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 mà kiến trúc không tiết lộ (ZK) là cốt lõi, EVM đã trở thành nút thắt cổ chai về hiệu suất:
zkEVM hiện tại phụ thuộc vào trình thông dịch, dẫn đến hiệu suất giảm từ 50–800 lần;
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 sinh chứng minh.
Giải pháp RISC-V:
Thiết kế tối giản (khoảng 47 chỉ thị cơ bản) + Hệ sinh thái LLVM trưởng thành (hỗ trợ các ngôn ngữ như Rust, C++, Go, v.v.)；
Đã trở thành tiêu chuẩn zkVM thực tế (90% các dự án áp dụng);
Có quy chuẩn SAIL chính thức (so với sách vàng mơ hồ) → thực hiện xác minh nghiêm ngặt;
Đường dẫn chứng minh phần cứng (ASICs/FPGAs) đang trong quá trình thử nghiệm (SP1, Nervos, Cartesi, v.v.).
Quá trình di chuyển được chia thành ba giai đoạn:
Thay thế RISC-V như một mô-đun đã biên dịch trước (kiểm tra rủi ro thấp);
Thời đại của hai máy ảo: EVM và RISC-V tồn tại song song và hoàn toàn tương tác với nhau;
Triển khai lại EVM trong RISC-V (Chiến lược Rosetta).
Tác động của hệ sinh thái:
Các Rollup lạc quan (như Arbitrum và Optimism) cần xây dựng lại cơ chế chứng minh gian lận;
Rollup kiểu không kiến thức (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 tận hưởng chi phí thấp hơn khoảng 100 lần cho chứng minh → Đến Gigagas L1 (khoảng 10.000 TPS).
Cuối cùng, Ethereum sẽ tiến hóa từ một "máy ảo hợp đồng thông minh" thành một 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.”
Chứng minh không biết (ZK) đã không thể tránh khỏi kết thúc, và luận điểm cốt lõi của nó rất đơn giản: Ethereum đang bắt đầu lại từ con số không, tái cấu trúc chính nó dựa trên chứng minh không biết. Điều này đánh dấu điểm kết thúc kỹ thuật của giao thức - thông qua việc tái cấu trúc L1, đạt được hình thái cuối cùng, được hỗ trợ bởi đội ngũ phát triển cốt lõi (như Succinct) điều khiển zkVM hiệu suất cao.
Với tầm nhìn này làm điểm cuối, Ethereum đang ở ngã rẽ quan trọng nhất kể từ khi ra đời. Cuộc thảo luận này không còn chỉ là về việc nâng cấp từng bước, mà là một cuộc 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 lớn hơn.
Tầm nhìn của Lean Ethereum nhằm mục đích đơn giản hóa hệ thống toàn bộ giao thức, chia nó thành ba mô-đun cốt lõi: Lean Consensus, Lean Data và Lean Execution. Trong những vấn đề cốt lõi của Lean Execution, điều quan trọng nhất là: liệu EVM, như một động cơ thúc đẩy cuộc cách mạng hợp đồng thông minh, có đã trở thành điểm nghẽn 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), đó là một công cụ mạnh mẽ có thể 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 với tới", vì việc thực hiện nó cần khái niệm chứng minh theo thời gian thực (real-time proving). Và bây giờ, khi chứng minh theo thời gian thực dần trở thành hiện thực, tính không hiệu quả lý thuyết của EVM đã chuyển thành một vấn đề thực tiễn cần giải quyết.
Bài viết này sẽ phân tích sâu về các lập luận kỹ thuật và chiến lược liên quan đến việc di chuyển Ethereum L1 sang kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA). Hành động này không chỉ hy vọng giải phóng khả năng mở rộng chưa từng có mà còn đơn giản hóa cấu trúc giao thức và giữ cho Ethereum phù hợp 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 làm rõ "cái gì" đang thay đổi.
EVM (Máy ảo Ethereum) là môi trường chạy của 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, bộ khung tùy chỉnh này đã được gần mười năm tuổi và hiện đã tích tụ một lượng lớn nợ kỹ thuật.
So với, 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 then chốt 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 làm cho nó "hầu như hoàn hảo cho các trường hợp sử dụng của máy tính đa năng siêu tối 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 áp đặt sự phức tạp không cần thiết vào giao thức cơ bản.
Hệ sinh thái mở: RISC-V có sự hỗ trợ của một bộ công cụ lớn và trưởng thành, bao gồm 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 lại cực kỳ khó khăn... Do đó, việc sở hữu những bộ công cụ trình biên dịch này có giá trị rất cao." RISC-V cho phép Ethereum kế thừa miễn phí những công cụ có sẵn này.
Vấn đề chi phí của bộ thông dịch
Nguyên nhân thúc đẩy việc thay thế EVM không phải chỉ do một khiếm khuyết đơn lẻ, mà là sự hội tụ của nhiều hạn chế cơ bản, những vấn đề này đã không thể bị bỏ qua trong bối cảnh tương lai mà chứng minh không kiến thức là trung tâm. Những hạn chế này bao gồm nút thắt về hiệu suất trong hệ thống chứng minh không kiến thức, cũng như những rủi ro do sự phức tạp ngày càng gia tăng tích lũy bên trong giao thức.
Vấn đề chi phí của trình thông dịch
Động lực cấp bách nhất của sự chuyển đổi này là tính kém hiệu quả vốn có của EVM trong hệ thống chứng minh không kiến thức. 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 trực tiếp thực hiện chứng minh không biết đối với EVM, mà là thực hiện 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 triển khai 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 giảm thiểu chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài."
Lớp giải thích bổ sung này mang lại sự mất hiệu suất lớn. Ước tính cho thấy, so với việc chứng minh chương trình gốc, lớp này có thể dẫn đến sự suy 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 thi khối" này vẫn sẽ chiếm 80-90% thời gian chứng minh, khiến EVM trở thành rào cản cuối cùng và khó khăn nhất trong việc mở rộng L1. Bằng cách loại bỏ lớp này, Vitalik dự đoán rằng hiệu suất thực thi có thể tăng lên 100 lần.
Cái bẫy nợ kỹ thuật
Để bù đắp cho sự thiếu hụt hiệu suất của EVM trong các hoạt động mật mã cụ thể, Ethereum đã giới thiệu hợp đồng biên dịch trước - các chức năng chuyên dụng được mã hóa trực tiếp vào giao thức. Mặc dù giải pháp này vào thời điểm đó có vẻ thực tế, nhưng ngày nay lại gây ra tình huống mà Vitalik Buterin gọi là "tồi tệ":
"Việc biên dịch trước là thảm họa đối với chúng tôi... nó đã làm tăng đáng kể thư viện mã tin cậy của Ethereum... và nó 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 bao bọc của một hợp đồng được biên soạn đơn lẻ (như modexp) phức tạp hơn toàn bộ bộ giải thích RISC-V, và logic của các hợp đồng được biên soạn thực sự còn rắc rối hơn. Việc thêm các hợp đồng được biên soạn mới cần phải thông qua một quá trình phân tách cứng chậm chạp và đầy tranh cãi chính trị, điều này nghiêm trọng cản trở sự đổi mới ứng dụng cần các nguyên lý mật mã mới. Về vấn đề 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 mới từ hôm nay."
Nợ kỹ thuật kiến trúc của Ethereum
Thiết kế cốt lõi của EVM phản ánh các ưu tiên của thời đại trước, nhưng nó không còn phù hợp với nhu cầu tính toán hiện đại. EVM chọn kiến trúc 256 bit để xử lý các giá trị mật mã, nhưng kiến trúc này có hiệu suất rất thấp đối với các số nguyên 32 bit hoặc 64 bit thường được sử dụng trong hợp đồng thông minh. 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 sẽ không tiết kiệm bất kỳ tài nguyên nào, trong khi độ phức tạp sẽ tăng từ hai đến bốn lần."
Bên cạnh đó, 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 trình biên dịch trở nên phức tạp hơn.
Những vấn đề này - bao gồm những điểm yếu về hiệu suất của ZK proof, sự phức tạp của các hợp đồng được biên dịch trước và những lựa chọn kiến trúc đã lỗi thời - tạo thành một lý do thuyết phục và cấp bách: Ethereum phải vượt qua EVM và chào đón một kiến trúc công nghệ phù hợp hơn với tương lai.
Bảng kế hoạch RISC-V: Tái tạo tương lai Ethereum với nền tảng mạnh mẽ hơn
Ưu điểm của RISC-V không chỉ nằm ở những 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 rủi ro cao như Ethereum.
Tại sao tiêu chuẩn mở lại vượt trội hơn so với thiết kế tùy chỉnh?
Khác với kiến trúc tập lệnh tùy chỉnh (ISA) cần xây dựng toàn bộ hệ sinh thái phần mềm từ con số không, RISC-V là một tiêu chuẩn mở đã phát triển, với 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 hàng đầu thế giới:
"Có một thành phần hạ tầng gọi là LLVM, đó 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 có thể tự động hỗ trợ tất cả các ngôn ngữ bậc cao được LLVM hỗ trợ."
Điều này đã giảm đáng kể rào cản phát triển, giúp hàng triệu lập trình viên quen thuộc với các ngôn ngữ như Rust, C++ và Go có thể dễ dàng bắt đầu.
Triết lý thiết kế tối giản Sự tối giản của RISC-V là một đặc điểm được cố ý, không phải là sự giới hạn. Tập lệnh cơ bản của nó chỉ bao gồm khoảng 47 lệnh, giúp cho lõi của máy ảo giữ được sự đơn giản cực độ. Sự đơn giản này có lợi thế đáng kể về mặt an ninh, vì một kho mã tin cậy nhỏ hơn dễ dàng hơn trong việc kiểm toán và xác minh hình thức.
Tiêu chuẩn thực tế 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, có thể thấy một xu hướng rõ ràng từ dữ liệu Ethproofs:
"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 nhất này trên thị trường đã phát ra một tín hiệu mạnh mẽ: Ethereum không đang thực hiện một thử nghiệm đầu cơ khi áp dụng RISC-V, mà đang giữ nhất quán với một tiêu chuẩn đã được xác thực thực tế và được một dự án xây dựng tương lai không biết của nó công nhận.
Sinh ra để tin tưởng, không chỉ là thực hiện
Ngoài hệ sinh thái rộng lớn, kiến trúc nội bộ 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 quy chuẩn chính thức, có thể đọc được bởi máy - SAIL. Điều này so với quy chuẩn của EVM (chủ yếu tồn tại dưới dạng văn bản trong "Sách vàng") là một bước tiến lớn. "Sách vàng" tồn tại một số độ mơ hồ, trong khi quy chuẩn SAIL cung cấp "tiêu chuẩn vàng", có thể hỗ trợ các chứng minh toán học quan trọng, điều này rất cần thiết 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 quy 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 cho tính an toàn. Nó xác định các cấp độ hoạt động khác nhau, chủ yếu bao gồm chế độ người dùng (dành cho các ứng dụng không 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 sắc về điều này:
"Hệ điều hành cần phải tự bảo vệ mình khỏi ảnh hưởng của mã khác. Nó cần phải cách ly các chương trình khác nhau khi chạy, và tất cả các cơ chế này 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 thông qua một lệnh ECALL (gọi môi trường) đặc biệt đến nhân đáng tin cậy chạy ở chế độ giám sát (Supervisor Mode). 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
Chuyển đổi này được hình dung như một quá trình tiến bộ, nhiều giai đoạn, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống và khả năng tương thích ngược. Như được nêu bởi người sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin, phương pháp này nhằm đạt được một sự phát triển "tiến hóa" thay vì một cuộc cách mạng "cách mạng" hoàn toàn.
Bước một: Biên dịch trước thay thế
Giai đoạn khởi đầu áp dụng cách tiếp cận 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 những kịch bản hạn chế, chẳng hạn như thay thế chức năng biên dịch trước." Cụ thể, điều này sẽ tạm dừng việc bổ sung 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 bằng 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 hoạt động như một trung gian giữa hai môi trường thực thi thông qua các khách hàng Ethereum.
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 3: EVM như một hợp đồng giả lập (chiến lược "Rosetta")
Mục tiêu cuối cùng là đạt được sự đơn giản hóa của giao thức. Ở giai đoạn này, "chúng tôi sẽ sử dụng EVM như một triển khai trong VM mới." EVM được chuẩn hóa sẽ trở thành hợp đồng thông minh đã được xác minh về hình thức chạy trên RISC-V L1 gốc. Điều này không chỉ đảm bảo hỗ trợ vĩnh viễn cho các ứng dụng phiên bản cũ, mà còn cho phép các nhà phát triển khách hàng chỉ duy trì một động cơ thực thi đơn giản, từ đó giảm thiểu 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 một cuộc cách mạng của các giao thức cốt lõi, mà sẽ có ảnh hưởng sâu rộng đến toàn bộ hệ sinh thái Ethereum. Sự chuyển đổi này không chỉ định hình lại trải nghiệm của nhà phát triển, mà còn thay đổi căn bản bối cảnh cạnh tranh của các giải pháp Layer-2 và mở khóa các mô hình xác thực kinh tế mới.
Định vị lại Rollup: Cuộc chiến giữa Optimistic và ZK
Việc áp dụng lớp thực thi RISC-V trên tầng L1 sẽ tạo ra những ảnh hưởng hoàn toàn khác biệt đối với hai loại Rollup chính.
Optimistic Rollup (như Arbitrum, Optimism) đang đối mặt với những thách thức về kiến trúc. Mô hình bảo mật của chúng phụ thuộc vào việc thực hiện lại các giao dịch gây tranh cãi thông qua L1 EVM để giải quyết chứng minh 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 tiến hành cải tạo kỹ thuật quy mô lớn, thiết kế một hệ thống chứng minh gian lận cho VM L1 mới, hoặc hoàn toàn tách rời khỏi mô hình bảo mật của Ethereum.
So với trước, ZK Rollup sẽ có được lợi thế chiến lược khổng lồ. 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 nó đạt được sự 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, tận dụng VM tích hợp sẵn của L1 để thực hiện thanh toán liền mạch. Sự định hình này sẽ mang lại những thay đổi sau:
Cải tiến 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.
Công cụ và tái sử dụng mã: Trình biên dịch, trình gỡ lỗi và công cụ xác minh hình thức được phát triển cho môi trường RISC-V L1 có thể được L2 sử dụng trực tiếp, giúp giảm đáng kể chi phí phát triển.
Khuyến khích kinh tế được căn chỉnh: Chi phí Gas của L1 sẽ phản ánh chính xác hơn chi phí thực tế của việc xác thực ZK dựa trên RISC-V, từ đó hình thành một 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 mình này sẽ là dần dần, chứ không phải là phá hủy.
Đối với các nhà phát triển, họ sẽ có thể tiếp cận với 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 "Solidity và Vyper vẫn sẽ được ưa chuộng trong thời gian dài do 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 thống và nguồn thư viện khổng lồ của chúng sẽ là một bước ngoặt cách mạng. Vitalik so sánh điều này với một "trải nghiệm kiểu NodeJS", nơi các nhà phát triển có thể viết mã trên chuỗi và ngoài chuỗi bằng cùng một ngôn ngữ, hiện thực hóa 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 trực tiếp chuyển thành phí L1 và phí thanh toán L2 thấp hơn. Tính khả thi 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 phức tạp và có giá trị cao hơn trong tương lai.
Succinct Labs và SP1: Xây dựng bằng chứng cho tương lai trong thời gian hiện tại
Ethereum đang chuẩn bị bùng nổ. "Mở rộng L1, mở rộng khối" là nhiệm vụ cấp bách chiến lược trong cụm giao thức EF. Dự kiến sẽ có 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 trở thành một trường hợp 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 minh tính khả thi của phương pháp kiến trúc mới. SP1 áp dụng triết lý "tập trung vào tiền biên soạn" (precompile-centric), hoàn hảo giải quyết vấn đề nút thắt mật mã của EVM. Khác với các phương pháp tiền biên soạn truyền thống dựa vào các phương pháp chậm và mã cứng, SP1 đã gỡ bỏ các thao tác nặng như băm Keccak vào các mạch ZK được thiết kế đặc biệt và tối ưu hóa thủ công, và gọi chúng 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 một giải pháp hiệu quả và mở rộng hơn.
Tác động thực tế của Succinct Labs đã được thể hiện. Sản phẩm OP Succinct của họ sử dụng SP1 để trang bị khả năng chứng minh không kiến thức cho Optimistic Rollups (ZK-ify). Như đồng sáng lập Succinct, Uma Roy đã giải thích:
“Sử dụng Rollup với OP Stack, không còn cần phải chờ đợi bảy ngày để hoàn tất xác nhận và rút tiền... bây giờ chỉ cần một giờ để hoàn thành xác nhận. Sự cải thiện về tốc độ này thật tuyệt vời.”
Sự đột phá này đã giải quyết những điểm đau chính trong toàn bộ hệ sinh thái OP Stack. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng của Succinct — Mạng Bằng Chứng Succinct — được thiết kế như một thị trường tạo bằng chứng phi tập trung, thể hiện mô hình kinh tế có thể xác minh trong tương lai. Công việc của họ không chỉ là một bằng chứng khái niệm mà còn là một bản kế hoạch thực tiễn cho tương lai, như đã mô tả trong bài viết này.
Ethereum làm thế nào để giảm rủi ro
Một trong những lợi thế lớn của RISC-V là nó biến giấc mơ xác minh hình thức - chứng minh tính chính xác của hệ thống bằng toán học - thành một mục tiêu khả thi. Đặc tả của EVM được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên trong Yellow Paper, rất khó để xác minh hình thức. Trong khi đó, RISC-V có đặc tả 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 sự an toàn mạnh mẽ hơn. Như Alex Hicks từ Quỹ Ethereum đã chỉ ra, hiện đang có công việc chuyển đổi "mạch zkVM RISC-V sang Lean để thực hiện xác minh hình thức theo tiêu chuẩn RISC-V chính thức". Đây là một tiến bộ mang tính cột mốc, chuyển giao niềm tin từ các thực hiện có thể mắc lỗi của con người sang các chứng minh toán học có thể xác minh, mở ra những độ cao mới cho an toàn blockchain.
Rủi ro chính trong chuyển đổi
Mặc dù kiến trúc L1 của RISC-V có nhiều lợi thế, nhưng nó cũng mang lại những thách thức phức tạp mới.
Vấn đề đo lường khí
Việc tạo ra một mô hình Gas xác định và công bằng cho kiến trúc tập lệnh tổng quát (ISA) là một thách thức 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 lặp đi lặp lại việc cache không trúng, gây ra tiêu tốn tài nguyên cao với mức 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 hiện"
Đây là rủi ro quan trọng nhất và thường bị đánh giá thấp trong quá trình chuyển đổi. Mô hình bảo mật chuyển từ việc phụ thuộc vào máy ảo chuỗi sang phụ thuộc vào trình biên dịch chuỗi (như LLVM), và 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 bytecode độc hại. Hơn nữa, việc đảm bảo rằng các tệp nhị phân đã biên dịch trên chuỗi hoàn toàn khớp với mã nguồn công khai, tức là vấn đề "xây dựng có thể tái lập", cũng rất 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 sự tin tưởng. Những vấn đề này đặt ra những thách thức nghiêm trọng về an ninh cho các nhà phát triển và người dùng.
Chiến lược giảm nhẹ
Con đường tiến lên cần có chiến lược phòng thủ nhiều lớp.
Triển khai theo từng giai đoạn
Việc áp dụng kế hoạch chuyển tiếp từng bước, nhiều 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 được biên dịch trước, sau đó vận hành trong môi trường máy ảo đôi, cộng đồng có thể tích lũy kinh nghiệm hoạt động và xây dựng niềm tin trong một môi trường có rủi ro thấp, tránh bất kỳ thay đổi không thể đảo ngược nào. Phương pháp dần dần này cung cấp một nền tảng ổn định cho việc 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 được kết hợp với việc kiểm tra 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 ra 11 lỗ hổng chính về tính toàn vẹn và tính chính xác trong zkVM hàng đầu. Điều này cho thấy, ngay cả những hệ thống được thiết kế hoàn hảo nhất, cũng có thể tồn tại những lỗ hổng chỉ có thể được phát hiện thông qua các bài kiểm tra đối kháng nghiêm ngặt. Sự kết hợp giữa kiểm tra mờ và xác minh hình thức cung cấp một sự đảm bảo mạnh mẽ hơn về an toàn hệ thống.
chuẩn hóa
Để tránh sự phân mảnh của hệ sinh thái, cộng đồng cần thống nhất áp dụng một cấu hình RISC-V duy nhất 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 phổ biến, có khả năng tối đa hóa lợi thế của hệ sinh thái mới. Việc tiêu chuẩn hóa không chỉ nâng cao hiệu quả cho các nhà phát triển mà còn tạo 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 còn 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 sự phức tạp của giao thức và làm cho nền tảng phù hợp hơn với hệ sinh thái tính toán tổng quát rộng lớn hơn. Mặc dù sự chuyển đổi này phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật và xã hội lớn, nhưng lợi ích chiến lược lâu dài của nó đủ để biện minh cho nỗ lực táo bạo này.
Sự chuyển đổi này tập trung vào một loạt các cân nhắc cốt lõi:
Sự cân bằng giữa việc nâng cao hiệu suất lớn mà kiến trúc gốc ZK mang lại và nhu cầu cấp bách về khả năng tương thích ngược.
Sự cân bằng giữa lợi ích an ninh mà giao thức đơn giản hóa mang lại và quán tính hiệu ứng mạng khổng lồ của EVM;
Sự lựa chọn giữa khả năng mạnh mẽ của hệ sinh thái tổng quát và rủi ro phụ thuộc vào chuỗi công cụ bên thứ ba phức tạp.
Cuối cùng, sự chuyển đổi kiến trúc này sẽ là yếu tố then chốt 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 biến L1 của Ethereum từ một nền tảng hợp đồng thông minh đơn giản thành một lớp thanh toán và khả năng sẵn có dữ liệu hiệu quả và an toàn, được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ vũ trụ tính toán có thể xác minh.
Như Vitalik Buterin đã nói, "Mục tiêu 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 đổi này, trong khi đội ngũ Succinct Labs thông qua ứng dụng thực tế của SP1 zkVM cung cấp một kế hoạch có thể hành động cho tương lai này. Bằng cách đón nhận RISC-V, Ethereum không chỉ giải quyết được nút thắt mở rộng của chính mình mà còn định vị mình như là tầng niềm tin cơ bản cho thế hệ internet tiếp theo - được điều khiển bởi SNARK, nguyên lý mật mã thứ ba sau hash và chữ ký.
Chứng minh phần mềm của thế giới, mở ra kỷ nguyên mới của tiền mã hoá.
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.
Nợ kỹ thuật đè nén, Ethereum chọn "đánh đổ và làm lại" bằng RISC-V
Tác giả: jaehaerys.eth
Biên dịch: 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 mà kiến trúc không tiết lộ (ZK) là cốt lõi, EVM đã trở thành nút thắt cổ chai về hiệu suất:
zkEVM hiện tại phụ thuộc vào trình thông dịch, dẫn đến hiệu suất giảm từ 50–800 lần;
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 sinh chứng minh.
Giải pháp RISC-V:
Thiết kế tối giản (khoảng 47 chỉ thị cơ bản) + Hệ sinh thái LLVM trưởng thành (hỗ trợ các ngôn ngữ như Rust, C++, Go, v.v.)；
Đã trở thành tiêu chuẩn zkVM thực tế (90% các dự án áp dụng);
Có quy chuẩn SAIL chính thức (so với sách vàng mơ hồ) → thực hiện xác minh nghiêm ngặt;
Đường dẫn chứng minh phần cứng (ASICs/FPGAs) đang trong quá trình thử nghiệm (SP1, Nervos, Cartesi, v.v.).
Quá trình di chuyển được chia thành ba giai đoạn:
Thay thế RISC-V như một mô-đun đã biên dịch trước (kiểm tra rủi ro thấp);
Thời đại của hai máy ảo: EVM và RISC-V tồn tại song song và hoàn toàn tương tác với nhau;
Triển khai lại EVM trong RISC-V (Chiến lược Rosetta).
Tác động của hệ sinh thái:
Các Rollup lạc quan (như Arbitrum và Optimism) cần xây dựng lại cơ chế chứng minh gian lận;
Rollup kiểu không kiến thức (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 tận hưởng chi phí thấp hơn khoảng 100 lần cho chứng minh → Đến Gigagas L1 (khoảng 10.000 TPS).
Cuối cùng, Ethereum sẽ tiến hóa từ một "máy ảo hợp đồng thông minh" thành một 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.”
Chứng minh không biết (ZK) đã không thể tránh khỏi kết thúc, và luận điểm cốt lõi của nó rất đơn giản: Ethereum đang bắt đầu lại từ con số không, tái cấu trúc chính nó dựa trên chứng minh không biết. Điều này đánh dấu điểm kết thúc kỹ thuật của giao thức - thông qua việc tái cấu trúc L1, đạt được hình thái cuối cùng, được hỗ trợ bởi đội ngũ phát triển cốt lõi (như Succinct) điều khiển zkVM hiệu suất cao.
Với tầm nhìn này làm điểm cuối, Ethereum đang ở ngã rẽ quan trọng nhất kể từ khi ra đời. Cuộc thảo luận này không còn chỉ là về việc nâng cấp từng bước, mà là một cuộc 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 lớn hơn.
Tầm nhìn của Lean Ethereum nhằm mục đích đơn giản hóa hệ thống toàn bộ giao thức, chia nó thành ba mô-đun cốt lõi: Lean Consensus, Lean Data và Lean Execution. Trong những vấn đề cốt lõi của Lean Execution, điều quan trọng nhất là: liệu EVM, như một động cơ thúc đẩy cuộc cách mạng hợp đồng thông minh, có đã trở thành điểm nghẽn 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), đó là một công cụ mạnh mẽ có thể 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 với tới", vì việc thực hiện nó cần khái niệm chứng minh theo thời gian thực (real-time proving). Và bây giờ, khi chứng minh theo thời gian thực dần trở thành hiện thực, tính không hiệu quả lý thuyết của EVM đã chuyển thành một vấn đề thực tiễn cần giải quyết.
Bài viết này sẽ phân tích sâu về các lập luận kỹ thuật và chiến lược liên quan đến việc di chuyển Ethereum L1 sang kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA). Hành động này không chỉ hy vọng giải phóng khả năng mở rộng chưa từng có mà còn đơn giản hóa cấu trúc giao thức và giữ cho Ethereum phù hợp 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 làm rõ "cái gì" đang thay đổi.
EVM (Máy ảo Ethereum) là môi trường chạy của 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, bộ khung tùy chỉnh này đã được gần mười năm tuổi và hiện đã tích tụ một lượng lớn nợ kỹ thuật.
So với, 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 then chốt 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 làm cho nó "hầu như hoàn hảo cho các trường hợp sử dụng của máy tính đa năng siêu tối 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 áp đặt sự phức tạp không cần thiết vào giao thức cơ bản.
Hệ sinh thái mở: RISC-V có sự hỗ trợ của một bộ công cụ lớn và trưởng thành, bao gồm 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 lại cực kỳ khó khăn... Do đó, việc sở hữu những bộ công cụ trình biên dịch này có giá trị rất cao." RISC-V cho phép Ethereum kế thừa miễn phí những công cụ có sẵn này.
Vấn đề chi phí của bộ thông dịch
Nguyên nhân thúc đẩy việc thay thế EVM không phải chỉ do một khiếm khuyết đơn lẻ, mà là sự hội tụ của nhiều hạn chế cơ bản, những vấn đề này đã không thể bị bỏ qua trong bối cảnh tương lai mà chứng minh không kiến thức là trung tâm. Những hạn chế này bao gồm nút thắt về hiệu suất trong hệ thống chứng minh không kiến thức, cũng như những rủi ro do sự phức tạp ngày càng gia tăng tích lũy bên trong giao thức.
Vấn đề chi phí của trình thông dịch
Động lực cấp bách nhất của sự chuyển đổi này là tính kém hiệu quả vốn có của EVM trong hệ thống chứng minh không kiến thức. 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 trực tiếp thực hiện chứng minh không biết đối với EVM, mà là thực hiện 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 triển khai 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 giảm thiểu chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài."
Lớp giải thích bổ sung này mang lại sự mất hiệu suất lớn. Ước tính cho thấy, so với việc chứng minh chương trình gốc, lớp này có thể dẫn đến sự suy 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 thi khối" này vẫn sẽ chiếm 80-90% thời gian chứng minh, khiến EVM trở thành rào cản cuối cùng và khó khăn nhất trong việc mở rộng L1. Bằng cách loại bỏ lớp này, Vitalik dự đoán rằng hiệu suất thực thi có thể tăng lên 100 lần.
Cái bẫy nợ kỹ thuật
Để bù đắp cho sự thiếu hụt hiệu suất của EVM trong các hoạt động mật mã cụ thể, Ethereum đã giới thiệu hợp đồng biên dịch trước - các chức năng chuyên dụng được mã hóa trực tiếp vào giao thức. Mặc dù giải pháp này vào thời điểm đó có vẻ thực tế, nhưng ngày nay lại gây ra tình huống mà Vitalik Buterin gọi là "tồi tệ":
"Việc biên dịch trước là thảm họa đối với chúng tôi... nó đã làm tăng đáng kể thư viện mã tin cậy của Ethereum... và nó 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 bao bọc của một hợp đồng được biên soạn đơn lẻ (như modexp) phức tạp hơn toàn bộ bộ giải thích RISC-V, và logic của các hợp đồng được biên soạn thực sự còn rắc rối hơn. Việc thêm các hợp đồng được biên soạn mới cần phải thông qua một quá trình phân tách cứng chậm chạp và đầy tranh cãi chính trị, điều này nghiêm trọng cản trở sự đổi mới ứng dụng cần các nguyên lý mật mã mới. Về vấn đề 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 mới từ hôm nay."
Nợ kỹ thuật kiến trúc của Ethereum
Thiết kế cốt lõi của EVM phản ánh các ưu tiên của thời đại trước, nhưng nó không còn phù hợp với nhu cầu tính toán hiện đại. EVM chọn kiến trúc 256 bit để xử lý các giá trị mật mã, nhưng kiến trúc này có hiệu suất rất thấp đối với các số nguyên 32 bit hoặc 64 bit thường được sử dụng trong hợp đồng thông minh. 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 sẽ không tiết kiệm bất kỳ tài nguyên nào, trong khi độ phức tạp sẽ tăng từ hai đến bốn lần."
Bên cạnh đó, 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 trình biên dịch trở nên phức tạp hơn.
Những vấn đề này - bao gồm những điểm yếu về hiệu suất của ZK proof, sự phức tạp của các hợp đồng được biên dịch trước và những lựa chọn kiến trúc đã lỗi thời - tạo thành một lý do thuyết phục và cấp bách: Ethereum phải vượt qua EVM và chào đón một kiến trúc công nghệ phù hợp hơn với tương lai.
Bảng kế hoạch RISC-V: Tái tạo tương lai Ethereum với nền tảng mạnh mẽ hơn
Ưu điểm của RISC-V không chỉ nằm ở những 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 rủi ro cao như Ethereum.
Tại sao tiêu chuẩn mở lại vượt trội hơn so với thiết kế tùy chỉnh?
Khác với kiến trúc tập lệnh tùy chỉnh (ISA) cần xây dựng toàn bộ hệ sinh thái phần mềm từ con số không, RISC-V là một tiêu chuẩn mở đã phát triển, với 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 hàng đầu thế giới:
"Có một thành phần hạ tầng gọi là LLVM, đó 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 có thể tự động hỗ trợ tất cả các ngôn ngữ bậc cao được LLVM hỗ trợ."
Điều này đã giảm đáng kể rào cản phát triển, giúp hàng triệu lập trình viên quen thuộc với các ngôn ngữ như Rust, C++ và Go có thể dễ dàng bắt đầu.
Triết lý thiết kế tối giản Sự tối giản của RISC-V là một đặc điểm được cố ý, không phải là sự giới hạn. Tập lệnh cơ bản của nó chỉ bao gồm khoảng 47 lệnh, giúp cho lõi của máy ảo giữ được sự đơn giản cực độ. Sự đơn giản này có lợi thế đáng kể về mặt an ninh, vì một kho mã tin cậy nhỏ hơn dễ dàng hơn trong việc kiểm toán và xác minh hình thức.
Tiêu chuẩn thực tế 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, có thể thấy một xu hướng rõ ràng từ dữ liệu Ethproofs:
"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 nhất này trên thị trường đã phát ra một tín hiệu mạnh mẽ: Ethereum không đang thực hiện một thử nghiệm đầu cơ khi áp dụng RISC-V, mà đang giữ nhất quán với một tiêu chuẩn đã được xác thực thực tế và được một dự án xây dựng tương lai không biết của nó công nhận.
Sinh ra để tin tưởng, không chỉ là thực hiện
Ngoài hệ sinh thái rộng lớn, kiến trúc nội bộ 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 quy chuẩn chính thức, có thể đọc được bởi máy - SAIL. Điều này so với quy chuẩn của EVM (chủ yếu tồn tại dưới dạng văn bản trong "Sách vàng") là một bước tiến lớn. "Sách vàng" tồn tại một số độ mơ hồ, trong khi quy chuẩn SAIL cung cấp "tiêu chuẩn vàng", có thể hỗ trợ các chứng minh toán học quan trọng, điều này rất cần thiết 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 quy 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 cho tính an toàn. Nó xác định các cấp độ hoạt động khác nhau, chủ yếu bao gồm chế độ người dùng (dành cho các ứng dụng không 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 sắc về điều này:
"Hệ điều hành cần phải tự bảo vệ mình khỏi ảnh hưởng của mã khác. Nó cần phải cách ly các chương trình khác nhau khi chạy, và tất cả các cơ chế này 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 thông qua một lệnh ECALL (gọi môi trường) đặc biệt đến nhân đáng tin cậy chạy ở chế độ giám sát (Supervisor Mode). 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
Chuyển đổi này được hình dung như một quá trình tiến bộ, nhiều giai đoạn, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống và khả năng tương thích ngược. Như được nêu bởi người sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin, phương pháp này nhằm đạt được một sự phát triển "tiến hóa" thay vì một cuộc cách mạng "cách mạng" hoàn toàn.
Bước một: Biên dịch trước thay thế
Giai đoạn khởi đầu áp dụng cách tiếp cận 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 những kịch bản hạn chế, chẳng hạn như thay thế chức năng biên dịch trước." Cụ thể, điều này sẽ tạm dừng việc bổ sung 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 bằng 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 hoạt động như một trung gian giữa hai môi trường thực thi thông qua các khách hàng Ethereum.
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 3: EVM như một hợp đồng giả lập (chiến lược "Rosetta")
Mục tiêu cuối cùng là đạt được sự đơn giản hóa của giao thức. Ở giai đoạn này, "chúng tôi sẽ sử dụng EVM như một triển khai trong VM mới." EVM được chuẩn hóa sẽ trở thành hợp đồng thông minh đã được xác minh về hình thức chạy trên RISC-V L1 gốc. Điều này không chỉ đảm bảo hỗ trợ vĩnh viễn cho các ứng dụng phiên bản cũ, mà còn cho phép các nhà phát triển khách hàng chỉ duy trì một động cơ thực thi đơn giản, từ đó giảm thiểu 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 một cuộc cách mạng của các giao thức cốt lõi, mà sẽ có ảnh hưởng sâu rộng đến toàn bộ hệ sinh thái Ethereum. Sự chuyển đổi này không chỉ định hình lại trải nghiệm của nhà phát triển, mà còn thay đổi căn bản bối cảnh cạnh tranh của các giải pháp Layer-2 và mở khóa các mô hình xác thực kinh tế mới.
Định vị lại Rollup: Cuộc chiến giữa Optimistic và ZK
Việc áp dụng lớp thực thi RISC-V trên tầng L1 sẽ tạo ra những ảnh hưởng hoàn toàn khác biệt đối với hai loại Rollup chính.
Optimistic Rollup (như Arbitrum, Optimism) đang đối mặt với những thách thức về kiến trúc. Mô hình bảo mật của chúng phụ thuộc vào việc thực hiện lại các giao dịch gây tranh cãi thông qua L1 EVM để giải quyết chứng minh 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 tiến hành cải tạo kỹ thuật quy mô lớn, thiết kế một hệ thống chứng minh gian lận cho VM L1 mới, hoặc hoàn toàn tách rời khỏi mô hình bảo mật của Ethereum.
So với trước, ZK Rollup sẽ có được lợi thế chiến lược khổng lồ. 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 nó đạt được sự 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, tận dụng VM tích hợp sẵn của L1 để thực hiện thanh toán liền mạch. Sự định hình này sẽ mang lại những thay đổi sau:
Cải tiến 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.
Công cụ và tái sử dụng mã: Trình biên dịch, trình gỡ lỗi và công cụ xác minh hình thức được phát triển cho môi trường RISC-V L1 có thể được L2 sử dụng trực tiếp, giúp giảm đáng kể chi phí phát triển.
Khuyến khích kinh tế được căn chỉnh: Chi phí Gas của L1 sẽ phản ánh chính xác hơn chi phí thực tế của việc xác thực ZK dựa trên RISC-V, từ đó hình thành một 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 mình này sẽ là dần dần, chứ không phải là phá hủy.
Đối với các nhà phát triển, họ sẽ có thể tiếp cận với 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 "Solidity và Vyper vẫn sẽ được ưa chuộng trong thời gian dài do 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 thống và nguồn thư viện khổng lồ của chúng sẽ là một bước ngoặt cách mạng. Vitalik so sánh điều này với một "trải nghiệm kiểu NodeJS", nơi các nhà phát triển có thể viết mã trên chuỗi và ngoài chuỗi bằng cùng một ngôn ngữ, hiện thực hóa 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 trực tiếp chuyển thành phí L1 và phí thanh toán L2 thấp hơn. Tính khả thi 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 phức tạp và có giá trị cao hơn trong tương lai.
Succinct Labs và SP1: Xây dựng bằng chứng cho tương lai trong thời gian hiện tại
Ethereum đang chuẩn bị bùng nổ. "Mở rộng L1, mở rộng khối" là nhiệm vụ cấp bách chiến lược trong cụm giao thức EF. Dự kiến sẽ có 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 trở thành một trường hợp 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 minh tính khả thi của phương pháp kiến trúc mới. SP1 áp dụng triết lý "tập trung vào tiền biên soạn" (precompile-centric), hoàn hảo giải quyết vấn đề nút thắt mật mã của EVM. Khác với các phương pháp tiền biên soạn truyền thống dựa vào các phương pháp chậm và mã cứng, SP1 đã gỡ bỏ các thao tác nặng như băm Keccak vào các mạch ZK được thiết kế đặc biệt và tối ưu hóa thủ công, và gọi chúng 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 một giải pháp hiệu quả và mở rộng hơn.
Tác động thực tế của Succinct Labs đã được thể hiện. Sản phẩm OP Succinct của họ sử dụng SP1 để trang bị khả năng chứng minh không kiến thức cho Optimistic Rollups (ZK-ify). Như đồng sáng lập Succinct, Uma Roy đã giải thích:
“Sử dụng Rollup với OP Stack, không còn cần phải chờ đợi bảy ngày để hoàn tất xác nhận và rút tiền... bây giờ chỉ cần một giờ để hoàn thành xác nhận. Sự cải thiện về tốc độ này thật tuyệt vời.”
Sự đột phá này đã giải quyết những điểm đau chính trong toàn bộ hệ sinh thái OP Stack. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng của Succinct — Mạng Bằng Chứng Succinct — được thiết kế như một thị trường tạo bằng chứng phi tập trung, thể hiện mô hình kinh tế có thể xác minh trong tương lai. Công việc của họ không chỉ là một bằng chứng khái niệm mà còn là một bản kế hoạch thực tiễn cho tương lai, như đã mô tả trong bài viết này.
Ethereum làm thế nào để giảm rủi ro
Một trong những lợi thế lớn của RISC-V là nó biến giấc mơ xác minh hình thức - chứng minh tính chính xác của hệ thống bằng toán học - thành một mục tiêu khả thi. Đặc tả của EVM được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên trong Yellow Paper, rất khó để xác minh hình thức. Trong khi đó, RISC-V có đặc tả 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 sự an toàn mạnh mẽ hơn. Như Alex Hicks từ Quỹ Ethereum đã chỉ ra, hiện đang có công việc chuyển đổi "mạch zkVM RISC-V sang Lean để thực hiện xác minh hình thức theo tiêu chuẩn RISC-V chính thức". Đây là một tiến bộ mang tính cột mốc, chuyển giao niềm tin từ các thực hiện có thể mắc lỗi của con người sang các chứng minh toán học có thể xác minh, mở ra những độ cao mới cho an toàn blockchain.
Rủi ro chính trong chuyển đổi
Mặc dù kiến trúc L1 của RISC-V có nhiều lợi thế, nhưng nó cũng mang lại những thách thức phức tạp mới.
Vấn đề đo lường khí
Việc tạo ra một mô hình Gas xác định và công bằng cho kiến trúc tập lệnh tổng quát (ISA) là một thách thức 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 lặp đi lặp lại việc cache không trúng, gây ra tiêu tốn tài nguyên cao với mức 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 hiện"
Đây là rủi ro quan trọng nhất và thường bị đánh giá thấp trong quá trình chuyển đổi. Mô hình bảo mật chuyển từ việc phụ thuộc vào máy ảo chuỗi sang phụ thuộc vào trình biên dịch chuỗi (như LLVM), và 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 bytecode độc hại. Hơn nữa, việc đảm bảo rằng các tệp nhị phân đã biên dịch trên chuỗi hoàn toàn khớp với mã nguồn công khai, tức là vấn đề "xây dựng có thể tái lập", cũng rất 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 sự tin tưởng. Những vấn đề này đặt ra những thách thức nghiêm trọng về an ninh cho các nhà phát triển và người dùng.
Chiến lược giảm nhẹ
Con đường tiến lên cần có chiến lược phòng thủ nhiều lớp.
Triển khai theo từng giai đoạn
Việc áp dụng kế hoạch chuyển tiếp từng bước, nhiều 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 được biên dịch trước, sau đó vận hành trong môi trường máy ảo đôi, cộng đồng có thể tích lũy kinh nghiệm hoạt động và xây dựng niềm tin trong một môi trường có rủi ro thấp, tránh bất kỳ thay đổi không thể đảo ngược nào. Phương pháp dần dần này cung cấp một nền tảng ổn định cho việc 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 được kết hợp với việc kiểm tra 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 ra 11 lỗ hổng chính về tính toàn vẹn và tính chính xác trong zkVM hàng đầu. Điều này cho thấy, ngay cả những hệ thống được thiết kế hoàn hảo nhất, cũng có thể tồn tại những lỗ hổng chỉ có thể được phát hiện thông qua các bài kiểm tra đối kháng nghiêm ngặt. Sự kết hợp giữa kiểm tra mờ và xác minh hình thức cung cấp một sự đảm bảo mạnh mẽ hơn về an toàn hệ thống.
chuẩn hóa
Để tránh sự phân mảnh của hệ sinh thái, cộng đồng cần thống nhất áp dụng một cấu hình RISC-V duy nhất 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 phổ biến, có khả năng tối đa hóa lợi thế của hệ sinh thái mới. Việc tiêu chuẩn hóa không chỉ nâng cao hiệu quả cho các nhà phát triển mà còn tạo 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 còn 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 sự phức tạp của giao thức và làm cho nền tảng phù hợp hơn với hệ sinh thái tính toán tổng quát rộng lớn hơn. Mặc dù sự chuyển đổi này phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật và xã hội lớn, nhưng lợi ích chiến lược lâu dài của nó đủ để biện minh cho nỗ lực táo bạo này.
Sự chuyển đổi này tập trung vào một loạt các cân nhắc cốt lõi:
Sự cân bằng giữa việc nâng cao hiệu suất lớn mà kiến trúc gốc ZK mang lại và nhu cầu cấp bách về khả năng tương thích ngược.
Sự cân bằng giữa lợi ích an ninh mà giao thức đơn giản hóa mang lại và quán tính hiệu ứng mạng khổng lồ của EVM;
Sự lựa chọn giữa khả năng mạnh mẽ của hệ sinh thái tổng quát và rủi ro phụ thuộc vào chuỗi công cụ bên thứ ba phức tạp.
Cuối cùng, sự chuyển đổi kiến trúc này sẽ là yếu tố then chốt 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 biến L1 của Ethereum từ một nền tảng hợp đồng thông minh đơn giản thành một lớp thanh toán và khả năng sẵn có dữ liệu hiệu quả và an toàn, được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ vũ trụ tính toán có thể xác minh.
Như Vitalik Buterin đã nói, "Mục tiêu 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 đổi này, trong khi đội ngũ Succinct Labs thông qua ứng dụng thực tế của SP1 zkVM cung cấp một kế hoạch có thể hành động cho tương lai này. Bằng cách đón nhận RISC-V, Ethereum không chỉ giải quyết được nút thắt mở rộng của chính mình mà còn định vị mình như là tầng niềm tin cơ bản cho thế hệ internet tiếp theo - được điều khiển bởi SNARK, nguyên lý mật mã thứ ba sau hash và chữ ký.
Chứng minh phần mềm của thế giới, mở ra kỷ nguyên mới của tiền mã hoá.
Tìm hiểu thêm:
Giải thích của Vitalik: Nhấp để xem
ETHProofs thảo luận lần thứ tư: nhấp để xem