التحول الثوري لإثيريوم: الانتقال من EVM إلى معمارية RISC-V

أهم تغيير معماري في تاريخ إثيريوم

إثيريوم على وشك إجراء أكثر تغيير معماري تحولي منذ إنشائه: استبدال آلة إثيريوم الافتراضية (EVM) بمعمارية RISC-V. يمثل هذا الانتقال تحولاً أساسياً في كيفية معالجة إثيريوم للمعاملات وتنفيذ العقود الذكية، مدفوعاً بالأهمية المتزايدة لتكنولوجيا إثبات عدم المعرفة (ZK) في تطوير البلوكتشين.

لقد أصبحت EVM الحالية عنق زجاجة كبير في عصر الإثباتات ذات المعرفة الصفرية:

• تعتمد تنفيذات zkEVM على المفسرين، مما يتسبب في انخفاض أداء يتراوح بين 50-800 مرة
• تضيف الوحدات المسبقة التجميع تعقيدًا ومخاطر أمان للبروتوكول
• تصميم المكدس بحدود 256 بت يثبت أنه غير فعال للغاية في توليد الأدلة

لماذا يعتبر RISC-V الحل الأمثل

تقدم RISC-V العديد من المزايا الجذابة التي تعالج قيود EVM:

• تصميم بسيط مع حوالي 47 تعليمات أساسية، مقترنة بنظام LLVM ناضج يدعم لغات متعددة (Rust, C++, Go)
• اعتماد على مستوى الصناعة مع اختيار 90% من المشاريع لـ RISC-V كمعيار لتنفيذ zkVM
• مواصفة SAIL الرسمية التي تحل محل الورقة الصفراء الغامضة، مما يتيح التحقق الصارم
• مسارات تسريع الأجهزة عبر ASICs/FPGAs التي يتم اختبارها حاليًا بواسطة مشاريع مثل SP1 وNervos وCartesi

استراتيجية الهجرة ذات المراحل الثلاث

ستتم الانتقال من خلال عملية متعددة المراحل مخطط لها بعناية:

1. التكامل الأولي: تم تنفيذ RISC-V كوحدة مسبقة التجميع للاختبار منخفض المخاطر
2. عصر الآلات الافتراضية المزدوجة: وجود كل من EVM و RISC-V مع التوافق الكامل
3. الانتقال الكامل: إعادة تنفيذ وظائف EVM ضمن RISC-V ( استراتيجية "روستّا" )

تحليل تأثير النظام البيئي بشكل شامل

سيؤدي هذا التحول المعماري إلى خلق تأثيرات متتالية في جميع أنحاء نظام إثيريوم البيئي:

• الطبقات المتفائلة (Arbitrum, Optimism) ستحتاج إلى إعادة بناء آليات إثبات الاحتيال الخاصة بها
• Zero-knowledge Rollups (Polygon, zkSync, Scroll) ستكتسب مزايا كبيرة من خلال تكلفة أقل، وسرعة أكبر، وتوليد إثباتات أبسط
• المطورون سيستفيدون من الوصول المباشر إلى مكتبات اللغات الرئيسية مثل Rust و Go و Python على مستوى Layer 1
• المستخدمون سيختبرون تكاليف أقل بحوالي 100x لتوليد البرهان، مما قد يمكّن من خلال Gigagas L1 (~10,000 TPS)

فهم العوامل التقنية وراء التغيير

مشكلة النفقات العامة للمترجم

التنفيذ الحالي لـ zkEVMs لا يثبت مباشرةً عمليات EVM. بدلاً من ذلك، فإنه يثبت مترجم EVM، الذي يتم تجميعه بنفسه إلى كود RISC-V. كما أشار فيتاليك بوتيرين:

"إذا كان تنفيذ zkVM هو تجميع تنفيذ EVM إلى ما يصبح في النهاية كود RISC-V، فلماذا لا نعرض RISC-V الأساسية بشكل مباشر لمطوري العقود الذكية؟ هذا يمكن أن يقضي تمامًا على الأعباء الناتجة عن الآلة الافتراضية الخارجية بأكملها."

تفرض هذه الطبقة الإضافية من التفسير عقوبة أداء شديدة، مع تقديرات تشير إلى تباطؤ يتراوح بين 50-800 مرة مقارنةً بتوليد الإثبات الأصلي.

تراكم الدين الفني

إثيريوم قد تراكمت عليها ديون تقنية كبيرة من خلال استخدامها للعقود المسبقة التجميع - وظائف مخصصة مشفرة في البروتوكول للتغلب على قيود أداء EVM في العمليات التشفيرية. وفقاً لفيتاليك:

"العقود المجمعة كارثية بالنسبة لنا... لقد inflated بشكل كبير قاعدة الشيفرة الموثوقة لإثيريوم... وقد أدت إلى مشاكل خطيرة كادت تؤدي إلى فشل الإجماع عدة مرات."

التعقيد مذهل، حيث أن شفرة التغليف لعقد مسبق التجميع واحد تتجاوز تعقيد مترجم RISC-V بأكمله.

عدم الكفاءة المعمارية

تعتبر بنية EVM ذات 256 بت، على الرغم من اختيارها للتعامل مع القيم التشفيرية، غير فعالة للغاية لعمليات العقود الذكية النموذجية التي تستخدم أعداد صحيحة بحجم 32 بت أو 64 بت. تصبح هذه الكفاءة غير الفعالة مكلفة بشكل خاص في الأنظمة الخالية من المعرفة.

علاوة على ذلك، فإن بنية مكدس EVM أقل كفاءة من البنية المعتمدة على السجلات المستخدمة في RISC-V ووحدات المعالجة المركزية الحديثة، مما يتطلب المزيد من التعليمات لنفس العمليات ويعقد تحسينات المترجم.

ميزة RISC-V: بناء إثيريوم أكثر قابلية للتحقق

المعايير المفتوحة مقابل التصميمات المخصصة

على عكس بنى التعليمات المخصصة التي تتطلب نظام برمجيات جديد تمامًا، فإن RISC-V هو معيار مفتوح ناضج يقدم ثلاثة فوائد رئيسية:

• نضج النظام البيئي: الاستفادة من عقود من التقدم الجماعي في علوم الكمبيوتر مع الوصول إلى أدوات عالمية المستوى ودعم لجميع لغات البرمجة عالية المستوى المتوافقة مع LLVM
• بساطة التصميم: قاعدة شيفرة موثوقة أصغر وأسهل في التدقيق مما يسهل التحقق منها رسميًا
• توحيد الصناعة: تسعة من كل عشرة zkVMs القادرة على إثبات كتل إثيريوم قد اختارت RISC-V كمعمارية مستهدفة

مصمم للثقة والتحقق

تصميم RISC-V مناسب بشكل خاص لبناء أنظمة آمنة وقابلة للتحقق:

• مواصفات SAIL المقروءة آلياً والمُعتمدة رسمياً التي توفر "معياراً ذهبياً" لإثباتات الصحة الرياضية
• بنية مميزة تحدد مستويات تشغيل مختلفة مع حدود أمان مفروضة بواسطة الأجهزة

استراتيجيات التخفيف من المخاطر

الانتقال إلى RISC-V يقدم عدة تحديات يجب معالجتها:

• تعقيد قياس الغاز: إنشاء نموذج غاز حتمي وعادل لمجموعات التعليمات العامة
• اعتبارات أمان سلسلة الأدوات: إدارة الانتقال إلى الاعتماد على المترجمين خارج السلسلة، مما قد يؤدي إلى إدخال ثغرات

سيتم معالجة هذه التحديات من خلال:

1. نشر مرحلي مع اختبار واسع النطاق في كل مرحلة
2. تدقيقات أمان شاملة للمكونات الأساسية
3. جهود التوحيد لعناصر حاسمة مثل محاسبة الغاز

نحو مستقبل حوسبة قابل للتحقق

تهدف هذه التحويلات المعمارية إلى معالجة اختناقات القابلية للتوسع الأساسية، وتقليل تعقيد البروتوكول، ومواءمة إثيريوم مع مبادئ الحوسبة العامة. ستحول إثيريوم من الطبقة الأولى من منصة عقود ذكية متخصصة إلى طبقة تسوية فعالة وآمنة مصممة خصيصًا للحوسبة القابلة للتحقق.

كما أكد فيتاليك بوتيرين، "الهدف النهائي هو توفير ZK-snark لكل شيء" - رؤية تجعل الانتقال إلى RISC-V أكثر قابلية للتحقيق بشكل كبير.