Vへの移行は、単なるパフォーマンス向上のためだけではありません。イーサリアムを「スマートコントラクト仮想マシン」から、一般的なインターネット計算の検証可能な信頼基盤へと再位置付ける動きです。

ビタリックの言葉はこの最終形を捉えています:「最終目標には…すべてをZK-snark化することも含まれる。」

この変革は、イーサリアムの「リーン・エグゼキューション」柱—より広範な「リーン・イーサリアム」ビジョンの一部です。プロトコルは、モノリシックなVMから、検証可能な計算に最適化された最小限の決済・データ可用性層へと簡素化されます。SP1、Nervos、カルテシのASICやFPGAによるハードウェア証明アクセラレーションも、命令セットがRISC-Vに安定すれば実現可能です。

この移行は、最適だからという理由だけでなく、計算の進む方向と一致しているため避けられません。ハッシュや署名に次ぐ第三の暗号プリミティブとして、ZK証明は重要性を増しています。イーサリアムは、検証可能な計算のための基盤的信頼層を提供する者—システムプログラミングにおける汎用マシン構造のネイティブ統合—が次のインターネット時代を支配すると考えています。

多くの技術的・社会的ハードルはありますが、このイーサリアムの実行層の再構築は、ブロックチェーン史上最も重要なアーキテクチャ的決定の一つです。EVMの馴染み深さのネット効果と引き換えに、検証可能な計算革命のリーダーシップを取る戦略的ポジショニングを選ぶのです。

この変革は今始まります。Ethproofsのようなプロジェクトは、このシフトを実行するための協働データを集約しています。Succinct Labsのようなチームは、実用的な青写真を提供しています。6〜12ヶ月以内に、イーサリアムメインネット上でRISC-Vコードを実行する最初のプリコンパイル代替案が登場し、私たちが知るイーサリアム・バーチャルマシンの終わりの始まりを告げることになるでしょう。

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