Sự chuyển đổi lớn của Ethereum: Tại sao RISC-V sẽ thay thế EVM

Cuộc tái cấu trúc kiến trúc tham vọng nhất trong lịch sử của Ethereum đang âm thầm hình thành. Sau gần một thập kỷ thống trị, Máy ảo Ethereum (EVM)—động cơ tính toán cung cấp năng lượng cho DeFi và NFT—đang đối mặt với sự lỗi thời. Việc thay thế nó không phải là một thao tác bật tắt nhanh chóng mà là một quá trình chuyển đổi cẩn thận qua ba giai đoạn sang RISC-V, một bộ lệnh mã nguồn mở đã trở thành tiêu chuẩn thực tế trong các hệ thống chứng minh không kiến thức.

Điều này không phải là suy đoán. Chín trên mười zkVM có khả năng chứng minh các khối Ethereum đã chuẩn hóa trên RISC-V. Câu hỏi không còn là liệu Ethereum có sẽ di cư hay không, mà là khi nào và bằng cách nào.

Khủng hoảng Hiệu suất của EVM trong Thời đại ZK

Vấn đề với việc chứng minh việc thực thi EVM trong các mạch chứng minh không kiến thức là cực kỳ rõ ràng: nó chậm. Rất chậm.

Các triển khai zkEVM hiện tại không chứng minh mã máy trực tiếp—họ chứng minh một trình thông dịch của EVM, vốn tự nó biên dịch xuống mã byte RISC-V. Điều này tạo ra một lớp trung gian gây ra overhead. Vitalik Buterin đã diễn đạt rõ ràng về sự kém hiệu quả này: tại sao lại bắt buộc các nhà phát triển phải viết cho EVM, biên dịch nó thành trình thông dịch, rồi biên dịch trình thông dịch đó sang RISC-V, chỉ để chứng minh? Ít nhất đó là một lớp thừa.

Hệ quả về hiệu suất là đáng kinh ngạc: chậm hơn 50 đến 800 lần so với việc tạo chứng minh gốc trên kiến trúc RISC-V. Ngay cả sau khi tối ưu các nút thắt khác như chuyển sang hàm băm Poseidon, thời gian thực thi chứng minh vẫn chiếm 80-90% tổng thời gian chứng minh. Loại bỏ overhead của trình thông dịch này, Vitalik ước tính việc thực thi có thể cải thiện đến 100 lần—thay đổi toàn bộ mô hình kinh tế của các hệ thống chứng minh Layer-1.

Gánh Nặng Kỹ Thuật

EVM không được thiết kế cho một thế giới gốc ZK. Để khắc phục các hạn chế mã hóa của nó, Ethereum đã tích lũy các “hợp đồng đã biên dịch sẵn”—các hàm cứng như modexp và keccak256, bỏ qua lớp thực thi bình thường.

Mỗi hợp đồng biên dịch sẵn là một rủi ro về an ninh. Mã wrapper cho một hợp đồng biên dịch sẵn còn phức tạp hơn toàn bộ đặc tả trình thông dịch RISC-V. Thêm các hợp đồng biên dịch sẵn mới đòi hỏi một hard fork gây tranh cãi. Việc duy trì chúng làm tăng đáng kể mã tin cậy của Ethereum và đã gần như gây ra các thất bại về đồng thuận.

Vitalik giờ đây đã rõ ràng: không còn hợp đồng biên dịch sẵn nữa. Giải pháp kiến trúc là vượt qua các cách làm thủ công và chấp nhận một thiết kế hoàn toàn khác biệt.

Tại sao RISC-V là Giải pháp

RISC-V không phải là một sản phẩm—nó là một tiêu chuẩn mở cho thiết kế bộ xử lý. Khác với kiến trúc tùy chỉnh, đóng của EVM, RISC-V mang lại ba lợi thế quyết định:

Đơn giản triệt để: Bộ lệnh cốt lõi chỉ gồm 47 thao tác nền tảng. Sự tối giản này không phải là giới hạn; đó là một chủ đích. Một mã tin cậy nhỏ hơn dễ kiểm tra, xác minh chính thức và bảo mật hơn. Cấu hình tiêu chuẩn—rv64gc, kiến trúc 64-bit với các phần mở rộng lệnh chung và nén—đảm bảo hỗ trợ ngôn ngữ rộng rãi trong khi vẫn duy trì sự tinh tế.

Hệ sinh thái trưởng thành: RISC-V không phát triển trong cô lập. Nó được hỗ trợ bởi LLVM, nền tảng biên dịch tiêu chuẩn của ngành, hỗ trợ Rust, C++, Go, Python và hàng chục ngôn ngữ khác. Bằng cách chấp nhận RISC-V, Ethereum có trong tay hàng triệu công cụ và sự quen thuộc của nhà phát triển mà không tốn thêm chi phí. Các nhà phát triển có thể viết hợp đồng thông minh bằng Rust và tận dụng các thư viện đã được thử nghiệm kỹ lưỡng—tưởng tượng trải nghiệm kiểu Node.js mà Vitalik đã mô tả: mã trên chuỗi và ngoài chuỗi cùng một ngôn ngữ.

Khả năng xác minh chính thức: RISC-V có đặc tả chính thức, máy đọc được (SAIL), không phải là một tài liệu mơ hồ như Yellow Paper của Ethereum. Điều này cho phép các chứng minh toán học về tính đúng đắn—các mạch zkVM có thể được xác minh trực tiếp dựa trên đặc tả SAIL bằng các trợ lý chứng minh chính thức như Lean. Đây là đỉnh cao của an ninh blockchain: thay thế sự dễ sai sót của con người bằng độ tin cậy mật mã.

Kế hoạch Di cư Ba Giai đoạn

Chuyển đổi của Ethereum không phải là một công tắc bật tắt đơn giản. Đó là một quá trình tiến hóa có tính bước rõ ràng:

Giai đoạn 1 - Thay thế hợp đồng biên dịch sẵn: Chức năng của RISC-V được đưa vào như một lựa chọn thay thế đã biên dịch sẵn, thay thế các hợp đồng biên dịch sẵn mới của EVM trong một môi trường thử nghiệm rủi ro thấp. Các hợp đồng thông minh không thể truy cập trực tiếp; chỉ có giao thức mới sử dụng. Điều này chứng minh ý tưởng trên mạng chính trước khi triển khai rộng rãi.

Giai đoạn 2 - Song song hai máy ảo: Cả hợp đồng EVM và RISC-V đều chạy đồng thời. Nhà phát triển có thể gắn thẻ mã byte là EVM hoặc RISC-V. Quan trọng hơn, hai môi trường có thể gọi lẫn nhau qua các lệnh hệ thống (ECALL), cho phép tương tác liền mạch. Các Layer-2 bắt đầu thử nghiệm các triển khai RISC-V.

Giai đoạn 3 - Mô phỏng EVM (Chiến lược Rosetta): EVM ban đầu trở thành một hợp đồng thông minh được xác minh chính thức chạy trên RISC-V. Các ứng dụng cũ vẫn hoạt động, nhưng các nhà phát triển khách hàng duy trì một động cơ thực thi đơn giản, duy nhất. Độ phức tạp giảm mạnh. Gánh nặng bảo trì biến mất.

Sóng Gợn Trong Hệ Sinh Thái

Chuyển đổi này không ảnh hưởng đều đặn đến tất cả các giải pháp Layer-2—thực tế, nó tạo ra một sự phân kỳ rõ rệt:

Các Rollup Lạc quan đối mặt khủng hoảng: Arbitrum, Optimism và các hệ thống tương tự dựa vào bằng chứng gian lận—tái thực thi các giao dịch tranh chấp trên L1 để xác minh tranh chấp. Nếu L1 chuyển sang RISC-V, mô hình này hoàn toàn đổ vỡ. Các dự án này phải chọn một trong hai con đường: phát triển một hệ thống bằng chứng gian lận mới hướng tới RISC-V (đắt đỏ), hoặc hoàn toàn tách rời khỏi các đảm bảo an ninh của Ethereum.

Các Rollup ZK có siêu năng lực: Các dự án như Polygon zkEVM, zkSync, và Scroll đã chọn RISC-V từ trong nội bộ. Một L1 “nói cùng ngôn ngữ” mở ra khả năng “Rollup bản địa”—L2 trở thành một phiên bản chuyên biệt của môi trường thực thi L1 mà không gặp trở ngại. Độ phức tạp của cầu nối biến mất. Các nhà phát triển có thể tái sử dụng trình biên dịch, trình gỡ lỗi và công cụ xác minh trên các lớp. Kinh tế gas phù hợp vì phí phản ánh chi phí chứng minh thực tế.

Lợi ích cho Nhà phát triển và Người dùng

Đối với nhà phát triển, sự thay đổi mang tính tiến hóa, không gây gián đoạn. Những người tiên phong đã viết bằng Rust; Solidity và Vyper vẫn còn khả thi cho những ai thích ngôn ngữ hợp đồng thông minh chuyên dụng. Nhưng rào cản gia nhập đã giảm đáng kể. Hàng triệu nhà phát triển đa ngôn ngữ đột nhiên có công cụ trên chuỗi bằng ngôn ngữ mẹ đẻ của họ.

Đối với người dùng, tác động ngay lập tức và mang tính biến đổi: chi phí chứng minh giảm ~100 lần. Những gì ngày nay tốn vài đô la sẽ chỉ còn vài xu. Điều này mở ra tầm nhìn “Gigagas L1”—khoảng 10.000 giao dịch mỗi giây trên chính L1, với phí Layer-2 gần như bằng không.

Chứng minh Thực tế: Succinct Labs và SP1

Lý thuyết gặp thực tiễn qua các dự án như Succinct Labs. zkVM SP1 của họ, xây dựng dựa trên RISC-V, thể hiện các lợi thế kiến trúc trong các hệ thống thực tế. Khác với các hợp đồng biên dịch sẵn truyền thống (chậm, cứng, yêu cầu hard fork), SP1 sử dụng triết lý “tập trung vào hợp đồng biên dịch sẵn”: các phép toán nặng về mật mã (Keccak, xác minh chữ ký) được chuyển sang các mạch zk tối ưu gọi qua lệnh ECALL tiêu chuẩn. Hiệu năng và linh hoạt cùng tồn tại.

Kết quả rõ ràng hơn các whitepaper. Sản phẩm OP Succinct của Succinct nâng cấp các Rollup Lạc quan với khả năng chứng minh không kiến thức. Thời gian rút tiền trong bảy ngày? Được rút ngắn còn một giờ. Mạng lưới Prover phi tập trung của họ mô hình hóa tương lai kinh tế: một thị trường tạo chứng minh, mở rộng cung cấp chứng minh khi nhu cầu tăng.

Giảm thiểu Rủi ro

Không có quá trình chuyển đổi lớn nào tránh khỏi các rủi ro. Một số rủi ro tiềm ẩn:

Đo lường gas: Gán chi phí xác định cho một bộ lệnh ISA chung là chưa giải quyết được. Đếm lệnh đơn giản dễ dẫn đến tấn công từ chối dịch vụ—kẻ tấn công có thể lập trình cache misses, tiêu tốn tài nguyên lớn với chi phí gas thấp. Cần các phương pháp đo lường mới, vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu.

Bảo mật toolchain: An ninh chuyển từ các VM trên chuỗi sang các trình biên dịch ngoài chuỗi (LLVM). Trình biên dịch là phần mềm phức tạp, dễ lỗi. Một kẻ tấn công tinh vi có thể khai thác lỗ hổng trong trình biên dịch, biến mã nguồn vô hại thành mã độc hại không thể phát hiện ở cấp độ nguồn. Các xây dựng có thể tái tạo—đảm bảo các binary biên dịch phù hợp với mã nguồn công khai—vẫn còn khó kỹ thuật.

Giảm thiểu rủi ro cần có các lớp phòng thủ:

• Triển khai theo giai đoạn đảm bảo tích lũy kinh nghiệm vận hành dần dần trước khi thực hiện các thay đổi không thể đảo ngược.
• Fuzz testing (như công cụ Argus của Diligence Security, phát hiện 11 lỗ hổng zkVM nghiêm trọng) kết hợp với xác minh chính thức để bắt các lỗi thực thi mà các chứng minh chính thức bỏ sót.
• Chuẩn hóa dựa trên rv64gc và ABI tương thích Linux để tránh phân mảnh hệ sinh thái, tối đa hóa khả năng tận dụng công cụ.

Kết luận: Ethereum như một Lớp Xác minh

Vitalik vẫn giữ nguyên mục tiêu lớn nhất: “Mục tiêu cuối cùng là làm ZK-snark mọi thứ.” Sự chuyển đổi của Ethereum chính là trung tâm kiến trúc của tầm nhìn đó.

Bằng cách chấp nhận RISC-V—đặc biệt là cấu hình rv64gc để tối ưu hỗ trợ ngôn ngữ—Ethereum tiến hóa từ một nền tảng hợp đồng thông minh thành một thành phần nền tảng hơn: một lớp tin cậy tối giản, có thể xác minh cho internet. L1 trở thành xương sống của việc thanh toán và cung cấp dữ liệu, trong khi tính toán được ủy thác cho các lớp phía trên có thể chứng minh chính xác.

Chuyển đổi này sẽ không hoàn tất trong một đêm. Nhưng hướng đi đã rõ ràng. Chín zkVM đã bỏ phiếu bằng mã của họ. Các nhà nghiên cứu của Quỹ Ethereum đang soạn thảo đặc tả. Các nhóm như Succinct Labs đã bắt đầu gửi hàng loạt sản phẩm tương lai. Thời kỳ trị vì của EVM đã mang tính cách mạng. Nhưng người kế nhiệm của nó—hiệu quả, tinh tế, có thể xác minh—sẽ mang tính tiến hóa.