以太坊的革命性轉變：從以太坊虛擬機(EVM)過渡到RISC-V架構

以太坊歷史上最重要的架構變革

以太坊即將經歷自創立以來最具變革性的架構變化：用RISC-V架構取代以太坊虛擬機(EVM)。這一過渡代表了以太坊處理交易和執行智能合約方式的根本變化，受到了零知識(ZK)技術在區塊鏈開發中日益重要性的驅動。

當前的EVM已成爲零知識證明時代的重要性能瓶頸：

• zkEVM 實現依賴於解釋器，導致性能下降 50-800 倍
• 預編譯模塊給協議增加了復雜性和安全風險
• 256位堆棧設計在生成證明方面極其低效

爲什麼 RISC-V 是最佳解決方案

RISC-V 提供了幾個引人注目的優勢，解決了 EVM 的局限性：

• 極簡設計，包含大約47條基礎指令，配合成熟的LLVM生態系統，支持多種語言(Rust, C++, Go)
• 行業廣泛採用，90%的項目選擇RISC-V作爲zkVM實現的標準
• 正式的SAIL規範替代模糊的黃皮書，實現嚴格驗證
• 硬件加速路徑 通過ASICs/FPGAs，目前正在由項目如SP1、Nervos和Cartesi進行測試

三階段遷移策略

過渡將通過精心規劃的多階段過程展開：

1. 初步集成：RISC-V作爲預編譯模塊實現，用於低風險測試
2. 雙虛擬機時代：EVM和RISC-V共存，完全互操作
3. 完整過渡：在RISC-V中重新實現EVM功能("Rosetta"策略)

生態系統範圍的影響分析

這一架構轉變將在整個以太坊生態系統中產生連鎖反應：

• 樂觀匯總 ( Arbitrum, Optimism ) 將需要重建它們的欺詐證明機制
• 零知識卷積 (Polygon, zkSync, Scroll) 將通過更便宜、更快和更簡單的證明生成獲得顯著優勢
• 開發者將受益於在第一層級直接訪問像Rust、Go和Python這樣的主流語言庫
• 用戶 將體驗到大約 100 倍更低的證明生成成本，這可能使 Gigagas L1 吞吐量達到 (~10,000 TPS)

理解變革背後的技術驅動因素

解釋器開銷問題

當前的zkEVM實現並不直接證明EVM操作。相反，它們證明了EVM的解釋器，而解釋器本身編譯爲RISC-V代碼。正如Vitalik Buterin所強調的：

"如果 zkVM 的實現是將 EVM 的執行編譯成最終成爲 RISC-V 代碼的形式，爲什麼不直接將底層的 RISC-V 暴露給智能合約開發者呢？這可以完全消除整個外部虛擬機的開銷。"

這個額外的解釋層會帶來嚴重的性能損失，估計與原生證明生成相比，速度會減慢50-800倍。

技術債務積累

以太坊通過使用預編譯合約積累了顯著的技術債務——這些是硬編碼到協議中的專用功能，用以克服EVM在加密操作中的性能限制。根據Vitalik的說法：

"預編譯合約對我們來說是災難性的……它們極大地膨脹了以太坊的可信代碼庫……並且它們導致了嚴重的問題，幾乎多次導致共識失敗。"

復雜程度令人震驚，單個預編譯合約的包裝代碼超過了整個RISC-V解釋器的復雜性。

結構低效

EVM的256位架構雖然是爲了處理加密值而選擇的，但對於使用32位或64位整數的典型智能合約操作來說，效率極低。這種低效率在零知識系統中尤其代價高昂。

此外，EVM 的棧架構比 RISC-V 和現代 CPU 使用的基於寄存器的架構效率低，需要更多的指令來執行相同的操作，並使編譯器優化變得更復雜。

RISC-V的優勢：構建一個更可驗證的以太坊

開放標準與定制設計

與需要全新軟件生態系統的定制指令集架構不同，RISC-V 是一個成熟的開放標準，提供三個關鍵優勢：

• 生態系統成熟度：利用數十年來在計算機科學領域的集體進步，借助世界級工具和對所有與LLVM兼容的高級語言的支持
• 設計簡約：一個更小、更易審計的可信代碼庫，更容易進行形式驗證
• 行業標準化：十個可以證明以太坊區塊的zkVM中有九個選擇了RISC-V作爲其目標架構

旨在信任與驗證

RISC-V的架構特別適合構建安全、可驗證的系統：

• 正式化、機器可讀的SAIL規範，提供數學正確性證明的"黃金標準"
• 特權架構定義了具有硬件強制安全邊界的不同操作級別

風險緩解策略

轉向 RISC-V 引入了幾個必須解決的挑戰：

• 燃氣測量復雜性：爲通用指令集創建一個確定性和公平的燃氣模型
• 工具鏈安全考慮: 管理向離鏈編譯器依賴的轉變，這可能引入漏洞

這些挑戰將通過以下方式解決：

1. 分階段部署，每個階段進行廣泛測試
2. 核心組件的綜合安全審計
3. 對於諸如燃氣會計等關鍵元素的標準化工作

朝着可驗證計算的未來

這次架構轉型旨在解決基本的可擴展性瓶頸，減少協議復雜性，並使以太坊與通用計算原則保持一致。它將把以太坊的第1層從一個專用智能合約平台轉變爲一個高效、安全的結算層，專門爲可驗證計算而設計。

正如維塔利克·布特林所強調的，"最終目標是爲一切提供ZK-snark" - 這一願景通過向RISC-V的過渡變得更加可實現。