Tác giả gốc: jaehaerys.eth, nhà nghiên cứu tiền mã hóa
Bản dịch gốc: Shenchao TechFlow
Tóm tắt
Ethereum đang chuẩn bị cho sự chuyển đổi kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra đời: thay thế EVM bằng RISC-V.
Lý do rất đơn giản - trong một tương lai lấy Zero-Knowledge (ZK) làm cốt lõi, EVM đã trở thành nút thắt về hiệu suất:
· zkEVM hiện tại phụ thuộc vào trình thông dịch, dẫn đến giảm hiệu suất từ 50–800 lần;
· Các mô-đun biên dịch trước làm cho giao thức trở nên phức tạp và tăng rủi ro;
· Thiết kế ngăn xếp 256 bit có hiệu suất rất thấp khi tạo chứng minh.
Giải pháp RISC-V:
· Thiết kế tối giản (khoảng 47 lệnh cơ bản) + Hệ sinh thái LLVM trưởng thành (hỗ trợ các ngôn ngữ như Rust, C++, Go,...) ;
· Đã trở thành tiêu chuẩn zkVM thực tế (90% các dự án áp dụng);
· Có tiêu chuẩn SAIL chính thức (so với sách vàng mơ hồ) → Thực hiện xác minh nghiêm ngặt;
· Đường dẫn chứng minh phần cứng (ASICs/FPGAs) đã được thử nghiệm (SP1, Nervos, Cartesi, v.v.).
Quá trình di chuyển được chia thành ba giai đoạn:
· Thay thế RISC-V bằng mô-đun biên dịch trước (kiểm tra rủi ro thấp);
· Thời đại hai máy ảo: EVM và RISC-V đồng tồn tại và hoàn toàn tương tác lẫn nhau;
· Triển khai lại EVM trong RISC-V (Chiến lược Rosetta).
Tác động đến hệ sinh thái:
· Rollup lạc quan (như Arbitrum và Optimism) cần xây dựng lại cơ chế chứng minh gian lận;
· Rollup kiểu Zero-knowledge (như Polygon, zkSync, Scroll) sẽ có lợi thế lớn → Rẻ hơn, nhanh hơn, đơn giản hơn;
· Các nhà phát triển có thể sử dụng các thư viện ngôn ngữ như Rust, Go và Python trực tiếp trên lớp L1;
· Người dùng sẽ được hưởng chi phí chứng minh thấp hơn khoảng 100 lần → Đường đến Gigagas L1 (khoảng 10.000 TPS).
Cuối cùng, Ethereum sẽ tiến hóa từ một "máy ảo hợp đồng thông minh" thành lớp tin cậy tối giản và có thể xác minh của Internet, với mục tiêu cuối cùng là "biến mọi thứ thành ZK-Snark".
Ngã tư của Ethereum
Vitalik Buterin đã từng nói: "Điểm đến bao gồm... biến mọi thứ thành ZK-Snark."
Cuối cùng của bằng chứng không kiến thức (ZK) là điều không thể tránh khỏi, và luận điểm cốt lõi của nó rất đơn giản: Ethereum đang bắt đầu lại từ con số không, tái cấu trúc bản thân dựa trên bằng chứng không kiến thức. Điều này đánh dấu điểm cuối kỹ thuật của giao thức - thông qua việc tái cấu trúc L1, đạt được hình thái cuối cùng, được hỗ trợ bởi các đội phát triển cốt lõi (như Succinct) với zkVM hiệu suất cao.
Với tầm nhìn này như một đích đến, Ethereum đang ở ngã ba chuyển đổi kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra đời. Cuộc thảo luận lần này không còn chỉ là về việc nâng cấp dần dần, mà là việc tái cấu trúc toàn diện lõi tính toán của nó - thay thế Máy ảo Ethereum (EVM). Động thái này là nền tảng cho tầm nhìn "Ethereum tinh gọn" (Lean Ethereum) rộng hơn.
Tầm nhìn của Ethereum tinh gọn (Lean Ethereum) nhằm mục đích đơn giản hóa toàn bộ giao thức một cách hệ thống, chia nó thành ba mô-đun cốt lõi: Đồng thuận tinh gọn (Lean Consensus), Dữ liệu tinh gọn (Lean Data) và Thực thi tinh gọn (Lean Execution). Và trong các vấn đề cốt lõi của thực thi tinh gọn, một điểm quan trọng nhất là: liệu EVM, như một động cơ thúc đẩy cuộc cách mạng hợp đồng thông minh, đã trở thành nút thắt chính trong sự phát triển tương lai của Ethereum?
Như Justin Drake từ Quỹ Ethereum đã nói, mục tiêu lâu dài của Ethereum luôn là "Snark hóa mọi thứ" (Snarkify everything), đây là một công cụ mạnh mẽ có khả năng tăng cường các lớp của giao thức. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, mục tiêu này giống như một "bản thiết kế không thể đạt được", vì việc thực hiện nó cần đến khái niệm chứng minh thời gian thực (real-time proving). Và bây giờ, khi chứng minh thời gian thực dần trở thành hiện thực, sự kém hiệu quả lý thuyết của EVM đã trở thành một vấn đề thực tiễn cần được giải quyết.
Bài viết này sẽ phân tích sâu sắc các lập luận kỹ thuật và chiến lược liên quan đến việc chuyển đổi Ethereum L1 sang kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA). Hành động này không chỉ hứa hẹn giải phóng khả năng mở rộng chưa từng có mà còn đơn giản hóa cấu trúc giao thức, đồng thời giữ cho Ethereum nhất quán với tương lai của tính toán có thể xác minh.
Rốt cuộc đã xảy ra sự thay đổi gì?
Trước khi thảo luận về "tại sao", trước tiên cần phải làm rõ "điều gì" đang diễn ra.
EVM (Máy ảo Ethereum) là môi trường thực thi hợp đồng thông minh Ethereum, được gọi là "máy tính thế giới" để xử lý giao dịch và cập nhật trạng thái blockchain. Trong nhiều năm qua, thiết kế của nó được coi là mang tính cách mạng, đặt nền tảng cho sự ra đời của tài chính phi tập trung (DeFi) và hệ sinh thái NFT. Tuy nhiên, hệ thống tùy chỉnh này, ra đời cách đây gần mười năm, hiện đã tích lũy một lượng lớn nợ kỹ thuật.
So với điều này, RISC-V không phải là một sản phẩm, mà là một tiêu chuẩn mở - một "bảng chữ cái" thiết kế bộ xử lý miễn phí và phổ quát. Như Jeremy Bruestle đã nhấn mạnh tại hội nghị Ethproofs, các nguyên tắc chính của nó khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho vai trò này:
· Chủ nghĩa tối giản: Tập lệnh cơ bản của RISC-V cực kỳ đơn giản, chỉ bao gồm khoảng 40 đến 47 lệnh. Như Jeremy đã nói, điều này khiến nó "hầu như hoàn hảo cho các trường hợp sử dụng của máy tính tổng quát siêu đơn giản mà chúng tôi cần."
· Thiết kế mô-đun: Các chức năng phức tạp hơn được thêm vào thông qua các mở rộng tùy chọn. Tính năng này rất quan trọng vì nó cho phép lõi giữ nguyên sự đơn giản, đồng thời mở rộng chức năng theo nhu cầu mà không làm gia tăng sự phức tạp không cần thiết cho giao thức cơ bản.
· Hệ sinh thái mở: RISC-V có sự hỗ trợ của một chuỗi công cụ lớn và trưởng thành, bao gồm cả trình biên dịch LLVM, cho phép các nhà phát triển sử dụng các ngôn ngữ lập trình phổ biến như Rust, C++ và Go. Như Justin Drake đã đề cập: "Các công cụ xung quanh trình biên dịch rất phong phú, trong khi việc xây dựng trình biên dịch thì vô cùng khó khăn... vì vậy giá trị của việc sở hữu những chuỗi công cụ trình biên dịch này là rất cao." RISC-V cho phép Ethereum kế thừa miễn phí những công cụ sẵn có này.
Vấn đề chi phí của bộ giải thích
Lý do thúc đẩy việc thay thế EVM không phải là một khuyết điểm đơn lẻ, mà là sự hội tụ của nhiều giới hạn cơ bản, những vấn đề này không thể bị bỏ qua trong bối cảnh tương lai mà bằng chứng không kiến thức là cốt lõi. Những giới hạn này bao gồm các nút thắt về hiệu suất trong hệ thống bằng chứng không kiến thức, cũng như những rủi ro do sự phức tạp ngày càng gia tăng tích lũy bên trong giao thức.
Động lực cấp bách nhất cho sự chuyển đổi này là sự kém hiệu quả vốn có của EVM trong hệ thống chứng minh không biết. Khi Ethereum dần chuyển sang mô hình xác minh trạng thái L1 thông qua chứng minh ZK, hiệu suất của người chứng minh trở thành nút thắt lớn nhất.
Vấn đề nằm ở cách thức hoạt động hiện tại của zkEVM. Chúng không thực hiện chứng minh không kiến thức trực tiếp đối với EVM, mà là chứng minh cho trình thông dịch EVM, mà trình thông dịch này lại được biên dịch thành RISC-V. Vitalik Buterin đã chỉ ra vấn đề cốt lõi này một cách thẳng thắn:
「……nếu cách thực hiện zkVM là biên dịch việc thực thi EVM thành nội dung cuối cùng trở thành mã RISC-V, thì tại sao không trực tiếp công khai RISC-V ở tầng dưới cho các nhà phát triển hợp đồng thông minh? Điều này có thể hoàn toàn loại bỏ chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài.」
Lớp giải thích bổ sung này mang lại tổn thất hiệu suất lớn. Ước tính cho thấy, so với việc chứng minh chương trình gốc, lớp này có thể dẫn đến sự sụt giảm hiệu suất từ 50 đến 800 lần. Sau khi tối ưu hóa các nút thắt khác (chẳng hạn như chuyển sang thuật toán băm Poseidon), phần "thực hiện khối" này vẫn sẽ chiếm 80-90% tổng thời gian chứng minh, khiến EVM trở thành rào cản cuối cùng và khó khăn nhất để mở rộng L1. Bằng cách loại bỏ lớp này, Vitalik dự đoán hiệu suất thực thi có thể tăng lên gấp 100 lần.
Cạm bẫy nợ kỹ thuật
Để bù đắp cho sự thiếu hụt hiệu suất của EVM trong một số thao tác mật mã nhất định, Ethereum đã giới thiệu hợp đồng biên dịch trước - một chức năng chuyên dụng được mã hóa trực tiếp vào giao thức. Mặc dù giải pháp này lúc đó có vẻ thực tiễn, nhưng ngày nay nó đã gây ra tình huống mà Vitalik Buterin gọi là "tồi tệ":
"Biên dịch trước là một thảm họa đối với chúng tôi... chúng đã làm phình to kho mã tin cậy của Ethereum... và chúng đã từng gây ra cho chúng tôi một số vấn đề nghiêm trọng gần như dẫn đến thất bại đồng thuận."
Sự phức tạp này thật đáng kinh ngạc. Vitalik đã đưa ra ví dụ rằng mã bọc của một hợp đồng đã được biên dịch (như modexp) phức tạp hơn cả toàn bộ trình thông dịch RISC-V, trong khi logic của hợp đồng đã được biên dịch thực sự còn rườm rà hơn. Việc thêm hợp đồng đã được biên dịch mới cần phải thông qua một quá trình phân tách cứng chậm chạp và đầy tranh cãi chính trị, điều này cản trở nghiêm trọng sự đổi mới ứng dụng cần các nguyên thủy mật mã mới. Đối với điều này, Vitalik đã đưa ra một kết luận rõ ràng:
「Tôi nghĩ rằng chúng ta nên ngừng thêm bất kỳ hợp đồng biên dịch trước nào từ hôm nay.」
Nợ kỹ thuật kiến trúc của Ethereum
Thiết kế cốt lõi của EVM phản ánh ưu tiên của thời đại trước đây, nhưng nó không còn phù hợp với nhu cầu tính toán hiện đại. EVM đã chọn kiến trúc 256 bit để xử lý các giá trị mật mã, nhưng đối với các số nguyên 32 bit hoặc 64 bit thường được sử dụng trong hợp đồng thông minh, kiến trúc này có hiệu suất rất thấp. Sự kém hiệu quả này đặc biệt tốn kém trong các hệ thống ZK. Như Vitalik đã giải thích:
"Khi sử dụng các số nhỏ hơn, mỗi số thực sự không tiết kiệm được tài nguyên nào, trong khi độ phức tạp sẽ tăng từ hai đến bốn lần."
Ngoài ra, kiến trúc ngăn xếp của EVM kém hiệu quả hơn so với kiến trúc thanh ghi của RISC-V và CPU hiện đại. Nó cần nhiều lệnh hơn để hoàn thành cùng một thao tác, đồng thời cũng làm cho việc tối ưu hóa biên dịch trở nên phức tạp hơn.
Những vấn đề này - bao gồm những điểm nghẽn hiệu suất của ZK chứng minh, sự phức tạp của các hợp đồng trước biên và những lựa chọn kiến trúc lỗi thời - tạo thành một lý do thuyết phục và cấp bách: Ethereum phải vượt qua EVM, đón nhận kiến trúc công nghệ phù hợp hơn với tương lai.
RISC-V Bản đồ: Tái cấu trúc tương lai của Ethereum với nền tảng mạnh mẽ hơn
Lợi ích của RISC-V không chỉ nằm ở sự thiếu sót của EVM, mà còn ở sức mạnh nội tại của triết lý thiết kế của nó. Kiến trúc của nó cung cấp một nền tảng vững chắc, đơn giản và có thể xác minh, rất phù hợp với môi trường có rủi ro cao như Ethereum.
Tại sao tiêu chuẩn mở lại tốt hơn thiết kế tùy chỉnh?
Khác với kiến trúc tập lệnh tùy chỉnh (ISA) cần phải xây dựng toàn bộ hệ sinh thái phần mềm từ con số không, RISC-V là một tiêu chuẩn mở đã trưởng thành, có ba lợi thế chính sau đây:
Hệ sinh thái trưởng thành
Bằng cách áp dụng RISC-V, Ethereum có thể tận dụng những tiến bộ tập thể trong lĩnh vực khoa học máy tính suốt hàng thập kỷ. Như Justin Drake đã giải thích, điều này mang lại cho Ethereum cơ hội sử dụng trực tiếp các công cụ đẳng cấp thế giới:
"Có một thành phần hạ tầng gọi là LLVM, nó là một bộ công cụ biên dịch cho phép bạn biên dịch ngôn ngữ lập trình bậc cao thành một trong nhiều mục tiêu backend. Một trong những backend được hỗ trợ là RISC-V. Vì vậy, nếu bạn hỗ trợ RISC-V, bạn sẽ tự động hỗ trợ tất cả các ngôn ngữ bậc cao được LLVM hỗ trợ."
Điều này đã làm giảm đáng kể rào cản phát triển, cho phép hàng triệu nhà phát triển quen thuộc với các ngôn ngữ như Rust, C++ và Go dễ dàng bắt đầu.
Triết lý thiết kế tối giản của RISC-V là đặc tính cố ý, không phải là sự hạn chế. Tập lệnh cơ bản của nó chỉ bao gồm khoảng 47 lệnh, giữ cho lõi của máy ảo cực kỳ đơn giản. Sự đơn giản này có lợi thế đáng kể về mặt an ninh, vì kho mã tin cậy nhỏ hơn dễ dàng hơn để kiểm toán và xác minh hình thức.
Tiêu chuẩn sự thật trong lĩnh vực chứng minh không kiến thức. Quan trọng hơn, hệ sinh thái zkVM đã đưa ra lựa chọn. Như Justin Drake đã chỉ ra, từ dữ liệu Ethproofs có thể thấy một xu hướng rõ ràng:
"RISC-V là kiến trúc tập lệnh (ISA) hàng đầu cho backend zkVM."
Trong mười zkVM có khả năng chứng minh khối Ethereum, chín cái đã chọn RISC-V làm kiến trúc mục tiêu. Sự đồng thuận này trên thị trường đã phát đi một tín hiệu mạnh mẽ: Ethereum không đang thực hiện những thử nghiệm đầu cơ khi áp dụng RISC-V, mà đang nhất quán với một tiêu chuẩn đã được xác thực thực tế và được công nhận bởi một dự án xây dựng tương lai không kiến thức của nó.
Được sinh ra để tin tưởng, không chỉ là thực hiện
Ngoài hệ sinh thái rộng lớn, kiến trúc bên trong của RISC-V cũng đặc biệt phù hợp để xây dựng các hệ thống an toàn và có thể xác minh. Đầu tiên, RISC-V có một tiêu chuẩn chính thức, có thể đọc được bởi máy - SAIL. So với tiêu chuẩn của EVM (chủ yếu tồn tại dưới dạng văn bản trong "Sách vàng"), đây là một bước tiến lớn. "Sách vàng" có một số độ mơ hồ, trong khi tiêu chuẩn SAIL cung cấp "tiêu chuẩn vàng", có thể hỗ trợ các chứng minh tính đúng đắn toán học quan trọng, điều này rất quan trọng để bảo vệ các giao thức có giá trị lớn. Như Alex Hicks từ Quỹ Ethereum (EF) đã đề cập tại hội nghị Ethproofs, điều này cho phép các mạch zkVM có thể "xác minh trực tiếp với tiêu chuẩn RISC-V chính thức". Thứ hai, RISC-V bao gồm một kiến trúc đặc quyền, đây là một đặc điểm thường bị bỏ qua nhưng rất quan trọng đối với an toàn. Nó định nghĩa các mức độ hoạt động khác nhau, chủ yếu bao gồm chế độ người dùng (dành cho các ứng dụng không đáng tin cậy, như hợp đồng thông minh) và chế độ giám sát (dành cho "nhân thực thi" đáng tin cậy). Diego từ Cartesi đã giải thích sâu về điều này:
"Hệ điều hành phải tự bảo vệ mình khỏi sự ảnh hưởng của mã khác. Nó cần phải cách ly các chương trình khác nhau khi chạy, và tất cả những cơ chế này đều là một phần của tiêu chuẩn RISC-V."
Trong kiến trúc RISC-V, hợp đồng thông minh chạy ở chế độ người dùng (User Mode) không thể truy cập trực tiếp vào trạng thái của blockchain. Thay vào đó, nó cần gửi yêu cầu đến nhân tin cậy chạy ở chế độ giám sát (Supervisor Mode) thông qua một lệnh ECALL (gọi môi trường) đặc biệt. Cơ chế này xây dựng một ranh giới an toàn được thực thi bởi phần cứng, mạnh mẽ và dễ xác minh hơn so với mô hình chỉ dựa vào hộp cát phần mềm của EVM.
Tầm nhìn của Vitalik
Sự chuyển đổi này được hình dung như một quá trình dần dần, nhiều giai đoạn, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống và khả năng tương thích ngược. Như nhà sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã trình bày, phương pháp này nhằm đạt được một sự phát triển "tiến hóa", chứ không phải một cuộc cách mạng hoàn toàn.
Bước đầu tiên: Biên dịch thay thế
Giai đoạn ban đầu sẽ áp dụng phương pháp bảo thủ nhất, giới thiệu chức năng hạn chế của máy ảo mới (VM). Như Vitalik Buterin đã đề xuất: "Chúng ta có thể bắt đầu sử dụng VM mới từ các kịch bản hạn chế, chẳng hạn như thay thế chức năng biên dịch trước." Cụ thể, điều này sẽ tạm dừng việc thêm chức năng biên dịch trước EVM, thay vào đó là thực hiện chức năng cần thiết thông qua các chương trình RISC-V được phê duyệt trong danh sách trắng. Phương pháp này cho phép VM mới thực hiện thử nghiệm thực tế trong môi trường rủi ro thấp trên mạng chính, đồng thời các khách hàng Ethereum sẽ đóng vai trò như một trung gian giữa hai môi trường thực thi.
Bước thứ hai: Sự đồng tồn tại của hai máy ảo
Giai đoạn tiếp theo sẽ "mở VM mới trực tiếp cho người dùng". Hợp đồng thông minh có thể chỉ định mã byte của nó là EVM hay RISC-V thông qua nhãn. Tính năng chính là thực hiện khả năng tương tác liền mạch: "Hai loại hợp đồng có thể gọi lẫn nhau." Chức năng này sẽ được thực hiện thông qua gọi hệ thống (ECALL), cho phép hai máy ảo có thể hợp tác trong cùng một hệ sinh thái.
Bước ba: EVM như hợp đồng mô phỏng (chiến lược "Rosetta")
Mục tiêu cuối cùng là đạt được sự đơn giản hóa của giao thức. Ở giai đoạn này, "chúng tôi sẽ coi EVM là một trong những triển khai mới của VM." EVM được chuẩn hóa sẽ trở thành hợp đồng thông minh đã được xác thực hình thức chạy trên RISC-V L1 gốc. Điều này không chỉ đảm bảo hỗ trợ vĩnh viễn cho các ứng dụng cũ mà còn cho phép các nhà phát triển khách hàng chỉ duy trì một động cơ thực thi đơn giản, từ đó giảm đáng kể độ phức tạp và chi phí bảo trì.
Hiệu ứng gợn sóng của hệ sinh thái
Sự chuyển đổi từ EVM sang RISC-V không chỉ là sự thay đổi cốt lõi của giao thức, mà còn có ảnh hưởng sâu rộng đến toàn bộ hệ sinh thái Ethereum. Sự chuyển mình này không chỉ tái định hình trải nghiệm của các nhà phát triển, mà còn thay đổi một cách căn bản bối cảnh cạnh tranh của các giải pháp Layer-2, đồng thời mở khóa các mô hình xác thực kinh tế mới.
Tái định vị Rollup: Cuộc đối đầu giữa Optimistic và ZK
Việc sử dụng lớp thực thi RISC-V ở cấp L1 sẽ tạo ra những tác động hoàn toàn khác nhau đối với hai loại Rollup chính.
Optimistic Rollup (như Arbitrum, Optimism) đối mặt với thách thức kiến trúc. Mô hình bảo mật của chúng phụ thuộc vào việc thực thi lại các giao dịch gây tranh cãi thông qua L1 EVM để giải quyết bằng chứng gian lận. Nếu EVM của L1 bị thay thế, mô hình này sẽ hoàn toàn sụp đổ. Những dự án này sẽ phải đối mặt với lựa chọn khó khăn: hoặc thực hiện cải tạo kỹ thuật quy mô lớn, thiết kế một hệ thống bằng chứng gian lận cho VM L1 mới, hoặc hoàn toàn tách rời khỏi mô hình bảo mật của Ethereum.
So với đó, ZK Rollup sẽ có được lợi thế chiến lược lớn. Phần lớn ZK Rollup đã chọn RISC-V làm kiến trúc tập lệnh nội bộ (ISA) của mình. Một L1 "nói cùng một ngôn ngữ" sẽ cho phép tích hợp chặt chẽ và hiệu quả hơn. Justin Drake đã đưa ra tầm nhìn tương lai về "Rollup bản địa": L2 thực sự trở thành một phiên bản chuyên biệt của môi trường thực thi L1, sử dụng VM tích hợp sẵn của L1 để thực hiện việc thanh toán liền mạch. Sự đồng bộ này sẽ mang lại những thay đổi sau đây:
· Đơn giản hóa ngăn xếp công nghệ: Nhóm L2 sẽ không còn cần xây dựng cơ chế cầu nối phức tạp giữa môi trường thực thi RISC-V nội bộ và EVM.
· Tái sử dụng công cụ và mã: Các trình biên dịch, trình gỡ lỗi và công cụ xác minh hình thức được phát triển cho môi trường L1 RISC-V có thể được L2 sử dụng trực tiếp, giảm đáng kể chi phí phát triển.
· Khuyến khích kinh tế được điều chỉnh: Chi phí Gas của L1 sẽ phản ánh chính xác hơn chi phí thực tế của xác minh ZK dựa trên RISC-V, từ đó hình thành mô hình kinh tế hợp lý hơn.
Kỷ nguyên mới giữa nhà phát triển và người dùng
Đối với các nhà phát triển Ethereum, sự chuyển đổi này sẽ là dần dần, chứ không phải là đột phá.
Đối với các nhà phát triển, họ sẽ có thể tiếp cận một hệ sinh thái phát triển phần mềm rộng rãi và trưởng thành hơn. Như Vitalik Buterin đã chỉ ra, các nhà phát triển sẽ "có thể viết hợp đồng bằng Rust, trong khi những tùy chọn này có thể đồng tồn tại". Đồng thời, ông dự đoán rằng "Solidity và Vyper vẫn sẽ được ưa chuộng trong thời gian dài nhờ thiết kế tinh tế của chúng trong logic hợp đồng thông minh". Việc sử dụng chuỗi công cụ LLVM với các ngôn ngữ lập trình chính và tài nguyên thư viện phong phú của chúng sẽ là một sự chuyển biến cách mạng. Vitalik so sánh nó với một "trải nghiệm kiểu NodeJS", cho phép các nhà phát triển viết mã trên chuỗi và ngoài chuỗi bằng cùng một ngôn ngữ, đạt được sự tích hợp trong phát triển.
Đối với người dùng, sự chuyển đổi này cuối cùng sẽ mang lại trải nghiệm mạng với chi phí thấp hơn và hiệu suất cao hơn. Dự kiến, chi phí chứng minh sẽ giảm khoảng 100 lần, từ vài đô la cho mỗi giao dịch xuống còn vài xu hoặc thậm chí ít hơn. Điều này sẽ chuyển trực tiếp thành chi phí L1 và phí thanh toán L2 thấp hơn. Tính khả thi về kinh tế này sẽ mở khóa tầm nhìn "Gigagas L1", với mục tiêu đạt được hiệu suất khoảng 10,000 TPS, tạo điều kiện cho các ứng dụng chuỗi trên phức tạp và có giá trị cao hơn trong tương lai.
Succinct Labs và SP1: Xây dựng chứng minh tương lai trong hiện tại
Ethereum đang chuẩn bị ra mắt. "Mở rộng L1, mở rộng khối" là nhiệm vụ cấp bách chiến lược trong cụm giao thức EF. Dự kiến sẽ đạt được sự cải thiện hiệu suất đáng kể trong 6 đến 12 tháng tới.
Các đội như Succinct Labs đã chứng minh những lợi thế lý thuyết của RISC-V trong thực tế, và công việc của họ đã trở thành một ví dụ mạnh mẽ để xác thực đề xuất này.
SP1 do Succinct Labs phát triển là một zkVM mã nguồn mở, hiệu suất cao dựa trên RISC-V, nó xác thực tính khả thi của phương pháp kiến trúc mới. SP1 áp dụng triết lý "tập trung vào tiền biên dịch" (precompile-centric), giải quyết hoàn hảo vấn đề nút thắt mật mã của EVM. Khác với phương pháp tiền biên dịch truyền thống dựa vào các phương pháp chậm chạp, cứng nhắc, SP1 đã chuyển các thao tác nặng như băm Keccak sang các mạch ZK được thiết kế chuyên dụng và tối ưu hóa thủ công, thông qua các lệnh ECALL tiêu chuẩn. Phương pháp này kết hợp hiệu suất của phần cứng tùy chỉnh với tính linh hoạt của phần mềm, cung cấp cho các nhà phát triển giải pháp hiệu quả và có thể mở rộng hơn.
Ảnh hưởng thực tế của Succinct Labs đã bắt đầu được thể hiện. Sản phẩm OP Succinct của họ sử dụng SP1 để cung cấp khả năng chứng minh không kiến thức (ZK-ify) cho các Optimistic Rollups. Như đồng sáng lập của Succinct, Uma Roy đã giải thích:
「Sử dụng Rollup với OP Stack, không còn cần phải chờ đợi bảy ngày để hoàn thành xác nhận cuối cùng và rút tiền... bây giờ chỉ cần một giờ để hoàn thành xác nhận. Sự cải thiện về tốc độ này thật tuyệt vời.」
Đột phá này đã giải quyết được những điểm đau chính của toàn bộ hệ sinh thái OP Stack. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng của Succinct - Mạng chứng minh Succinct - được thiết kế như một thị trường tạo chứng minh phi tập trung, thể hiện mô hình kinh tế khả thi cho tính toán có thể xác minh trong tương lai. Công việc của họ không chỉ là một bằng chứng khái niệm mà còn là một kế hoạch tương lai khả thi, như bài viết này mô tả.
Cách Ethereum giảm rủi ro
Một trong những lợi thế lớn của RISC-V là nó làm cho chiếc cúp thánh của xác thực hình thức - việc chứng minh tính chính xác của hệ thống thông qua toán học - trở thành một mục tiêu có thể thực hiện được. Quy định của EVM được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên trong Yellow Paper, khó có thể được hình thức hóa. Trong khi đó, RISC-V có quy định SAIL chính thức, có thể đọc được bằng máy, cung cấp một "tham chiếu vàng" rõ ràng cho hành vi của nó.
Điều này đã mở đường cho một độ an toàn mạnh mẽ hơn. Như Alex Hicks từ quỹ Ethereum đã chỉ ra, hiện tại đang tiến hành công việc "trích xuất các mạch zkVM RISC-V và tiêu chuẩn RISC-V chính thức vào Lean để thực hiện xác minh hình thức". Đây là một bước tiến quan trọng, chuyển giao sự tin cậy từ các thực hiện dễ mắc lỗi của con người sang các chứng minh toán học có thể xác minh, mở ra những tầm cao mới cho sự an toàn của blockchain.
Rủi ro chính của việc chuyển đổi
Mặc dù kiến trúc L1 của RISC-V có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng mang lại những thách thức phức tạp mới.
Vấn đề đo lường Gas
Việc tạo ra một mô hình Gas xác định và công bằng cho Kiến trúc Tập lệnh Chung (ISA) vẫn là một vấn đề chưa được giải quyết. Phương pháp đếm lệnh đơn giản dễ bị tấn công từ chối dịch vụ. Ví dụ, kẻ tấn công có thể thiết kế một chương trình kích hoạt liên tục sự không trúng bộ nhớ đệm, từ đó gây ra mức tiêu thụ tài nguyên cao với chi phí Gas cực thấp. Vấn đề này đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với tính ổn định của mạng và mô hình kinh tế.
Vấn đề an toàn chuỗi công cụ và "xây dựng có thể tái tạo"
Đây là rủi ro quan trọng nhất và thường bị đánh giá thấp trong quá trình chuyển đổi. Mô hình bảo mật đã chuyển từ việc phụ thuộc vào máy ảo chuỗi sang việc phụ thuộc vào trình biên dịch chuỗi (như LLVM), trong khi những trình biên dịch này có độ phức tạp rất cao và được biết là có chứa lỗ hổng. Kẻ tấn công có thể lợi dụng lỗ hổng của trình biên dịch để chuyển đổi mã nguồn có vẻ vô hại thành mã byte độc hại. Hơn nữa, việc đảm bảo rằng tệp nhị phân sau biên dịch trên chuỗi hoàn toàn khớp với mã nguồn công khai, tức là vấn đề "xây dựng có thể tái tạo", cũng cực kỳ khó khăn. Những khác biệt nhỏ trong môi trường xây dựng có thể dẫn đến việc tạo ra các tệp nhị phân khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến tính minh bạch và lòng tin. Những vấn đề này đặt ra một thử thách nghiêm trọng đối với sự an toàn của các nhà phát triển và người dùng.
Chiến lược giảm nhẹ
Con đường tiến lên cần có các chiến lược phòng thủ đa tầng.
Phát triển theo từng giai đoạn
Việc áp dụng kế hoạch chuyển tiếp từng bước, đa giai đoạn là chiến lược cốt lõi để đối phó với rủi ro. Bằng cách đầu tiên giới thiệu RISC-V như một giải pháp thay thế đã biên dịch trước, sau đó chạy trong môi trường máy ảo kép, cộng đồng có thể tích lũy kinh nghiệm vận hành và xây dựng sự tự tin trong một môi trường rủi ro thấp, tránh bất kỳ thay đổi nào không thể đảo ngược. Phương pháp tiến bộ này cung cấp một nền tảng ổn định cho chuyển đổi công nghệ.
Kiểm toán toàn diện: Kiểm tra mờ và xác minh hình thức
Mặc dù xác minh hình thức là mục tiêu cuối cùng, nhưng nó phải kết hợp với việc thử nghiệm liên tục và cường độ cao. Như Valentine của Diligence Security đã trình bày trong cuộc họp điện thoại Ethproofs, công cụ kiểm tra mờ Argus của họ đã phát hiện 11 lỗ hổng quan trọng về tính hợp lệ và toàn vẹn trong zkVM hàng đầu. Điều này cho thấy, ngay cả những hệ thống được thiết kế tốt nhất cũng có thể có những lỗ hổng chỉ có thể phát hiện thông qua các thử nghiệm đối kháng nghiêm ngặt. Sự kết hợp giữa kiểm tra mờ và xác minh hình thức cung cấp sự đảm bảo mạnh mẽ hơn cho tính an toàn của hệ thống.
Chuẩn hóa
Để tránh sự phân mảnh của hệ sinh thái, cộng đồng cần thống nhất áp dụng cấu hình RISC-V đơn lẻ và tiêu chuẩn hóa. Điều này có thể là sự kết hợp giữa RV64GC và ABI tương thích với Linux, vì sự kết hợp này có sự hỗ trợ rộng rãi nhất trong các ngôn ngữ lập trình và công cụ chính, có thể tối đa hóa lợi thế của hệ sinh thái mới. Việc tiêu chuẩn hóa không chỉ nâng cao hiệu suất của các nhà phát triển mà còn đặt nền tảng vững chắc cho sự phát triển lâu dài của hệ sinh thái.
Tương lai có thể xác minh của Ethereum
Đề xuất thay thế máy ảo Ethereum (EVM) bằng RISC-V không chỉ là một nâng cấp dần dần, mà là một sự tái cấu trúc căn bản của lớp thực thi Ethereum. Tầm nhìn đầy tham vọng này nhằm giải quyết các nút thắt về khả năng mở rộng sâu sắc, đơn giản hóa độ phức tạp của giao thức và định vị nền tảng trong một hệ sinh thái rộng lớn hơn của lĩnh vực tính toán chung. Mặc dù sự chuyển đổi này phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật và xã hội lớn, lợi ích chiến lược lâu dài của nó đủ để biện minh cho nỗ lực táo bạo này.
Lần chuyển đổi này tập trung vào một loạt các cân nhắc cốt lõi:
· Sự cân bằng giữa việc cải thiện hiệu suất lớn do kiến trúc gốc ZK mang lại và nhu cầu cấp bách về khả năng tương thích ngược.
· Sự đánh đổi giữa lợi thế an ninh do giao thức đơn giản mang lại và quán tính hiệu ứng mạng lớn của EVM;
· Sự lựa chọn giữa khả năng mạnh mẽ của hệ sinh thái chung và rủi ro phụ thuộc vào chuỗi công cụ bên thứ ba phức tạp.
Cuối cùng, sự chuyển đổi kiến trúc này sẽ là chìa khóa để thực hiện cam kết "Thực hiện tinh gọn" (Lean Execution) và cũng là một phần quan trọng trong tầm nhìn "Ethereum tinh gọn" (Lean Ethereum). Nó sẽ chuyển đổi L1 của Ethereum từ một nền tảng hợp đồng thông minh đơn giản thành một lớp thanh toán và khả năng truy cập dữ liệu hiệu quả và an toàn, được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ một vũ trụ tính toán có thể xác minh.
Như Vitalik Buterin đã nói, "Điểm đến là… cung cấp ZK-snark cho mọi thứ."
Các dự án như Ethproofs cung cấp dữ liệu khách quan và nền tảng hợp tác cho sự chuyển mình này, trong khi đội ngũ Succinct Labs thông qua ứng dụng thực tế của SP1 zkVM đã cung cấp một kế hoạch hành động cho tương lai này. Bằng cách chấp nhận RISC-V, Ethereum không chỉ giải quyết được nút thắt về khả năng mở rộng của chính nó, mà còn định vị mình là lớp tin cậy cơ bản của Internet thế hệ tiếp theo - được thúc đẩy bởi SNARK, nguyên lý mật mã thứ ba sau băm và chữ ký.
Chứng minh phần mềm của thế giới, mở ra kỷ nguyên mã hóa mới.
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
Ethereum có thể đón nhận nâng cấp lớn nhất trong lịch sử: EVM ngừng hoạt động, RISC-V tiếp quản
Tiêu đề gốc: Tạm biệt EVM, Xin chào RISC-V
Tác giả gốc: jaehaerys.eth, nhà nghiên cứu tiền mã hóa
Bản dịch gốc: Shenchao TechFlow
Tóm tắt
Ethereum đang chuẩn bị cho sự chuyển đổi kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra đời: thay thế EVM bằng RISC-V.
Lý do rất đơn giản - trong một tương lai lấy Zero-Knowledge (ZK) làm cốt lõi, EVM đã trở thành nút thắt về hiệu suất:
· zkEVM hiện tại phụ thuộc vào trình thông dịch, dẫn đến giảm hiệu suất từ 50–800 lần;
· Các mô-đun biên dịch trước làm cho giao thức trở nên phức tạp và tăng rủi ro;
· Thiết kế ngăn xếp 256 bit có hiệu suất rất thấp khi tạo chứng minh.
Giải pháp RISC-V:
· Thiết kế tối giản (khoảng 47 lệnh cơ bản) + Hệ sinh thái LLVM trưởng thành (hỗ trợ các ngôn ngữ như Rust, C++, Go,...) ;
· Đã trở thành tiêu chuẩn zkVM thực tế (90% các dự án áp dụng);
· Có tiêu chuẩn SAIL chính thức (so với sách vàng mơ hồ) → Thực hiện xác minh nghiêm ngặt;
· Đường dẫn chứng minh phần cứng (ASICs/FPGAs) đã được thử nghiệm (SP1, Nervos, Cartesi, v.v.).
Quá trình di chuyển được chia thành ba giai đoạn:
· Thay thế RISC-V bằng mô-đun biên dịch trước (kiểm tra rủi ro thấp);
· Thời đại hai máy ảo: EVM và RISC-V đồng tồn tại và hoàn toàn tương tác lẫn nhau;
· Triển khai lại EVM trong RISC-V (Chiến lược Rosetta).
Tác động đến hệ sinh thái:
· Rollup lạc quan (như Arbitrum và Optimism) cần xây dựng lại cơ chế chứng minh gian lận;
· Rollup kiểu Zero-knowledge (như Polygon, zkSync, Scroll) sẽ có lợi thế lớn → Rẻ hơn, nhanh hơn, đơn giản hơn;
· Các nhà phát triển có thể sử dụng các thư viện ngôn ngữ như Rust, Go và Python trực tiếp trên lớp L1;
· Người dùng sẽ được hưởng chi phí chứng minh thấp hơn khoảng 100 lần → Đường đến Gigagas L1 (khoảng 10.000 TPS).
Cuối cùng, Ethereum sẽ tiến hóa từ một "máy ảo hợp đồng thông minh" thành lớp tin cậy tối giản và có thể xác minh của Internet, với mục tiêu cuối cùng là "biến mọi thứ thành ZK-Snark".
Ngã tư của Ethereum
Vitalik Buterin đã từng nói: "Điểm đến bao gồm... biến mọi thứ thành ZK-Snark."
Cuối cùng của bằng chứng không kiến thức (ZK) là điều không thể tránh khỏi, và luận điểm cốt lõi của nó rất đơn giản: Ethereum đang bắt đầu lại từ con số không, tái cấu trúc bản thân dựa trên bằng chứng không kiến thức. Điều này đánh dấu điểm cuối kỹ thuật của giao thức - thông qua việc tái cấu trúc L1, đạt được hình thái cuối cùng, được hỗ trợ bởi các đội phát triển cốt lõi (như Succinct) với zkVM hiệu suất cao.
Với tầm nhìn này như một đích đến, Ethereum đang ở ngã ba chuyển đổi kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra đời. Cuộc thảo luận lần này không còn chỉ là về việc nâng cấp dần dần, mà là việc tái cấu trúc toàn diện lõi tính toán của nó - thay thế Máy ảo Ethereum (EVM). Động thái này là nền tảng cho tầm nhìn "Ethereum tinh gọn" (Lean Ethereum) rộng hơn.
Tầm nhìn của Ethereum tinh gọn (Lean Ethereum) nhằm mục đích đơn giản hóa toàn bộ giao thức một cách hệ thống, chia nó thành ba mô-đun cốt lõi: Đồng thuận tinh gọn (Lean Consensus), Dữ liệu tinh gọn (Lean Data) và Thực thi tinh gọn (Lean Execution). Và trong các vấn đề cốt lõi của thực thi tinh gọn, một điểm quan trọng nhất là: liệu EVM, như một động cơ thúc đẩy cuộc cách mạng hợp đồng thông minh, đã trở thành nút thắt chính trong sự phát triển tương lai của Ethereum?
Như Justin Drake từ Quỹ Ethereum đã nói, mục tiêu lâu dài của Ethereum luôn là "Snark hóa mọi thứ" (Snarkify everything), đây là một công cụ mạnh mẽ có khả năng tăng cường các lớp của giao thức. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, mục tiêu này giống như một "bản thiết kế không thể đạt được", vì việc thực hiện nó cần đến khái niệm chứng minh thời gian thực (real-time proving). Và bây giờ, khi chứng minh thời gian thực dần trở thành hiện thực, sự kém hiệu quả lý thuyết của EVM đã trở thành một vấn đề thực tiễn cần được giải quyết.
Bài viết này sẽ phân tích sâu sắc các lập luận kỹ thuật và chiến lược liên quan đến việc chuyển đổi Ethereum L1 sang kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA). Hành động này không chỉ hứa hẹn giải phóng khả năng mở rộng chưa từng có mà còn đơn giản hóa cấu trúc giao thức, đồng thời giữ cho Ethereum nhất quán với tương lai của tính toán có thể xác minh.
Rốt cuộc đã xảy ra sự thay đổi gì?
Trước khi thảo luận về "tại sao", trước tiên cần phải làm rõ "điều gì" đang diễn ra.
EVM (Máy ảo Ethereum) là môi trường thực thi hợp đồng thông minh Ethereum, được gọi là "máy tính thế giới" để xử lý giao dịch và cập nhật trạng thái blockchain. Trong nhiều năm qua, thiết kế của nó được coi là mang tính cách mạng, đặt nền tảng cho sự ra đời của tài chính phi tập trung (DeFi) và hệ sinh thái NFT. Tuy nhiên, hệ thống tùy chỉnh này, ra đời cách đây gần mười năm, hiện đã tích lũy một lượng lớn nợ kỹ thuật.
So với điều này, RISC-V không phải là một sản phẩm, mà là một tiêu chuẩn mở - một "bảng chữ cái" thiết kế bộ xử lý miễn phí và phổ quát. Như Jeremy Bruestle đã nhấn mạnh tại hội nghị Ethproofs, các nguyên tắc chính của nó khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho vai trò này:
· Chủ nghĩa tối giản: Tập lệnh cơ bản của RISC-V cực kỳ đơn giản, chỉ bao gồm khoảng 40 đến 47 lệnh. Như Jeremy đã nói, điều này khiến nó "hầu như hoàn hảo cho các trường hợp sử dụng của máy tính tổng quát siêu đơn giản mà chúng tôi cần."
· Thiết kế mô-đun: Các chức năng phức tạp hơn được thêm vào thông qua các mở rộng tùy chọn. Tính năng này rất quan trọng vì nó cho phép lõi giữ nguyên sự đơn giản, đồng thời mở rộng chức năng theo nhu cầu mà không làm gia tăng sự phức tạp không cần thiết cho giao thức cơ bản.
· Hệ sinh thái mở: RISC-V có sự hỗ trợ của một chuỗi công cụ lớn và trưởng thành, bao gồm cả trình biên dịch LLVM, cho phép các nhà phát triển sử dụng các ngôn ngữ lập trình phổ biến như Rust, C++ và Go. Như Justin Drake đã đề cập: "Các công cụ xung quanh trình biên dịch rất phong phú, trong khi việc xây dựng trình biên dịch thì vô cùng khó khăn... vì vậy giá trị của việc sở hữu những chuỗi công cụ trình biên dịch này là rất cao." RISC-V cho phép Ethereum kế thừa miễn phí những công cụ sẵn có này.
Vấn đề chi phí của bộ giải thích
Lý do thúc đẩy việc thay thế EVM không phải là một khuyết điểm đơn lẻ, mà là sự hội tụ của nhiều giới hạn cơ bản, những vấn đề này không thể bị bỏ qua trong bối cảnh tương lai mà bằng chứng không kiến thức là cốt lõi. Những giới hạn này bao gồm các nút thắt về hiệu suất trong hệ thống bằng chứng không kiến thức, cũng như những rủi ro do sự phức tạp ngày càng gia tăng tích lũy bên trong giao thức.
Động lực cấp bách nhất cho sự chuyển đổi này là sự kém hiệu quả vốn có của EVM trong hệ thống chứng minh không biết. Khi Ethereum dần chuyển sang mô hình xác minh trạng thái L1 thông qua chứng minh ZK, hiệu suất của người chứng minh trở thành nút thắt lớn nhất.
Vấn đề nằm ở cách thức hoạt động hiện tại của zkEVM. Chúng không thực hiện chứng minh không kiến thức trực tiếp đối với EVM, mà là chứng minh cho trình thông dịch EVM, mà trình thông dịch này lại được biên dịch thành RISC-V. Vitalik Buterin đã chỉ ra vấn đề cốt lõi này một cách thẳng thắn:
「……nếu cách thực hiện zkVM là biên dịch việc thực thi EVM thành nội dung cuối cùng trở thành mã RISC-V, thì tại sao không trực tiếp công khai RISC-V ở tầng dưới cho các nhà phát triển hợp đồng thông minh? Điều này có thể hoàn toàn loại bỏ chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài.」
Lớp giải thích bổ sung này mang lại tổn thất hiệu suất lớn. Ước tính cho thấy, so với việc chứng minh chương trình gốc, lớp này có thể dẫn đến sự sụt giảm hiệu suất từ 50 đến 800 lần. Sau khi tối ưu hóa các nút thắt khác (chẳng hạn như chuyển sang thuật toán băm Poseidon), phần "thực hiện khối" này vẫn sẽ chiếm 80-90% tổng thời gian chứng minh, khiến EVM trở thành rào cản cuối cùng và khó khăn nhất để mở rộng L1. Bằng cách loại bỏ lớp này, Vitalik dự đoán hiệu suất thực thi có thể tăng lên gấp 100 lần.
Cạm bẫy nợ kỹ thuật
Để bù đắp cho sự thiếu hụt hiệu suất của EVM trong một số thao tác mật mã nhất định, Ethereum đã giới thiệu hợp đồng biên dịch trước - một chức năng chuyên dụng được mã hóa trực tiếp vào giao thức. Mặc dù giải pháp này lúc đó có vẻ thực tiễn, nhưng ngày nay nó đã gây ra tình huống mà Vitalik Buterin gọi là "tồi tệ":
"Biên dịch trước là một thảm họa đối với chúng tôi... chúng đã làm phình to kho mã tin cậy của Ethereum... và chúng đã từng gây ra cho chúng tôi một số vấn đề nghiêm trọng gần như dẫn đến thất bại đồng thuận."
Sự phức tạp này thật đáng kinh ngạc. Vitalik đã đưa ra ví dụ rằng mã bọc của một hợp đồng đã được biên dịch (như modexp) phức tạp hơn cả toàn bộ trình thông dịch RISC-V, trong khi logic của hợp đồng đã được biên dịch thực sự còn rườm rà hơn. Việc thêm hợp đồng đã được biên dịch mới cần phải thông qua một quá trình phân tách cứng chậm chạp và đầy tranh cãi chính trị, điều này cản trở nghiêm trọng sự đổi mới ứng dụng cần các nguyên thủy mật mã mới. Đối với điều này, Vitalik đã đưa ra một kết luận rõ ràng:
「Tôi nghĩ rằng chúng ta nên ngừng thêm bất kỳ hợp đồng biên dịch trước nào từ hôm nay.」
Nợ kỹ thuật kiến trúc của Ethereum
Thiết kế cốt lõi của EVM phản ánh ưu tiên của thời đại trước đây, nhưng nó không còn phù hợp với nhu cầu tính toán hiện đại. EVM đã chọn kiến trúc 256 bit để xử lý các giá trị mật mã, nhưng đối với các số nguyên 32 bit hoặc 64 bit thường được sử dụng trong hợp đồng thông minh, kiến trúc này có hiệu suất rất thấp. Sự kém hiệu quả này đặc biệt tốn kém trong các hệ thống ZK. Như Vitalik đã giải thích:
"Khi sử dụng các số nhỏ hơn, mỗi số thực sự không tiết kiệm được tài nguyên nào, trong khi độ phức tạp sẽ tăng từ hai đến bốn lần."
Ngoài ra, kiến trúc ngăn xếp của EVM kém hiệu quả hơn so với kiến trúc thanh ghi của RISC-V và CPU hiện đại. Nó cần nhiều lệnh hơn để hoàn thành cùng một thao tác, đồng thời cũng làm cho việc tối ưu hóa biên dịch trở nên phức tạp hơn.
Những vấn đề này - bao gồm những điểm nghẽn hiệu suất của ZK chứng minh, sự phức tạp của các hợp đồng trước biên và những lựa chọn kiến trúc lỗi thời - tạo thành một lý do thuyết phục và cấp bách: Ethereum phải vượt qua EVM, đón nhận kiến trúc công nghệ phù hợp hơn với tương lai.
RISC-V Bản đồ: Tái cấu trúc tương lai của Ethereum với nền tảng mạnh mẽ hơn
Lợi ích của RISC-V không chỉ nằm ở sự thiếu sót của EVM, mà còn ở sức mạnh nội tại của triết lý thiết kế của nó. Kiến trúc của nó cung cấp một nền tảng vững chắc, đơn giản và có thể xác minh, rất phù hợp với môi trường có rủi ro cao như Ethereum.
Tại sao tiêu chuẩn mở lại tốt hơn thiết kế tùy chỉnh?
Khác với kiến trúc tập lệnh tùy chỉnh (ISA) cần phải xây dựng toàn bộ hệ sinh thái phần mềm từ con số không, RISC-V là một tiêu chuẩn mở đã trưởng thành, có ba lợi thế chính sau đây:
Hệ sinh thái trưởng thành
Bằng cách áp dụng RISC-V, Ethereum có thể tận dụng những tiến bộ tập thể trong lĩnh vực khoa học máy tính suốt hàng thập kỷ. Như Justin Drake đã giải thích, điều này mang lại cho Ethereum cơ hội sử dụng trực tiếp các công cụ đẳng cấp thế giới:
"Có một thành phần hạ tầng gọi là LLVM, nó là một bộ công cụ biên dịch cho phép bạn biên dịch ngôn ngữ lập trình bậc cao thành một trong nhiều mục tiêu backend. Một trong những backend được hỗ trợ là RISC-V. Vì vậy, nếu bạn hỗ trợ RISC-V, bạn sẽ tự động hỗ trợ tất cả các ngôn ngữ bậc cao được LLVM hỗ trợ."
Điều này đã làm giảm đáng kể rào cản phát triển, cho phép hàng triệu nhà phát triển quen thuộc với các ngôn ngữ như Rust, C++ và Go dễ dàng bắt đầu.
Triết lý thiết kế tối giản của RISC-V là đặc tính cố ý, không phải là sự hạn chế. Tập lệnh cơ bản của nó chỉ bao gồm khoảng 47 lệnh, giữ cho lõi của máy ảo cực kỳ đơn giản. Sự đơn giản này có lợi thế đáng kể về mặt an ninh, vì kho mã tin cậy nhỏ hơn dễ dàng hơn để kiểm toán và xác minh hình thức.
Tiêu chuẩn sự thật trong lĩnh vực chứng minh không kiến thức. Quan trọng hơn, hệ sinh thái zkVM đã đưa ra lựa chọn. Như Justin Drake đã chỉ ra, từ dữ liệu Ethproofs có thể thấy một xu hướng rõ ràng:
"RISC-V là kiến trúc tập lệnh (ISA) hàng đầu cho backend zkVM."
Trong mười zkVM có khả năng chứng minh khối Ethereum, chín cái đã chọn RISC-V làm kiến trúc mục tiêu. Sự đồng thuận này trên thị trường đã phát đi một tín hiệu mạnh mẽ: Ethereum không đang thực hiện những thử nghiệm đầu cơ khi áp dụng RISC-V, mà đang nhất quán với một tiêu chuẩn đã được xác thực thực tế và được công nhận bởi một dự án xây dựng tương lai không kiến thức của nó.
Được sinh ra để tin tưởng, không chỉ là thực hiện
Ngoài hệ sinh thái rộng lớn, kiến trúc bên trong của RISC-V cũng đặc biệt phù hợp để xây dựng các hệ thống an toàn và có thể xác minh. Đầu tiên, RISC-V có một tiêu chuẩn chính thức, có thể đọc được bởi máy - SAIL. So với tiêu chuẩn của EVM (chủ yếu tồn tại dưới dạng văn bản trong "Sách vàng"), đây là một bước tiến lớn. "Sách vàng" có một số độ mơ hồ, trong khi tiêu chuẩn SAIL cung cấp "tiêu chuẩn vàng", có thể hỗ trợ các chứng minh tính đúng đắn toán học quan trọng, điều này rất quan trọng để bảo vệ các giao thức có giá trị lớn. Như Alex Hicks từ Quỹ Ethereum (EF) đã đề cập tại hội nghị Ethproofs, điều này cho phép các mạch zkVM có thể "xác minh trực tiếp với tiêu chuẩn RISC-V chính thức". Thứ hai, RISC-V bao gồm một kiến trúc đặc quyền, đây là một đặc điểm thường bị bỏ qua nhưng rất quan trọng đối với an toàn. Nó định nghĩa các mức độ hoạt động khác nhau, chủ yếu bao gồm chế độ người dùng (dành cho các ứng dụng không đáng tin cậy, như hợp đồng thông minh) và chế độ giám sát (dành cho "nhân thực thi" đáng tin cậy). Diego từ Cartesi đã giải thích sâu về điều này:
"Hệ điều hành phải tự bảo vệ mình khỏi sự ảnh hưởng của mã khác. Nó cần phải cách ly các chương trình khác nhau khi chạy, và tất cả những cơ chế này đều là một phần của tiêu chuẩn RISC-V."
Trong kiến trúc RISC-V, hợp đồng thông minh chạy ở chế độ người dùng (User Mode) không thể truy cập trực tiếp vào trạng thái của blockchain. Thay vào đó, nó cần gửi yêu cầu đến nhân tin cậy chạy ở chế độ giám sát (Supervisor Mode) thông qua một lệnh ECALL (gọi môi trường) đặc biệt. Cơ chế này xây dựng một ranh giới an toàn được thực thi bởi phần cứng, mạnh mẽ và dễ xác minh hơn so với mô hình chỉ dựa vào hộp cát phần mềm của EVM.
Tầm nhìn của Vitalik
Sự chuyển đổi này được hình dung như một quá trình dần dần, nhiều giai đoạn, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống và khả năng tương thích ngược. Như nhà sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã trình bày, phương pháp này nhằm đạt được một sự phát triển "tiến hóa", chứ không phải một cuộc cách mạng hoàn toàn.
Bước đầu tiên: Biên dịch thay thế
Giai đoạn ban đầu sẽ áp dụng phương pháp bảo thủ nhất, giới thiệu chức năng hạn chế của máy ảo mới (VM). Như Vitalik Buterin đã đề xuất: "Chúng ta có thể bắt đầu sử dụng VM mới từ các kịch bản hạn chế, chẳng hạn như thay thế chức năng biên dịch trước." Cụ thể, điều này sẽ tạm dừng việc thêm chức năng biên dịch trước EVM, thay vào đó là thực hiện chức năng cần thiết thông qua các chương trình RISC-V được phê duyệt trong danh sách trắng. Phương pháp này cho phép VM mới thực hiện thử nghiệm thực tế trong môi trường rủi ro thấp trên mạng chính, đồng thời các khách hàng Ethereum sẽ đóng vai trò như một trung gian giữa hai môi trường thực thi.
Bước thứ hai: Sự đồng tồn tại của hai máy ảo
Giai đoạn tiếp theo sẽ "mở VM mới trực tiếp cho người dùng". Hợp đồng thông minh có thể chỉ định mã byte của nó là EVM hay RISC-V thông qua nhãn. Tính năng chính là thực hiện khả năng tương tác liền mạch: "Hai loại hợp đồng có thể gọi lẫn nhau." Chức năng này sẽ được thực hiện thông qua gọi hệ thống (ECALL), cho phép hai máy ảo có thể hợp tác trong cùng một hệ sinh thái.
Bước ba: EVM như hợp đồng mô phỏng (chiến lược "Rosetta")
Mục tiêu cuối cùng là đạt được sự đơn giản hóa của giao thức. Ở giai đoạn này, "chúng tôi sẽ coi EVM là một trong những triển khai mới của VM." EVM được chuẩn hóa sẽ trở thành hợp đồng thông minh đã được xác thực hình thức chạy trên RISC-V L1 gốc. Điều này không chỉ đảm bảo hỗ trợ vĩnh viễn cho các ứng dụng cũ mà còn cho phép các nhà phát triển khách hàng chỉ duy trì một động cơ thực thi đơn giản, từ đó giảm đáng kể độ phức tạp và chi phí bảo trì.
Hiệu ứng gợn sóng của hệ sinh thái
Sự chuyển đổi từ EVM sang RISC-V không chỉ là sự thay đổi cốt lõi của giao thức, mà còn có ảnh hưởng sâu rộng đến toàn bộ hệ sinh thái Ethereum. Sự chuyển mình này không chỉ tái định hình trải nghiệm của các nhà phát triển, mà còn thay đổi một cách căn bản bối cảnh cạnh tranh của các giải pháp Layer-2, đồng thời mở khóa các mô hình xác thực kinh tế mới.
Tái định vị Rollup: Cuộc đối đầu giữa Optimistic và ZK
Việc sử dụng lớp thực thi RISC-V ở cấp L1 sẽ tạo ra những tác động hoàn toàn khác nhau đối với hai loại Rollup chính.
Optimistic Rollup (như Arbitrum, Optimism) đối mặt với thách thức kiến trúc. Mô hình bảo mật của chúng phụ thuộc vào việc thực thi lại các giao dịch gây tranh cãi thông qua L1 EVM để giải quyết bằng chứng gian lận. Nếu EVM của L1 bị thay thế, mô hình này sẽ hoàn toàn sụp đổ. Những dự án này sẽ phải đối mặt với lựa chọn khó khăn: hoặc thực hiện cải tạo kỹ thuật quy mô lớn, thiết kế một hệ thống bằng chứng gian lận cho VM L1 mới, hoặc hoàn toàn tách rời khỏi mô hình bảo mật của Ethereum.
So với đó, ZK Rollup sẽ có được lợi thế chiến lược lớn. Phần lớn ZK Rollup đã chọn RISC-V làm kiến trúc tập lệnh nội bộ (ISA) của mình. Một L1 "nói cùng một ngôn ngữ" sẽ cho phép tích hợp chặt chẽ và hiệu quả hơn. Justin Drake đã đưa ra tầm nhìn tương lai về "Rollup bản địa": L2 thực sự trở thành một phiên bản chuyên biệt của môi trường thực thi L1, sử dụng VM tích hợp sẵn của L1 để thực hiện việc thanh toán liền mạch. Sự đồng bộ này sẽ mang lại những thay đổi sau đây:
· Đơn giản hóa ngăn xếp công nghệ: Nhóm L2 sẽ không còn cần xây dựng cơ chế cầu nối phức tạp giữa môi trường thực thi RISC-V nội bộ và EVM.
· Tái sử dụng công cụ và mã: Các trình biên dịch, trình gỡ lỗi và công cụ xác minh hình thức được phát triển cho môi trường L1 RISC-V có thể được L2 sử dụng trực tiếp, giảm đáng kể chi phí phát triển.
· Khuyến khích kinh tế được điều chỉnh: Chi phí Gas của L1 sẽ phản ánh chính xác hơn chi phí thực tế của xác minh ZK dựa trên RISC-V, từ đó hình thành mô hình kinh tế hợp lý hơn.
Kỷ nguyên mới giữa nhà phát triển và người dùng
Đối với các nhà phát triển Ethereum, sự chuyển đổi này sẽ là dần dần, chứ không phải là đột phá.
Đối với các nhà phát triển, họ sẽ có thể tiếp cận một hệ sinh thái phát triển phần mềm rộng rãi và trưởng thành hơn. Như Vitalik Buterin đã chỉ ra, các nhà phát triển sẽ "có thể viết hợp đồng bằng Rust, trong khi những tùy chọn này có thể đồng tồn tại". Đồng thời, ông dự đoán rằng "Solidity và Vyper vẫn sẽ được ưa chuộng trong thời gian dài nhờ thiết kế tinh tế của chúng trong logic hợp đồng thông minh". Việc sử dụng chuỗi công cụ LLVM với các ngôn ngữ lập trình chính và tài nguyên thư viện phong phú của chúng sẽ là một sự chuyển biến cách mạng. Vitalik so sánh nó với một "trải nghiệm kiểu NodeJS", cho phép các nhà phát triển viết mã trên chuỗi và ngoài chuỗi bằng cùng một ngôn ngữ, đạt được sự tích hợp trong phát triển.
Đối với người dùng, sự chuyển đổi này cuối cùng sẽ mang lại trải nghiệm mạng với chi phí thấp hơn và hiệu suất cao hơn. Dự kiến, chi phí chứng minh sẽ giảm khoảng 100 lần, từ vài đô la cho mỗi giao dịch xuống còn vài xu hoặc thậm chí ít hơn. Điều này sẽ chuyển trực tiếp thành chi phí L1 và phí thanh toán L2 thấp hơn. Tính khả thi về kinh tế này sẽ mở khóa tầm nhìn "Gigagas L1", với mục tiêu đạt được hiệu suất khoảng 10,000 TPS, tạo điều kiện cho các ứng dụng chuỗi trên phức tạp và có giá trị cao hơn trong tương lai.
Succinct Labs và SP1: Xây dựng chứng minh tương lai trong hiện tại
Ethereum đang chuẩn bị ra mắt. "Mở rộng L1, mở rộng khối" là nhiệm vụ cấp bách chiến lược trong cụm giao thức EF. Dự kiến sẽ đạt được sự cải thiện hiệu suất đáng kể trong 6 đến 12 tháng tới.
Các đội như Succinct Labs đã chứng minh những lợi thế lý thuyết của RISC-V trong thực tế, và công việc của họ đã trở thành một ví dụ mạnh mẽ để xác thực đề xuất này.
SP1 do Succinct Labs phát triển là một zkVM mã nguồn mở, hiệu suất cao dựa trên RISC-V, nó xác thực tính khả thi của phương pháp kiến trúc mới. SP1 áp dụng triết lý "tập trung vào tiền biên dịch" (precompile-centric), giải quyết hoàn hảo vấn đề nút thắt mật mã của EVM. Khác với phương pháp tiền biên dịch truyền thống dựa vào các phương pháp chậm chạp, cứng nhắc, SP1 đã chuyển các thao tác nặng như băm Keccak sang các mạch ZK được thiết kế chuyên dụng và tối ưu hóa thủ công, thông qua các lệnh ECALL tiêu chuẩn. Phương pháp này kết hợp hiệu suất của phần cứng tùy chỉnh với tính linh hoạt của phần mềm, cung cấp cho các nhà phát triển giải pháp hiệu quả và có thể mở rộng hơn.
Ảnh hưởng thực tế của Succinct Labs đã bắt đầu được thể hiện. Sản phẩm OP Succinct của họ sử dụng SP1 để cung cấp khả năng chứng minh không kiến thức (ZK-ify) cho các Optimistic Rollups. Như đồng sáng lập của Succinct, Uma Roy đã giải thích:
「Sử dụng Rollup với OP Stack, không còn cần phải chờ đợi bảy ngày để hoàn thành xác nhận cuối cùng và rút tiền... bây giờ chỉ cần một giờ để hoàn thành xác nhận. Sự cải thiện về tốc độ này thật tuyệt vời.」
Đột phá này đã giải quyết được những điểm đau chính của toàn bộ hệ sinh thái OP Stack. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng của Succinct - Mạng chứng minh Succinct - được thiết kế như một thị trường tạo chứng minh phi tập trung, thể hiện mô hình kinh tế khả thi cho tính toán có thể xác minh trong tương lai. Công việc của họ không chỉ là một bằng chứng khái niệm mà còn là một kế hoạch tương lai khả thi, như bài viết này mô tả.
Cách Ethereum giảm rủi ro
Một trong những lợi thế lớn của RISC-V là nó làm cho chiếc cúp thánh của xác thực hình thức - việc chứng minh tính chính xác của hệ thống thông qua toán học - trở thành một mục tiêu có thể thực hiện được. Quy định của EVM được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên trong Yellow Paper, khó có thể được hình thức hóa. Trong khi đó, RISC-V có quy định SAIL chính thức, có thể đọc được bằng máy, cung cấp một "tham chiếu vàng" rõ ràng cho hành vi của nó.
Điều này đã mở đường cho một độ an toàn mạnh mẽ hơn. Như Alex Hicks từ quỹ Ethereum đã chỉ ra, hiện tại đang tiến hành công việc "trích xuất các mạch zkVM RISC-V và tiêu chuẩn RISC-V chính thức vào Lean để thực hiện xác minh hình thức". Đây là một bước tiến quan trọng, chuyển giao sự tin cậy từ các thực hiện dễ mắc lỗi của con người sang các chứng minh toán học có thể xác minh, mở ra những tầm cao mới cho sự an toàn của blockchain.
Rủi ro chính của việc chuyển đổi
Mặc dù kiến trúc L1 của RISC-V có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng mang lại những thách thức phức tạp mới.
Vấn đề đo lường Gas
Việc tạo ra một mô hình Gas xác định và công bằng cho Kiến trúc Tập lệnh Chung (ISA) vẫn là một vấn đề chưa được giải quyết. Phương pháp đếm lệnh đơn giản dễ bị tấn công từ chối dịch vụ. Ví dụ, kẻ tấn công có thể thiết kế một chương trình kích hoạt liên tục sự không trúng bộ nhớ đệm, từ đó gây ra mức tiêu thụ tài nguyên cao với chi phí Gas cực thấp. Vấn đề này đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với tính ổn định của mạng và mô hình kinh tế.
Vấn đề an toàn chuỗi công cụ và "xây dựng có thể tái tạo"
Đây là rủi ro quan trọng nhất và thường bị đánh giá thấp trong quá trình chuyển đổi. Mô hình bảo mật đã chuyển từ việc phụ thuộc vào máy ảo chuỗi sang việc phụ thuộc vào trình biên dịch chuỗi (như LLVM), trong khi những trình biên dịch này có độ phức tạp rất cao và được biết là có chứa lỗ hổng. Kẻ tấn công có thể lợi dụng lỗ hổng của trình biên dịch để chuyển đổi mã nguồn có vẻ vô hại thành mã byte độc hại. Hơn nữa, việc đảm bảo rằng tệp nhị phân sau biên dịch trên chuỗi hoàn toàn khớp với mã nguồn công khai, tức là vấn đề "xây dựng có thể tái tạo", cũng cực kỳ khó khăn. Những khác biệt nhỏ trong môi trường xây dựng có thể dẫn đến việc tạo ra các tệp nhị phân khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến tính minh bạch và lòng tin. Những vấn đề này đặt ra một thử thách nghiêm trọng đối với sự an toàn của các nhà phát triển và người dùng.
Chiến lược giảm nhẹ
Con đường tiến lên cần có các chiến lược phòng thủ đa tầng.
Phát triển theo từng giai đoạn
Việc áp dụng kế hoạch chuyển tiếp từng bước, đa giai đoạn là chiến lược cốt lõi để đối phó với rủi ro. Bằng cách đầu tiên giới thiệu RISC-V như một giải pháp thay thế đã biên dịch trước, sau đó chạy trong môi trường máy ảo kép, cộng đồng có thể tích lũy kinh nghiệm vận hành và xây dựng sự tự tin trong một môi trường rủi ro thấp, tránh bất kỳ thay đổi nào không thể đảo ngược. Phương pháp tiến bộ này cung cấp một nền tảng ổn định cho chuyển đổi công nghệ.
Kiểm toán toàn diện: Kiểm tra mờ và xác minh hình thức
Mặc dù xác minh hình thức là mục tiêu cuối cùng, nhưng nó phải kết hợp với việc thử nghiệm liên tục và cường độ cao. Như Valentine của Diligence Security đã trình bày trong cuộc họp điện thoại Ethproofs, công cụ kiểm tra mờ Argus của họ đã phát hiện 11 lỗ hổng quan trọng về tính hợp lệ và toàn vẹn trong zkVM hàng đầu. Điều này cho thấy, ngay cả những hệ thống được thiết kế tốt nhất cũng có thể có những lỗ hổng chỉ có thể phát hiện thông qua các thử nghiệm đối kháng nghiêm ngặt. Sự kết hợp giữa kiểm tra mờ và xác minh hình thức cung cấp sự đảm bảo mạnh mẽ hơn cho tính an toàn của hệ thống.
Chuẩn hóa
Để tránh sự phân mảnh của hệ sinh thái, cộng đồng cần thống nhất áp dụng cấu hình RISC-V đơn lẻ và tiêu chuẩn hóa. Điều này có thể là sự kết hợp giữa RV64GC và ABI tương thích với Linux, vì sự kết hợp này có sự hỗ trợ rộng rãi nhất trong các ngôn ngữ lập trình và công cụ chính, có thể tối đa hóa lợi thế của hệ sinh thái mới. Việc tiêu chuẩn hóa không chỉ nâng cao hiệu suất của các nhà phát triển mà còn đặt nền tảng vững chắc cho sự phát triển lâu dài của hệ sinh thái.
Tương lai có thể xác minh của Ethereum
Đề xuất thay thế máy ảo Ethereum (EVM) bằng RISC-V không chỉ là một nâng cấp dần dần, mà là một sự tái cấu trúc căn bản của lớp thực thi Ethereum. Tầm nhìn đầy tham vọng này nhằm giải quyết các nút thắt về khả năng mở rộng sâu sắc, đơn giản hóa độ phức tạp của giao thức và định vị nền tảng trong một hệ sinh thái rộng lớn hơn của lĩnh vực tính toán chung. Mặc dù sự chuyển đổi này phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật và xã hội lớn, lợi ích chiến lược lâu dài của nó đủ để biện minh cho nỗ lực táo bạo này.
Lần chuyển đổi này tập trung vào một loạt các cân nhắc cốt lõi:
· Sự cân bằng giữa việc cải thiện hiệu suất lớn do kiến trúc gốc ZK mang lại và nhu cầu cấp bách về khả năng tương thích ngược.
· Sự đánh đổi giữa lợi thế an ninh do giao thức đơn giản mang lại và quán tính hiệu ứng mạng lớn của EVM;
· Sự lựa chọn giữa khả năng mạnh mẽ của hệ sinh thái chung và rủi ro phụ thuộc vào chuỗi công cụ bên thứ ba phức tạp.
Cuối cùng, sự chuyển đổi kiến trúc này sẽ là chìa khóa để thực hiện cam kết "Thực hiện tinh gọn" (Lean Execution) và cũng là một phần quan trọng trong tầm nhìn "Ethereum tinh gọn" (Lean Ethereum). Nó sẽ chuyển đổi L1 của Ethereum từ một nền tảng hợp đồng thông minh đơn giản thành một lớp thanh toán và khả năng truy cập dữ liệu hiệu quả và an toàn, được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ một vũ trụ tính toán có thể xác minh.
Như Vitalik Buterin đã nói, "Điểm đến là… cung cấp ZK-snark cho mọi thứ."
Các dự án như Ethproofs cung cấp dữ liệu khách quan và nền tảng hợp tác cho sự chuyển mình này, trong khi đội ngũ Succinct Labs thông qua ứng dụng thực tế của SP1 zkVM đã cung cấp một kế hoạch hành động cho tương lai này. Bằng cách chấp nhận RISC-V, Ethereum không chỉ giải quyết được nút thắt về khả năng mở rộng của chính nó, mà còn định vị mình là lớp tin cậy cơ bản của Internet thế hệ tiếp theo - được thúc đẩy bởi SNARK, nguyên lý mật mã thứ ba sau băm và chữ ký.
Chứng minh phần mềm của thế giới, mở ra kỷ nguyên mã hóa mới.