Lớp Thực thi Ethereum tại một điểm ngoặt: Tại sao Kiến trúc RISC-V đang trở nên không thể tránh khỏi

Ethereum đứng trước một ngã rẽ quan trọng. Kiến trúc nền tảng đã thúc đẩy cuộc cách mạng DeFi và xây dựng hệ sinh thái NFT đang đối mặt với những giới hạn hiệu suất ngày càng gia tăng mà tối ưu hóa truyền thống không còn đủ khả năng giải quyết. Câu trả lời xuất phát từ cộng đồng không phải là một bản vá—mà là một sự tái cấu trúc căn bản: chuyển đổi từ Ethereum Virtual Machine (EVM) sang RISC-V như môi trường thực thi chính.

Điều này không phải là sự suy đoán. Chín trên mười các triển khai zkVM hiện nay hướng tới các khối Ethereum đã chuẩn hóa trên RISC-V. Sự đồng thuận này trong thị trường báo hiệu điều mà các nhà phát triển giao thức đã âm thầm kết luận: thiết kế của EVM, dù sáng tạo cách đây một thập kỷ, đã tích lũy nợ kỹ thuật không phù hợp với các hệ thống bằng chứng không kiến thức (zero-knowledge proof) phản ánh tương lai tính toán của Ethereum.

Khủng hoảng Hiệu suất trong Các Hệ Thống Không Kiến Thức

Vấn đề cốt lõi rất đơn giản mà tinh tế: Ethereum không trực tiếp chứng minh EVM. Thay vào đó, các dự án xây dựng trình thông dịch chuyển đổi mã byte EVM thành các lệnh phù hợp để chứng minh—cuối cùng vẫn biên dịch xuống RISC-V. Lớp kiến trúc này gây ra overhead cực kỳ tàn phá.

Các triển khai zkEVM hiện tại gặp phải sự suy giảm hiệu suất từ 50–800 lần so với thực thi lệnh gốc. Ngay cả sau tối ưu hóa mạnh mẽ các hoạt động mã hóa (chẳng hạn như chuyển sang hàm băm Poseidon), việc thực thi khối vẫn là nút thắt cổ chai, chiếm 80–90% tổng thời gian tạo chứng minh. Bằng cách loại bỏ hoàn toàn lớp trình thông dịch, các nhà nghiên cứu giao thức ước tính hiệu quả thực thi có thể cải thiện gấp 100 lần—biến việc tạo chứng minh từ không khả thi về kinh tế thành khả thi thực tế.

Những bất cập này còn sâu hơn cả overhead của trình thông dịch. Kiến trúc ngăn xếp 256-bit của EVM được thiết kế cho các hoạt động mã hóa, nhưng lãng phí tài nguyên cho các logic hợp đồng thông minh điển hình liên quan đến số nguyên 32 hoặc 64-bit. Trong các hệ thống bằng chứng không kiến thức, mỗi hoạt động đều yêu cầu tạo ra bằng chứng mã hóa về tính chính xác; điều này làm tăng mức độ lãng phí theo cấp số nhân. Kiến trúc dựa trên thanh ghi của RISC-V, ngược lại, phù hợp với các nguyên tắc thiết kế CPU hiện đại và cho phép tối ưu hóa trình biên dịch mà mô hình ngăn xếp về cơ bản không thể thực hiện được.

Nợ Kỹ Thuật: Cạm Bẫy Precompile

Để bù đắp cho giới hạn tính toán của EVM, Ethereum đã giới thiệu các hợp đồng đã biên dịch sẵn—các hàm cứng được nhúng trực tiếp vào giao thức để thực hiện các phép tính đắt đỏ như mã hóa elliptic curve hoặc lũy thừa modular. Giải pháp thực dụng này đã trở thành cơn ác mộng bảo trì.

Mỗi lần thêm precompile mới đều yêu cầu một hard fork gây tranh cãi. “Cơ sở mã tin cậy” của giao thức—là mã mà các validator phải chạy và xác minh—đã phình to đến mức nguy hiểm. Logic bao bọc cho một precompile (như modexp) vượt quá độ phức tạp của một trình thông dịch RISC-V hoàn chỉnh. Sự tích tụ này đã khiến Ethereum nhiều lần rơi vào các sự cố thất bại về đồng thuận, thoát hiểm trong gang tấc qua các phối hợp khẩn cấp.

Các nhà phát triển giao thức đã đi đến thống nhất: không thêm precompile mới. Con đường kiến trúc phía trước đòi hỏi chuyển sang hệ thống mà trong đó các đổi mới mã hóa có thể được triển khai qua mã có thể lập trình, xác minh được thay vì phải sửa đổi ở cấp độ giao thức.

Tại Sao Chọn RISC-V, Không Phải Lựa Chọn Khác

RISC-V không phải là phát minh bản địa của tiền mã hóa. Nó là một tiêu chuẩn tập lệnh mở đã được thử thách qua hàng thập kỷ nghiên cứu khoa học máy tính. Sự trưởng thành này mang lại ba lợi thế quyết định:

Nền Tảng Tối Giản: Bộ lệnh cơ bản gồm khoảng 47 lệnh. Độ đơn giản mang tính cách mạng này tạo ra một bề mặt đủ nhỏ để có thể xác minh chính thức bằng các hệ thống chứng minh toán học—một đặc quyền mà đặc tả rộng lớn của EVM không bao giờ cho phép. Tiêu chuẩn SAIL của RISC-V tồn tại ở dạng máy đọc được chứ không phải ngôn ngữ tự nhiên mơ hồ, giúp các mạch zkVM có thể xác minh trực tiếp theo các tiêu chuẩn chính thức.

Di Sản Hệ Sinh Thái: Bằng cách áp dụng RISC-V, Ethereum có thể tiếp cận với bộ công cụ biên dịch LLVM—đại diện cho hàng thập kỷ nỗ lực kỹ thuật tập thể. Các nhà phát triển viết bằng Rust, Go, C++, hoặc Python có thể biên dịch trực tiếp sang RISC-V qua các công cụ đã trưởng thành, sản xuất. Điều này loại bỏ việc phải xây dựng một hệ sinh thái phần mềm song song từ đầu, tiết kiệm thời gian và tránh trì hoãn việc áp dụng.

Tiêu Chuẩn ZK Chính Thống: Thị trường đã tự quyết định. Chín trong số các dự án zkVM hàng đầu (bao gồm các triển khai của Succinct Labs, Nervos, Cartesi, và các dự án khác) đã đồng thuận trên RISC-V một cách độc lập. Đây không chỉ là sự đồng thuận—mà là sự tất yếu về công nghệ. Việc Ethereum chấp nhận RISC-V phù hợp với các dự án hạ tầng đã bắt đầu xây dựng.

Chiến Lược Chuyển Đổi Ba Giai Đoạn

Thay vì thay thế cách mạng, Ethereum sẽ thực hiện một quá trình di chuyển có trình tự cẩn thận nhằm duy trì khả năng tương thích ngược và ổn định hoạt động:

Giai Đoạn 1: Thay Thế Precompile

Các khả năng mã hóa mới trước đây yêu cầu precompile ở cấp độ giao thức có thể được thực thi dưới dạng các chương trình RISC-V được whitelist. Điều này giới thiệu môi trường thực thi ra mainnet trong điều kiện rủi ro thấp, cung cấp dữ liệu thử nghiệm thực tế trước khi triển khai rộng rãi. Quá trình chuyển đổi này hoàn toàn do khách hàng điều phối mà không cần thay đổi ở lớp đồng thuận.

Giai Đoạn 2: Song Song Hai Môi Trường Thực Thi Ảo

Các hợp đồng thông minh rõ ràng khai báo xem mã byte của chúng hướng tới thực thi EVM hay RISC-V thông qua hệ thống thẻ. Hai môi trường này đạt khả năng tương tác liền mạch qua các lệnh gọi hệ thống (ECALL), cho phép gọi hàm xuyên lớp thực thi. Thời kỳ này giúp hệ sinh thái dần chuyển đổi mà không cần quyết định ngay lập tức.

Giai Đoạn 3: EVM Như Hợp Đồng Thực Thi

Giai đoạn cuối xem EVM cũ như các đặc tả chính thức chạy trong môi trường RISC-V—tương tự như Linux có thể chạy trên RISC-V mặc dù Linux ban đầu hướng tới x86. Giao thức duy trì hỗ trợ vĩnh viễn các ứng dụng hiện có trong khi các nhà phát triển khách hàng duy trì một động cơ thực thi đơn giản, duy nhất. Nợ kỹ thuật chuyển thành mã có thể thực thi chứ không phải hành lý ở cấp độ giao thức.

Tổ Chức Lại Hệ Sinh Thái: Sự Khác Biệt của Rollup

Việc chuyển sang thực thi gốc RISC-V tạo ra các kết quả hoàn toàn khác biệt cho các kiến trúc Layer 2 cạnh tranh:

Optimistic Rollups Trong Tình Trạng Căng Thẳng

Optimistic Rollups (Arbitrum, Optimism) tự bảo vệ bằng cách thực thi lại các giao dịch tranh chấp qua L1, sử dụng EVM như môi trường giải quyết tranh chấp. Nếu mô hình thực thi của L1 thay đổi căn bản, cơ chế bảo vệ này sụp đổ. Các dự án này phải xây dựng lại hệ thống—hoặc xây dựng các hệ thống bằng chứng gian lận phù hợp với thực thi RISC-V, hoặc tách rời bảo đảm an toàn khỏi lớp đồng thuận Ethereum hoàn toàn.

Zero-Knowledge Rollups Có Lợi Thế Chiến Lược

ZK Rollups đã vận hành gốc trên kiến trúc RISC-V. Một L1 “nói cùng ngôn ngữ” cho phép các gì Justin Drake gọi là “Rollups bản địa”—các L2 hoạt động như các cấu hình chuyên biệt của môi trường thực thi L1. Các tác động thực tế rất lớn:

• Tốc Độ Phát Triển: Các nhóm L2 loại bỏ mã cầu nối phức tạp giữa thực thi RISC-V nội bộ và các lớp thanh toán bên ngoài. Các bộ công cụ biên dịch, trình gỡ lỗi, và tiện ích xác minh phát triển cho L1 trở nên áp dụng trực tiếp cho L2 mà không cần sửa đổi.
• Phù Hợp Kinh Tế: Giá gas trên L1 phản ánh trực tiếp chi phí tính toán của xác minh ZK dựa trên RISC-V thay vì hoạt động EVM. Điều này tạo ra các cấu trúc khuyến khích chính xác hơn và loại bỏ các sai lệch kinh tế giữa các lớp.
• Kinh Tế Chứng Minh: Việc tạo ra bằng chứng mã hóa để bảo vệ các giao dịch L2 trở nên rẻ hơn nhiều. Chi phí thanh toán trên L1 giảm từ vài đô la mỗi giao dịch xuống còn vài xu, mở ra các mô hình kinh tế mới cho các ứng dụng tần suất cao.

Trải Nghiệm Nhà Phát Triển: Từ Môi Trường Sandbox Đến Hệ Sinh Thái

Chuyển đổi này làm dân chủ hóa phát triển trên chuỗi. Hiện tại, Solidity và Vyper là hai ngôn ngữ hợp đồng thông minh thực dụng duy nhất—các công cụ đặc thù yêu cầu các nhà phát triển phải học để làm việc với blockchain. Dưới RISC-V, các nhà phát triển viết bằng Rust, Go, hoặc Python dùng cùng thư viện, framework, và công cụ gỡ lỗi như trong phần mềm truyền thống.

Vitalik Buterin mô tả điều này như đạt được trải nghiệm “Node.js”—nơi các nhà phát triển viết cả logic trên chuỗi và ngoài chuỗi trong cùng một môi trường ngôn ngữ, dùng cùng bộ công cụ. Áp lực tâm lý và thực tiễn của “phát triển blockchain” như một lĩnh vực chuyên biệt phần lớn biến mất. Các nhà phát triển mới có thể áp dụng trực tiếp kiến thức hiện có mà không cần đào tạo lại.

Đối với các nhà phát triển Solidity hiện tại, lộ trình chuyển đổi kéo dài qua nhiều năm. Các trừu tượng hợp đồng thông minh tinh tế của ngôn ngữ này vẫn sẽ phổ biến. Nhưng khả năng xây dựng các máy trạng thái phức tạp và logic tính toán trong các ngôn ngữ hệ thống phổ biến sẽ biến điều có thể xây dựng trên chuỗi trở nên khả thi hơn—đặc biệt cho các ứng dụng đòi hỏi tính toán cao hoặc cấu trúc dữ liệu phức tạp.

Điểm Chứng Minh của Succinct Labs

Lý thuyết trở thành thực tế qua SP1, một zkVM hiệu năng cao do Succinct Labs phát triển, vận hành gốc trên RISC-V. SP1 xác nhận toàn bộ luận đề kỹ thuật qua thực thi trong sản xuất chứ không chỉ qua bài báo học thuật. Nó chứng minh rằng thực thi RISC-V tạo ra các bằng chứng với chi phí hợp lý về mặt kinh tế trong khi duy trì tính bảo mật của Ethereum.

Quan trọng hơn, sản phẩm OP Succinct của Succinct thể hiện lợi ích thực tiễn ngay lập tức: Optimistic Rollups dùng OP Stack có thể triển khai xác minh bằng chứng không kiến thức, rút ngắn thời gian rút tiền từ bảy ngày xuống còn một giờ. Đột phá này đồng thời giải quyết hai điểm đau của hệ sinh thái—tính cuối cùng chậm của các hệ thống optimistic và độ phức tạp trong tích hợp xác minh zk.

Mạng Prover của Succinct hoạt động như một thị trường phi tập trung cho việc tạo chứng minh, thiết lập mô hình kinh tế cho tính toán có thể xác minh quy mô lớn. Mô hình này hoạt động: các validator cạnh tranh để tạo chứng minh, người dùng nhận dịch vụ chất lượng, và thị trường xác định mức giá hợp lý. Đây không chỉ là ý tưởng—mà là hạ tầng vận hành xử lý các giao dịch thực tế ngày nay.

An Ninh Qua Đơn Giản và Formalization

Một trong những lợi thế bị đánh giá thấp của RISC-V là tính đơn giản kiến trúc cho phép xác minh chính thức—chứng minh hệ thống đúng đắn bằng toán học thay vì hy vọng các triển khai không có lỗi. Các đặc tả Yellow Paper của EVM tồn tại dưới dạng ngôn ngữ tự nhiên, tạo ra sự mơ hồ không thể loại bỏ. Tiêu chuẩn SAIL của RISC-V là dạng máy đọc được, cung cấp thứ mà các nhà nghiên cứu an ninh gọi là “tham chiếu vàng” cho hành vi đúng đắn.

Các nhà nghiên cứu của Ethereum Foundation đã trích xuất các mạch zkVM để xác minh chính thức theo các đặc tả chính thức của RISC-V dùng công cụ Lean theorem prover. Điều này đại diện cho một bước tiến an ninh thế hệ mới: chuyển niềm tin từ các triển khai con người dễ mắc lỗi sang các bằng chứng có thể xác minh bằng toán học.

Kiến trúc đặc quyền của RISC-V (phân biệt rõ ràng giữa thực thi ứng dụng ở chế độ người dùng và hoạt động của kernel ở chế độ giám sát) cung cấp các lớp bảo mật bổ sung. Các hợp đồng thông minh chạy ở chế độ người dùng không thể truy cập trực tiếp trạng thái blockchain; chúng gửi yêu cầu tới kernel tin cậy qua các lệnh ECALL chuẩn hóa. Điều này thực thi các giới hạn bảo mật ở cấp độ kiến trúc thay vì dựa vào các sandbox phần mềm, vốn có lịch sử dài về các lỗ hổng.

Đối Mặt Với Các Rủi Ro Thực Sự

Quá trình chuyển đổi còn tồn tại các thách thức chưa được giải quyết cần sự chú ý nghiêm túc:

Phức Tạp Trong Tính Toán Gas

Tạo ra một mô hình gas công bằng, xác định được cho các tập lệnh hướng tới vẫn chưa có lời giải. Đếm lệnh đơn giản có thể dẫn đến các cuộc tấn công từ chối dịch vụ, trong đó các chương trình được thiết kế cẩn thận kích hoạt các cache miss đắt đỏ trong khi tiêu thụ ít gas nhất có thể. Kẻ tấn công lợi dụng điều này để làm cạn kiệt tài nguyên mạng với chi phí cực thấp. Cộng đồng chưa có các cơ chế đã được thiết lập để đo lường và định giá đúng chi phí tính toán của các lệnh tùy ý mà không phải tái tạo các đặc tả trung tâm.

Bảo Mật Chuỗi Cung Ứng Compiler

Mô hình bảo mật chuyển từ việc tin tưởng các máy ảo trên chuỗi sang tin tưởng các bộ công cụ ngoài chuỗi như LLVM. Các compiler cực kỳ phức tạp—các đoạn mã tối ưu hóa dài hàng nghìn dòng—tạo ra các bề mặt tấn công. Kẻ tấn công khai thác lỗ hổng compiler có thể biến mã nguồn vô hại thành mã byte độc hại không thể phát hiện qua phân tích tĩnh.

Vấn đề “xây dựng có thể tái tạo” (reproducible build) càng làm tăng rủi ro này: các nhà phát triển không thể xác minh rằng mã nhị phân trên chuỗi phù hợp với mã nguồn công khai mà không tái tạo chính xác môi trường xây dựng. Các phiên bản nhỏ, cờ compiler, hoặc biến môi trường khác nhau tạo ra các mã byte khác nhau, khiến các đảm bảo minh bạch trở nên vô nghĩa.

Những vấn đề này là các thách thức kỹ thuật thực sự mà không có giải pháp đơn giản, đặc biệt khi độ trưởng thành của hệ sinh thái và các động lực tấn công ngày càng tăng.

Chiến Lược Phòng Ngừa Đa Lớp

Giảm thiểu rủi ro đòi hỏi các phương pháp toàn diện, nhiều lớp chứ không phải các giải pháp đơn lẻ:

Triển Khai Từng Bước

Lộ trình chuyển đổi ba giai đoạn là chiến lược quản lý rủi ro cốt lõi. Các giai đoạn đầu giới thiệu RISC-V trong điều kiện mà các thất bại có ảnh hưởng hạn chế. Hệ sinh thái tích lũy kinh nghiệm vận hành và sự tự tin từng bước, tránh cam kết không thể đảo ngược trước khi có đủ bằng chứng.

Kiểm Thử và Xác Minh Mạnh Mẽ

Xác minh chính thức cung cấp an ninh theo lý thuyết, nhưng cần nhiều năm để hoàn thiện toàn diện. Trong khi đó, các thử nghiệm chống lại kẻ tấn công bằng fuzzing (như nền tảng Argus của Diligence) đã phát hiện 11 lỗ hổng nghiêm trọng về tính đúng đắn trong các triển khai zkVM hàng đầu. Kết hợp fuzzing liên tục với xác minh chính thức tạo ra lớp phòng thủ sâu hơn chống các lỗ hổng triển khai.

Cấu Hình Chuẩn

Thay vì phân mảnh qua nhiều cấu hình RISC-V, cộng đồng nên thống nhất dùng RV64GC với ABI tương thích Linux. Cấu hình này tối đa hóa khả năng tương thích với các ngôn ngữ lập trình phổ biến và hệ sinh thái công cụ hiện có, giảm thiểu bề mặt tấn công do các phần mở rộng tùy chỉnh tạo ra.

Lớp Mạng Internet Có Thể Xác Minh

Chuyển đổi từ EVM sang RISC-V đánh dấu sự tiến hóa cấu trúc của Ethereum từ một máy ảo hợp đồng thông minh chuyên biệt sang một thứ hoàn toàn khác: một hạ tầng tin cậy tối thiểu, có thể xác minh cho chính internet.

Sự biến đổi này thể hiện các đánh đổi kỹ thuật cụ thể: cân bằng giữa việc cải thiện hiệu suất 100 lần của thực thi bản địa zk và nghĩa vụ duy trì khả năng tương thích ngược; đánh giá lợi ích của sự đơn giản hóa so với các hiệu ứng mạng bảo vệ EVM hiện tại; lựa chọn tính đa dạng của hệ sinh thái trong khi quản lý các phụ thuộc vào bộ công cụ của bên thứ ba.

Tổng thể, sự cấu trúc lại này tạo thành phần thực thi của “Ethereum Nhẹ”—một tầm nhìn đơn giản hóa giao thức rộng hơn, phân mảnh các lớp đồng thuận, khả năng truy cập dữ liệu, và thực thi một cách độc lập. Bằng cách theo đuổi con đường này, Ethereum định vị chính mình không chỉ là một nền tảng hợp đồng thông minh đơn nhất mà còn là lớp thanh toán và tin cậy cho một hệ sinh thái liên kết của các hệ thống tính toán có thể xác minh, chuyên biệt.

Như câu ngạn ngữ: chứng minh thế giới phần mềm, mở ra kỷ nguyên mới của mật mã học. Hạ tầng đã có. Lập luận kỹ thuật là rõ ràng. Biến số duy nhất còn lại chính là cách thực thi.