Ethereum đang trải qua sự thay đổi kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra mắt: thay thế Ethereum Virtual Machine (EVM) bằng RISC-V. Nguyên nhân cơ bản thúc đẩy sự thay đổi này là trong thời đại chứng minh không kiến thức (ZK), EVM đã trở thành nút thắt lớn nhất:
zkEVM hiện tại phụ thuộc vào việc thực thi trình thông dịch, dẫn đến tốc độ giảm 50–800 lần;
Hợp đồng trước biên dịch (Precompiles) làm cho giao thức trở nên quá phức tạp và tăng rủi ro;
Thiết kế ngăn xếp 256 bit có hiệu suất rất thấp trong chứng minh.
RISC-V có thể giải quyết những vấn đề này:
Chủ nghĩa tối giản (khoảng 47 lệnh cơ bản) + Hệ sinh thái LLVM trưởng thành (hỗ trợ Rust, C++, Go);
Đã trở thành tiêu chuẩn zkVM thực tế (90% dự án áp dụng);
Quy chuẩn SAIL chính thức (so với sách vàng mơ hồ) có thể hỗ trợ xác minh nghiêm ngặt;
Đường dẫn chứng minh phần cứng (ASIC/FPGA) đã được thử nghiệm (SP1, Nervos, Cartesi).
Di chuyển được chia thành ba giai đoạn:
RISC-V như một sự thay thế cho hợp đồng tiền chế (kiểm tra rủi ro thấp);
Thời đại của hai máy ảo: EVM + RISC-V có tính tương tác hoàn toàn.
EVM được triển khai lại bên trong RISC-V (tương tự như chiến lược Rosetta).
Ảnh hưởng đến hệ sinh thái:
Optimistic Rollups không bị ảnh hưởng; mạng chính RISC-V sẽ không loại bỏ chứng minh gian lận, chương trình chứng minh hiện có có thể biên dịch tương thích với RISC-V (hiện tại dựa trên MIPS); lộ trình di chuyển: mở rộng cơ sở hạ tầng chống lỗi hiện tại sang RISC-V mục tiêu, thay vì tái cấu trúc hoàn toàn;
ZK Rollup sẽ được hưởng lợi lớn (Polygon, zkSync, Scroll → rẻ hơn, nhanh hơn, đơn giản hơn);
Các nhà phát triển có thể sử dụng thư viện Rust/Go/Python trực tiếp trên L1;
Người dùng có thể nhận được chi phí chứng minh rẻ hơn khoảng 100 lần, từ đó tiến tới cấp độ Gigagas (khoảng 10k TPS) L1.
Cuối cùng, Ethereum sẽ tiến hóa từ "máy ảo hợp đồng thông minh" thành một lớp tin cậy trên internet tối thiểu và có thể xác minh, với mục tiêu cuối cùng là: "mọi thứ đều được ZK-Snark hóa".
Ethereum đang ở ngã ba đường
Với mục tiêu cuối cùng là "mọi thứ đều được ZK-Snark hóa", Ethereum hiện đang ở ngưỡng của sự tiến hóa kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra đời. Cuộc thảo luận này không còn bị giới hạn trong các bản nâng cấp dần dần, mà là một sự tái cấu trúc mang tính căn bản đối với lõi tính toán của nó - tức là sự thay thế của máy ảo Ethereum (EVM). Sáng kiến này là nền tảng cho tầm nhìn "Ethereum tinh gọn" (Lean Ethereum) lớn hơn, nhằm mục đích đơn giản hóa hệ thống toàn bộ giao thức, phân chia nó thành ba thành phần cốt lõi: đồng thuận tinh gọn (Lean Consensus), dữ liệu tinh gọn (Lean Data) và thực thi tinh gọn (Lean Execution). Trong đó, vấn đề cốt lõi của thực thi tinh gọn là: liệu EVM, như một động cơ cách mạng hợp đồng thông minh, có đã trở thành nút thắt chính cho sự phát triển tương lai của Ethereum?
Như Justin Drake của Quỹ Ethereum đã nói, mục tiêu dài hạn của Ethereum luôn là "Snark hóa mọi thứ", đây là một công cụ mạnh mẽ có khả năng tăng cường các tầng của giao thức. Nhưng từ lâu, mục tiêu này giống như một "giấc mơ viển vông", vì việc đạt được nó cần một chứng minh thời gian thực cho khái niệm này. Và bây giờ, khi chứng minh 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 được giải quyết.
Phân tích này sẽ khám phá các luận cứ kỹ thuật và chiến lược cho việc di chuyển Ethereum L1 sang kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA), một động thái có khả năng giải phóng khả năng mở rộng chưa từng có, 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 đi sâu vào việc khám phá "tại sao", trước tiên cần hiểu "cái gì" đang thay đổi.
EVM là môi trường chạy hợp đồng thông minh Ethereum, là "máy tính thế giới" xử lý giao dịch và cập nhật trạng thái blockchain. Trong nhiều năm qua, thiết kế của nó mang tính cách mạng, tạo ra nền tảng không cần quyền hạn và phát sinh ra toàn bộ hệ sinh thái DeFi và NFT. Tuy nhiên, bộ khung tùy chỉnh gần mười năm tuổi này hiện đã tích lũy một khoản nợ kỹ thuật nặng nề.
So với đó, RISC-V không phải là sản phẩm, mà là một tiêu chuẩn mở - một "bảng chữ cái" thiết kế bộ xử lý miễn phí và chung. Như Jeremy Bruestle đã nhấn mạnh trong cuộc gọi Ethproofs, các nguyên tắc then chốt của nó khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho vai trò này:
Chủ nghĩa tối giản: Tập hợp lệnh cơ bản cực kỳ đơn giản, chỉ bao gồm khoảng 40-47 lệnh. Jeremy mô tả nó là "gần như là trường hợp hoàn hảo cho một cỗ máy tổng quát siêu tối giản mà chúng ta cần".
Tính mô-đun: Thêm các chức năng phức tạp hơn thông qua các mở rộng tùy chọn. Điều này rất quan trọng vì nó cho phép một lõi đơn giản và có thể mở rộng khi cần thiết, mà không mang lại sự phức tạp không cần thiết cho giao thức cơ sở;
Hệ sinh thái mở: Nó có một chuỗi công cụ khổng lồ và trưởng thành hỗ trợ, bao gồm trình biên dịch LLVM, cho phép các nhà phát triển sử dụng các ngôn ngữ chính như Rust, C++ và Go. Như Justin Drake đã nói: "Có rất nhiều công cụ liên quan đến trình biên dịch, và việc xây dựng trình biên dịch cực kỳ khó khăn... vì vậy, việc sở hữu những công cụ trình biên dịch này có giá trị rất lớn." RISC-V cho phép Ethereum kế thừa miễn phí những công cụ có sẵn này.
Vấn đề chi phí của trình thông dịch
Sự cần thiết phải thay thế EVM không xuất phát từ một thiếu sót đơn lẻ, mà từ một loạt các hạn chế cơ bản, những hạn chế này đã trở nên không thể bỏ qua trong bối cảnh tương lai bản địa của chứng minh không biết (ZK). Những vấn đề này bao gồm các nút thắt hiệu suất nghiêm trọng trong hệ thống chứng minh ZK, cũng như rủi ro do sự phức tạp ngày càng tăng tích lũy bên trong giao thức.
Vấn đề chi phí của trình thông dịch
Động lực cấp bách nhất cho sự chuyển đổi này là tính không hiệu quả vốn có của EVM trong các 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 bộ chứng minh sẽ trở thành nút thắt cuối cùng.
Vấn đề nằm ở cách hoạt động hiện tại của zkEVM. Chúng không trực tiếp thực hiện chứng minh không kiến thức cho EVM, mà thực hiện chứng minh cho một trình thông dịch EVM, mà trình thông dịch đó lại được biên dịch thành RISC-V. Vitalik Buterin đã chỉ ra vấn đề cốt lõi này một cách sắc bén:
"Nếu cách thực hiện zkVM là biên dịch việc thực thi EVM thành nội dung cuối cùng trở thành mã RISC-V, vậy tại sao không mở trực tiếp RISC-V ở tầng dưới cho các nhà phát triển hợp đồng thông minh? Bằng cách này, có thể hoàn toàn miễn giảm chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài."
Lớp giải thích bổ sung này mang lại tổn thất hiệu suất lớn. Theo ước tính, 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 cổ chai khác (chẳng hạn như chuyển sang thuật toán băm Poseidon), phần "thực thi khối" này vẫn sẽ tiêu tốn 80–90% thời gian chứng minh, khiến EVM trở thành rào cản cuối cùng và cứng đầu nhất trong việc mở rộng L1. Nếu loại bỏ lớp này, Vitalik dự đoán hiệu suất thực thi có thể tăng lên 100 lần.
Cạm bẫy nợ của hợp đồng được biên dịch trước
Để giải quyết vấn đề hiệu suất kém của EVM trong một số thao tác mật mã cụ thể, Ethereum đã giới thiệu hợp đồng biên dịch trước - mã hóa các hàm chuyên dụng trực tiếp vào giao thức. Mặc dù đây là một giải pháp thực tiễn vào thời điểm đó, nhưng hiện nay đã gây ra tình huống mà Vitalik Buterin gọi là "thảm họa":
"Biên dịch trước là thảm họa đối với chúng tôi... chúng đã làm tăng đáng kể kho mã tin cậy của Ethereum... và ở rìa của sự thất bại đồng thuận, chúng đã khiến chúng tôi suýt gặp rắc rối nhiều lần."
Mức độ phức tạp khiến người ta phải ngạc nhiên. Vitalik chỉ ra rằng, thông qua việc so sánh mã bao bọc của hợp đồng được biên dịch đơn lẻ (modexp) và trình thông dịch RISC-V đầy đủ: logic của hợp đồng được biên dịch thực sự phức tạp hơn. Việc thêm hợp đồng được biên dịch mới phải trải qua một quá trình phân tách cứng chậm chạp và đầy mưu đồ chính trị, điều này đã cản trở nghiêm trọng sự đổi mới ứng dụng dựa vào các nguyên lý mật mã mới.
Do đó, Vitalik đã rút ra một kết luận mạnh mẽ: "Tôi thực sự nghĩ rằng, chúng ta nên ngay lập tức ngừng thêm bất kỳ hợp đồng biên dịch nào."
Nợ kỹ thuật kiến trúc của Ethereum
Thiết kế cốt lõi của EVM phản ánh nhu cầu của một thời đại đã lỗi thời, nhưng nó không còn phù hợp với tính toán hiện đại. EVM chọn kiến trúc 256 bit để xử lý các giá trị mật mã, điều 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. Chi phí của sự kém hiệu quả này đặc biệt cao trong các hệ thống chứng minh không kiến thức.
Như Vitalik đã giải thích: "Khi sử dụng các con số nhỏ hơn, mỗi con số thực sự không tiết kiệm tài nguyên nào, mà độ phức tạp sẽ tăng từ 2 đến 4 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 thực hiện cùng một thao tác, đồng thời cũng làm cho việc tối ưu hóa trình biên dịch trở nên phức tạp hơn.
Các yếu tố tổng hợp này bao gồm nút thắt về hiệu suất của ZK proof, độ phức tạp của các hợp đồng được biên dịch trước và lựa chọn kiến trúc lỗi thời, tất cả tạo thành một lý do thuyết phục và cấp bách để Ethereum vượt qua EVM.
Bản đồ RISC-V: Xây dựng nền tảng vững chắc hơn
Ưu điểm của RISC-V không chỉ xuất phát từ sự thiếu sót của EVM, mà còn nằm ở triết lý thiết kế của nó và những lợi thế nội tại vốn có. 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 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 đầu, RISC-V là một tiêu chuẩn mở đã trưởng thành, có thể cung cấp ba lợi thế chính:
Hệ sinh thái trưởng thành
Bằng cách áp dụng RISC-V, Ethereum đã tận dụng những tiến bộ tập thể trong lĩnh vực khoa học máy tính suốt nhiều thập kỷ. Như Justin Drake đã giải thích, điều này cung cấp cho Ethereum một cách tiếp cận để sử dụng các công cụ đẳng cấp thế giới: "Có một thành phần hạ tầng gọi là LLVM, đó là một bộ công cụ biên dịch cho phép các nhà phát triển biên dịch ngôn ngữ lập trình cấp cao sang nhiều backend khác nhau. RISC-V là một trong các backend được hỗ trợ. Vì vậy, nếu bạn hỗ trợ RISC-V, bạn cũng tự động hỗ trợ tất cả các ngôn ngữ cấp cao được LLVM hỗ trợ."
Điều này đã làm giảm đáng kể rào cản gia nhập của hàng triệu nhà phát triển quen thuộc với các ngôn ngữ như Rust, C và Go.
Triết lý thiết kế tối giản
Chủ nghĩa tối giản của RISC-V là một đặc điểm có chủ ý, chứ không phải là một hạn chế. Tập lệnh cơ bản của nó chỉ bao gồm khoảng 47 lệnh, làm cho lõi của máy ảo cực kỳ đơn giản. Sự đơn giản này là một lợi thế lớn cho sự an toàn, vì một kho mã đáng tin cậy nhỏ hơn dễ dàng hơn để kiểm toán và xác nhận hình thức.
Tiêu chuẩn thực tế trong lĩnh vực ZK
Quan trọng hơn, hệ sinh thái zkVM đã tự đưa ra lựa chọn. Như Justin Drake đã nhấn mạnh, có thể thấy một xu hướng rõ ràng từ dữ liệu Ethproofs: "RISC-V là ISA hàng đầu cho backend zkVM."
Trong số 10 zkVM có thể chứng minh khối Ethereum, đã có 9 cái chọn RISC-V làm kiến trúc mục tiêu. Sự đồng thuận này trên thị trường đã phát đi một tín hiệu mạnh mẽ: việc Ethereum áp dụng RISC-V không phải là một thử nghiệm đầu cơ, mà là theo đuổi một tiêu chuẩn đã được thị trường xác thực.
Được thiết kế để tin tưởng, không chỉ dừng lại ở việc thực hiện
Ngoài hệ sinh thái, 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 móc, được gọi là SAIL. Điều này đã có sự cải tiến lớn so với quy chuẩn của Ethereum Virtual Machine (EVM), quy chuẩn này chủ yếu tồn tại dưới dạng tài liệu (sách vàng), có thể có sự mơ hồ. Trong khi đó, quy chuẩn SAIL cung cấp «tiêu chuẩn vàng», có khả năng cung cấp các chứng minh toán học rất quan trọng cho tính đúng đắn của giao thức, điều này là rất quan trọng để bảo vệ các giao thức có giá trị lớn. Như Alex Hicks của Quỹ Ethereum (EF) đã chỉ ra trong cuộc gọi Ethproofs, điều này cho phép các mạch zkVM được xác minh trực tiếp «theo quy chuẩn RISC-V chính thức».
Thứ hai, RISC-V bao gồm một kiến trúc đặc quyền, tính năng này thường bị bỏ qua nhưng lại rất quan trọng cho tính bảo mật. Nó định nghĩa các cấp 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 "hạt nhân thực thi" đáng tin cậy).
Trong mô hình RISC-V, hợp đồng thông minh chạy ở chế độ người dùng không thể truy cập trực tiếp vào trạng thái của blockchain. Thay vào đó, nó phải gửi yêu cầu đến nhân kernel đáng tin cậy chạy ở chế độ giám sát thông qua 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 hơn và dễ xác minh hơn so với mô hình sandbox EVM hoàn toàn dựa trên phần mềm.
Tầm nhìn của Vitalik
Sự chuyển đổi này được hình dung như một quá trình từng bước, đa giai đoạn, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống và khả năng tương thích ngược. Phương pháp này mà Vitalik Buterin phác thảo nhằm đạt được sự phát triển dần dần, chứ không phải là sự thay đổi cách mạng.
Bước đầu tiên: Thay thế biên dịch trước
Giai đoạn ban đầu áp dụng cách tiếp cận bảo thủ nhất, giới thiệu chức năng hạn chế của máy ảo mới (VM). Như Vitalik đã đề xuất, "chúng ta có thể bắt đầu sử dụng máy ảo mới từ những kịch bản hạn chế, chẳng hạn như thay thế chức năng biên dịch trước." Điều này sẽ liên quan đến việc tạm dừng các chức năng biên dịch trước EVM mới, thay vào đó là thực hiện các chức năng cần thiết thông qua các chương trình RISC-V được phê duyệt bằng danh sách trắng. Cách tiếp cận này cho phép máy ảo mới có thể thực hiện kiểm tra thực địa trong mạng chính trong môi trường rủi ro thấp, 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 cửa máy ảo mới trực tiếp cho người dùng". Khi triển khai hợp đồng thông minh, có thể thêm một cờ để chỉ ra mã byte của nó là EVM hay RISC-V. Tính năng chính là đảm bảo khả năng tương tác liền mạch: "Hai loại hợp đồng sẽ có thể gọi lẫn nhau". Điều này sẽ được thực hiện thông qua gọi hệ thống (ECALL), với khách hàng Ethereum đóng vai trò là trung gian cho môi trường thực thi.
Bước ba: EVM như là hợp đồng mô phỏng (chiến lược "Rosetta")
Mục tiêu cuối cùng là thực hiện sự đơn giản hóa tối thượng của giao thức. Ở giai đoạn này, "chúng tôi sẽ triển khai EVM như một cách thực hiện của máy ảo mới". EVM theo quy chuẩn sẽ trở thành hợp đồng thông minh đã được xác minh theo hình thức chạy trên RISC-V L1 gốc. Điều này không chỉ đảm bảo hỗ trợ lâu dài 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.
Phản ứng dây chuyền của toàn bộ hệ sinh thái
Kế hoạch chuyển đổi từ EVM sang RISC-V không chỉ dừng lại ở giao thức lõi, mà nó sẽ có tác động sâu rộng đến toàn bộ hệ sinh thái Ethereum, hứa hẹn sẽ tái định hình trải nghiệm của các nhà phát triển, thay đổi căn bản bối cảnh cạnh tranh của các giải pháp Layer-2, và mở ra các mô hình kinh tế chứng minh mới.
Cấu trúc lại Rollup: Sự phân nhánh giữa Optimistic và ZK
Việc chuyển sang lớp thực thi RISC-V trên L1 sẽ có ảnh hưởng hoàn toàn khác nhau đối với hai loại Rollups chính.
Mô hình an ninh của Optimistic Rollups (như Arbitrum, Optimism) phụ thuộc vào việc thực thi lại các giao dịch gây tranh cãi trên Layer-1 để giải quyết chứng minh gian lận. Ngay cả khi Ethereum Layer-1 chuyển sang RISC-V, các hệ thống này cũng sẽ không có thay đổi cơ bản. Như một trong những người đồng sáng lập Optimism đã giải thích: "Nếu chúng tôi chuyển Ethereum sang RISC-V, chuỗi Optimistic cũng sẽ không bị gián đoạn. Bạn chỉ cần biên dịch máy ảo RISC-V vào chương trình chứng minh. Cũng không cần sử dụng Asterisc. Hệ thống chứng minh hiện có dựa trên MIPS cũng sẽ không bị gián đoạn - bạn chỉ cần biên dịch máy ảo RISC-V vào MIPS."
Điều này có nghĩa là mô hình chống gian lận vẫn còn nguyên vẹn. Việc điều chỉnh là kỹ thuật: biên dịch máy ảo RISC-V mới vào cơ sở hạ tầng hiện tại, thay vì thiết kế lại hệ thống từ đầu. Thách thức còn lại là các chi tiết kỹ thuật, chẳng hạn như đo Gas, hiệu suất và chi phí.
So với trước, ZK Rollups sẽ có được lợi thế chiến lược to lớn. Phần lớn ZK Rollups đã chọn RISC-V làm ISA nội bộ của mình. Sử dụng cùng một ngôn ngữ gốc L1 có thể thực hiện tích hợp chặt chẽ và hiệu quả hơn. Justin Drake đã mô tả tầm nhìn tương lai về "Rollups gốc", trong đó L2 về cơ bản là một phiên bản chuyên biệt của môi trường thực thi L1, sử dụng VM L1 tích hợp để thực hiện việc thanh toán liền mạch. Sự tích hợp này sẽ mang lại những thay đổi sau:
Đơn giản hóa ngăn xếp công nghệ: loại bỏ cầu nối phức tạp giữa việc thực hiện RISC-V nội bộ L2 và EVM;
Thực hiện tái sử dụng công cụ và mã: 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 trực tiếp sử dụng, nhằm giảm chi phí phát triển.
Khuyến khích kinh tế phối hợp: Phí Gas của L1 sẽ phản ánh chính xác hơn chi phí thực tế của việc thực hiện chứng minh ZK RISC-V, từ đó tạo ra mô hình kinh tế hợp lý hơn.
Thế giới mới của các nhà phát triển và người dùng
Đối với các nhà phát triển trong hệ sinh thái Ethereum, sự chuyển đổi này sẽ diễn ra một cách dần dần, chứ không phải một cách đột phá.
Đối với các nhà phát triển, lợi thế chính là họ có thể bước vào một thế giới phát triển phần mềm rộng lớn và trưởng thành hơn. Như Vitalik Buterin đã chỉ ra, các nhà phát triển sẽ "có thể viết hợp đồng bằng Rust, và hai ngôn ngữ này sẽ bắt đầu đồng tồn tại". Đồng thời, ông dự đoán rằng "Solidity và Vyper sẽ tiếp tục phổ biến trong một thời gian dài", vì chúng có logic hợp đồng thông minh được thiết kế tinh tế. Việc có thể sử dụng ngôn ngữ chính và các thư viện phong phú của nó thông qua chuỗi công cụ LLVM, sự chuyển mình này sẽ mang tính cách mạng. Vitalik mô tả nó như một "trải nghiệm tương tự Node.JS", trong đó các nhà phát triển về cơ bản có thể sử dụng cùng một ngôn ngữ để viết mã trên chuỗi và ngoài chuỗi.
Đối với người dùng, lợi tức cuối cùng là một mạng lưới tiết kiệm hơn và mạnh mẽ hơn. Dự kiến chi phí chứng minh sẽ giảm khoảng 100 lần - từ vài đô la mỗi giao dịch xuống còn vài xu - điều này sẽ chuyển đổi trực tiếp thành phí thanh toán thấp hơn cho Layer-1 và Layer-2. Tính khả thi kinh tế này sẽ mở ra tầm nhìn "Gigagas L1", với mục tiêu đạt khoảng 10000 TPS hiệu suất trên L1, từ đó hỗ trợ cho các ứng dụng chuỗi phức tạp và có giá trị cao hơn trong tương lai.
Succinct Labs và SP1: Chứng minh tương lai nằm ngay trong hiện tại
Lợi thế lý thuyết của RISC-V đã được các đội như Succinct Labs đưa vào thực tiễn, và kết quả công việc của họ đã cung cấp một nghiên cứu trường hợp mạnh mẽ cho toàn bộ đề xuất.
SP1, được phát triển bởi Succinct Labs, là một zkVM mã nguồn mở hiệu suất cao được xây dựng trên nền tảng RISC-V, xác thực tính khả thi của phương pháp kiến trúc mới. Nó áp dụng thiết kế "trung tâm hóa biên dịch trước", hoàn hảo giải quyết vấn đề nút thắt mật mã của EVM. Khác với phương pháp biên dịch trước chậm chạp và mã cứng truyền thống, SP1 chuyển các thao tác tốn tài nguyên như băm Keccak sang gọi thông qua các lệnh ECALL tiêu chuẩn, và được thiết kế cũng như tối ưu hóa thủ công cho các mạch ZK. Điều này không chỉ cung cấp hiệu suất của phần cứng tùy chỉnh mà còn giữ lại tính linh hoạt của phần mềm.
Tác động thực tiễn của đội ngũ đã rõ ràng, sản phẩm OP Succinct của họ sử dụng SP1 để thực hiện "ZK hóa" (ZK-ify) của Optimistic Rollup. Như đồng sáng lập Succinct, Uma Roy đã giải thích:
「OP Stack Rollup của bạn không cần phải chờ 7 ngày để hoàn thành xác nhận cuối cùng và rút tiền... bây giờ chỉ cần 1 giờ để hoàn thành. Điều này nâng cao đáng kể tốc độ xác nhận cuối cùng, thật tuyệt vời.」
Điều này đã giải quyết một điểm đau chính trong toàn bộ hệ sinh thái OP Stack. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng của Succinct "Succinct Prover Network" được thiết kế như một thị trường tạo ra bằng chứng phi tập trung, thể hiện một mô hình kinh tế khả thi cho tương lai của tính toán có thể xác minh. Công việc của họ không chỉ là một bằng chứng khái niệm, mà còn là một bản thiết kế tương lai khả thi như mô tả trong bài viết này.
Ethereum làm thế nào để giảm rủi ro
Một trong những lợi thế then chốt của RISC-V là nó biến mục tiêu cuối cùng của việc xác minh hình thức - chứng minh tính đúng đắn của hệ thống thông qua toán học - thành một mục tiêu có thể đạt được. Đặc tả của EVM được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên trong sách vàng (Yellow Paper), rất khó khăn để hình thức hóa. Trong khi đó, RISC-V lại có đặc tả SAIL chính thức, có thể đọc được bởi máy, cung cấp "tham chiếu vàng" rõ ràng cho hành vi của nó.
Điều này đã mở ra một con đường rõ ràng cho sự bảo mật mạnh mẽ hơn. Như Alex Hicks từ Quỹ Ethereum đã chỉ ra, hiện tại đang tiến hành công việc "trích xuất mạch zkVM RISC-V với tiêu chuẩn RISC-V chính thức sang Lean để thực hiện xác minh hình thức". Đây là một bước tiến mang tính bước ngoặt, chuyển giao niềm tin từ các thực hiện dễ mắc lỗi của con người sang các chứng minh toán học có thể kiểm chứng, từ đó đạt được những đột phá về mặt an ninh.
Rủi ro chính của việc chuyển đổi
Mặc dù kiến trúc L1 của RISC-V có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng sẽ đối mặt với những thách thức phức tạp mới.
Vấn đề đo lường Gas: Tạo ra một mô hình Gas xác định và công bằng cho ISA tổng quát là một trong những vấn đề khó giải quyết nhất. 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 lại chương trình đã lưu vào bộ nhớ đệm, từ đó đạt được mức tiêu tốn tài nguyên cao với chi phí Gas cực thấp.
Vấn đề an ninh chuỗi công cụ và "xây dựng có thể tái hiện": đây có thể là rủi ro quan trọng nhất và bị đánh giá thấp trong quá trình chuyển đổi. Mô hình an ninh chuyển từ máy ảo trên chuỗi tin cậy sang tin tưởng vào trình biên dịch ngoài chuỗi mà mỗi nhà phát triển sử dụng (ví dụ: LLVM), trong khi các trình biên dịch này cực kỳ phức tạp và đã được biết là 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 đã biên dịch trên chuỗi hoàn toàn nhất quán với mã nguồn công khai cụ thể, tức là vấn đề "xây dựng có thể tái hiện", cũng rất khó đạt được, vì những khác biệt nhỏ trong môi trường xây dựng có thể tạo ra các tệp nhị phân khác nhau.
Chiến lược giảm nhẹ
Con đường tiến lên cần có chiến lược phòng thủ đa tầng.
Triển khai theo từng giai đoạn: Kế hoạch chuyển tiếp từng bước và đa giai đoạn là chiến lược giảm thiểu rủi ro chính. Bằng cách giới thiệu RISC-V như một giải pháp thay thế đã biên dịch trước, sau đó triển khai trong môi trường máy ảo kép, cộng đồng có thể tích lũy kinh nghiệm vận hành và xây dựng niềm tin trong một môi trường có rủi ro thấp trước khi bất kỳ thay đổi không thể đảo ngược nào xảy ra.
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 bổ sung bằng các bài kiểm tra liên tục và cường độ cao. Như Valentine của Diligence Security đã trình bày trong cuộc họp điện thoại Ethproofs, bộ kiểm tra mờ Argus của họ đã phát hiện 11 lỗ hổng quan trọng về tính hợp lệ và tính toàn vẹn trong zkVM hàng đầu. Điều này chứng minh rằng ngay cả những hệ thống được thiết kế hoàn hảo nhất cũng có lỗ hổng, và chỉ có thể phát hiện chúng thông qua các bài kiểm tra đối kháng nghiêm ngặt.
Chuẩn hóa: Để tránh sự phân mảnh của hệ sinh thái, cộng đồng phải thống nhất áp dụng một cấu hình RISC-V duy nhất và chuẩn hóa. Điều này rất có thể là sự kết hợp giữa ABI RV64 GC và Linux tương thích, vì sự kết hợp này có thể cung cấp hỗ trợ rộng rãi nhất từ các ngôn ngữ và công cụ phổ biến, do đó tối đa hóa lợi ích của hệ sinh thái 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.
Nợ kỹ thuật chồng chất, Ethereum sẽ xây dựng lại kiến trúc kỹ thuật bằng RISC-V như thế nào để tìm ra lối thoát?
Bài viết: jaehaerys.eth
Biên dịch: Glendon, Techub News
TL;DR
Ethereum đang trải qua sự thay đổi kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra mắt: thay thế Ethereum Virtual Machine (EVM) bằng RISC-V. Nguyên nhân cơ bản thúc đẩy sự thay đổi này là trong thời đại chứng minh không kiến thức (ZK), EVM đã trở thành nút thắt lớn nhất:
zkEVM hiện tại phụ thuộc vào việc thực thi trình thông dịch, dẫn đến tốc độ giảm 50–800 lần;
Hợp đồng trước biên dịch (Precompiles) làm cho giao thức trở nên quá phức tạp và tăng rủi ro;
Thiết kế ngăn xếp 256 bit có hiệu suất rất thấp trong chứng minh.
RISC-V có thể giải quyết những vấn đề này:
Chủ nghĩa tối giản (khoảng 47 lệnh cơ bản) + Hệ sinh thái LLVM trưởng thành (hỗ trợ Rust, C++, Go);
Đã trở thành tiêu chuẩn zkVM thực tế (90% dự án áp dụng);
Quy chuẩn SAIL chính thức (so với sách vàng mơ hồ) có thể hỗ trợ xác minh nghiêm ngặt;
Đường dẫn chứng minh phần cứng (ASIC/FPGA) đã được thử nghiệm (SP1, Nervos, Cartesi).
Di chuyển được chia thành ba giai đoạn:
RISC-V như một sự thay thế cho hợp đồng tiền chế (kiểm tra rủi ro thấp);
Thời đại của hai máy ảo: EVM + RISC-V có tính tương tác hoàn toàn.
EVM được triển khai lại bên trong RISC-V (tương tự như chiến lược Rosetta).
Ảnh hưởng đến hệ sinh thái:
Optimistic Rollups không bị ảnh hưởng; mạng chính RISC-V sẽ không loại bỏ chứng minh gian lận, chương trình chứng minh hiện có có thể biên dịch tương thích với RISC-V (hiện tại dựa trên MIPS); lộ trình di chuyển: mở rộng cơ sở hạ tầng chống lỗi hiện tại sang RISC-V mục tiêu, thay vì tái cấu trúc hoàn toàn;
ZK Rollup sẽ được hưởng lợi lớn (Polygon, zkSync, Scroll → rẻ hơn, nhanh hơn, đơn giản hơn);
Các nhà phát triển có thể sử dụng thư viện Rust/Go/Python trực tiếp trên L1;
Người dùng có thể nhận được chi phí chứng minh rẻ hơn khoảng 100 lần, từ đó tiến tới cấp độ Gigagas (khoảng 10k TPS) L1.
Cuối cùng, Ethereum sẽ tiến hóa từ "máy ảo hợp đồng thông minh" thành một lớp tin cậy trên internet tối thiểu và có thể xác minh, với mục tiêu cuối cùng là: "mọi thứ đều được ZK-Snark hóa".
Ethereum đang ở ngã ba đường
Với mục tiêu cuối cùng là "mọi thứ đều được ZK-Snark hóa", Ethereum hiện đang ở ngưỡng của sự tiến hóa kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra đời. Cuộc thảo luận này không còn bị giới hạn trong các bản nâng cấp dần dần, mà là một sự tái cấu trúc mang tính căn bản đối với lõi tính toán của nó - tức là sự thay thế của máy ảo Ethereum (EVM). Sáng kiến này là nền tảng cho tầm nhìn "Ethereum tinh gọn" (Lean Ethereum) lớn hơn, nhằm mục đích đơn giản hóa hệ thống toàn bộ giao thức, phân chia nó thành ba thành phần cốt lõi: đồng thuận tinh gọn (Lean Consensus), dữ liệu tinh gọn (Lean Data) và thực thi tinh gọn (Lean Execution). Trong đó, vấn đề cốt lõi của thực thi tinh gọn là: liệu EVM, như một động cơ cách mạng hợp đồng thông minh, có đã trở thành nút thắt chính cho sự phát triển tương lai của Ethereum?
Như Justin Drake của Quỹ Ethereum đã nói, mục tiêu dài hạn của Ethereum luôn là "Snark hóa mọi thứ", đây là một công cụ mạnh mẽ có khả năng tăng cường các tầng của giao thức. Nhưng từ lâu, mục tiêu này giống như một "giấc mơ viển vông", vì việc đạt được nó cần một chứng minh thời gian thực cho khái niệm này. Và bây giờ, khi chứng minh 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 được giải quyết.
Phân tích này sẽ khám phá các luận cứ kỹ thuật và chiến lược cho việc di chuyển Ethereum L1 sang kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA), một động thái có khả năng giải phóng khả năng mở rộng chưa từng có, 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 đi sâu vào việc khám phá "tại sao", trước tiên cần hiểu "cái gì" đang thay đổi.
EVM là môi trường chạy hợp đồng thông minh Ethereum, là "máy tính thế giới" xử lý giao dịch và cập nhật trạng thái blockchain. Trong nhiều năm qua, thiết kế của nó mang tính cách mạng, tạo ra nền tảng không cần quyền hạn và phát sinh ra toàn bộ hệ sinh thái DeFi và NFT. Tuy nhiên, bộ khung tùy chỉnh gần mười năm tuổi này hiện đã tích lũy một khoản nợ kỹ thuật nặng nề.
So với đó, RISC-V không phải là sản phẩm, mà là một tiêu chuẩn mở - một "bảng chữ cái" thiết kế bộ xử lý miễn phí và chung. Như Jeremy Bruestle đã nhấn mạnh trong cuộc gọi Ethproofs, các nguyên tắc then chốt của nó khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho vai trò này:
Chủ nghĩa tối giản: Tập hợp lệnh cơ bản cực kỳ đơn giản, chỉ bao gồm khoảng 40-47 lệnh. Jeremy mô tả nó là "gần như là trường hợp hoàn hảo cho một cỗ máy tổng quát siêu tối giản mà chúng ta cần".
Tính mô-đun: Thêm các chức năng phức tạp hơn thông qua các mở rộng tùy chọn. Điều này rất quan trọng vì nó cho phép một lõi đơn giản và có thể mở rộng khi cần thiết, mà không mang lại sự phức tạp không cần thiết cho giao thức cơ sở;
Hệ sinh thái mở: Nó có một chuỗi công cụ khổng lồ và trưởng thành hỗ trợ, bao gồm trình biên dịch LLVM, cho phép các nhà phát triển sử dụng các ngôn ngữ chính như Rust, C++ và Go. Như Justin Drake đã nói: "Có rất nhiều công cụ liên quan đến trình biên dịch, và việc xây dựng trình biên dịch cực kỳ khó khăn... vì vậy, việc sở hữu những công cụ trình biên dịch này có giá trị rất lớn." RISC-V cho phép Ethereum kế thừa miễn phí những công cụ có sẵn này.
Vấn đề chi phí của trình thông dịch
Sự cần thiết phải thay thế EVM không xuất phát từ một thiếu sót đơn lẻ, mà từ một loạt các hạn chế cơ bản, những hạn chế này đã trở nên không thể bỏ qua trong bối cảnh tương lai bản địa của chứng minh không biết (ZK). Những vấn đề này bao gồm các nút thắt hiệu suất nghiêm trọng trong hệ thống chứng minh ZK, cũng như rủi ro do sự phức tạp ngày càng tăng tích lũy bên trong giao thức.
Vấn đề chi phí của trình thông dịch
Động lực cấp bách nhất cho sự chuyển đổi này là tính không hiệu quả vốn có của EVM trong các 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 bộ chứng minh sẽ trở thành nút thắt cuối cùng.
Vấn đề nằm ở cách hoạt động hiện tại của zkEVM. Chúng không trực tiếp thực hiện chứng minh không kiến thức cho EVM, mà thực hiện chứng minh cho một trình thông dịch EVM, mà trình thông dịch đó lại được biên dịch thành RISC-V. Vitalik Buterin đã chỉ ra vấn đề cốt lõi này một cách sắc bén:
"Nếu cách thực hiện zkVM là biên dịch việc thực thi EVM thành nội dung cuối cùng trở thành mã RISC-V, vậy tại sao không mở trực tiếp RISC-V ở tầng dưới cho các nhà phát triển hợp đồng thông minh? Bằng cách này, có thể hoàn toàn miễn giảm chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài."
Lớp giải thích bổ sung này mang lại tổn thất hiệu suất lớn. Theo ước tính, 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 cổ chai khác (chẳng hạn như chuyển sang thuật toán băm Poseidon), phần "thực thi khối" này vẫn sẽ tiêu tốn 80–90% thời gian chứng minh, khiến EVM trở thành rào cản cuối cùng và cứng đầu nhất trong việc mở rộng L1. Nếu loại bỏ lớp này, Vitalik dự đoán hiệu suất thực thi có thể tăng lên 100 lần.
Cạm bẫy nợ của hợp đồng được biên dịch trước
Để giải quyết vấn đề hiệu suất kém của EVM trong một số thao tác mật mã cụ thể, Ethereum đã giới thiệu hợp đồng biên dịch trước - mã hóa các hàm chuyên dụng trực tiếp vào giao thức. Mặc dù đây là một giải pháp thực tiễn vào thời điểm đó, nhưng hiện nay đã gây ra tình huống mà Vitalik Buterin gọi là "thảm họa":
"Biên dịch trước là thảm họa đối với chúng tôi... chúng đã làm tăng đáng kể kho mã tin cậy của Ethereum... và ở rìa của sự thất bại đồng thuận, chúng đã khiến chúng tôi suýt gặp rắc rối nhiều lần."
Mức độ phức tạp khiến người ta phải ngạc nhiên. Vitalik chỉ ra rằng, thông qua việc so sánh mã bao bọc của hợp đồng được biên dịch đơn lẻ (modexp) và trình thông dịch RISC-V đầy đủ: logic của hợp đồng được biên dịch thực sự phức tạp hơn. Việc thêm hợp đồng được biên dịch mới phải trải qua một quá trình phân tách cứng chậm chạp và đầy mưu đồ chính trị, điều này đã cản trở nghiêm trọng sự đổi mới ứng dụng dựa vào các nguyên lý mật mã mới.
Do đó, Vitalik đã rút ra một kết luận mạnh mẽ: "Tôi thực sự nghĩ rằng, chúng ta nên ngay lập tức ngừng thêm bất kỳ hợp đồng biên dịch nào."
Nợ kỹ thuật kiến trúc của Ethereum
Thiết kế cốt lõi của EVM phản ánh nhu cầu của một thời đại đã lỗi thời, nhưng nó không còn phù hợp với tính toán hiện đại. EVM chọn kiến trúc 256 bit để xử lý các giá trị mật mã, điều 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. Chi phí của sự kém hiệu quả này đặc biệt cao trong các hệ thống chứng minh không kiến thức.
Như Vitalik đã giải thích: "Khi sử dụng các con số nhỏ hơn, mỗi con số thực sự không tiết kiệm tài nguyên nào, mà độ phức tạp sẽ tăng từ 2 đến 4 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 thực hiện cùng một thao tác, đồng thời cũng làm cho việc tối ưu hóa trình biên dịch trở nên phức tạp hơn.
Các yếu tố tổng hợp này bao gồm nút thắt về hiệu suất của ZK proof, độ phức tạp của các hợp đồng được biên dịch trước và lựa chọn kiến trúc lỗi thời, tất cả tạo thành một lý do thuyết phục và cấp bách để Ethereum vượt qua EVM.
Bản đồ RISC-V: Xây dựng nền tảng vững chắc hơn
Ưu điểm của RISC-V không chỉ xuất phát từ sự thiếu sót của EVM, mà còn nằm ở triết lý thiết kế của nó và những lợi thế nội tại vốn có. 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 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 đầu, RISC-V là một tiêu chuẩn mở đã trưởng thành, có thể cung cấp ba lợi thế chính:
Hệ sinh thái trưởng thành
Bằng cách áp dụng RISC-V, Ethereum đã tận dụng những tiến bộ tập thể trong lĩnh vực khoa học máy tính suốt nhiều thập kỷ. Như Justin Drake đã giải thích, điều này cung cấp cho Ethereum một cách tiếp cận để sử dụng các công cụ đẳng cấp thế giới: "Có một thành phần hạ tầng gọi là LLVM, đó là một bộ công cụ biên dịch cho phép các nhà phát triển biên dịch ngôn ngữ lập trình cấp cao sang nhiều backend khác nhau. RISC-V là một trong các backend được hỗ trợ. Vì vậy, nếu bạn hỗ trợ RISC-V, bạn cũng tự động hỗ trợ tất cả các ngôn ngữ cấp cao được LLVM hỗ trợ."
Điều này đã làm giảm đáng kể rào cản gia nhập của hàng triệu nhà phát triển quen thuộc với các ngôn ngữ như Rust, C và Go.
Triết lý thiết kế tối giản
Chủ nghĩa tối giản của RISC-V là một đặc điểm có chủ ý, chứ không phải là một hạn chế. Tập lệnh cơ bản của nó chỉ bao gồm khoảng 47 lệnh, làm cho lõi của máy ảo cực kỳ đơn giản. Sự đơn giản này là một lợi thế lớn cho sự an toàn, vì một kho mã đáng tin cậy nhỏ hơn dễ dàng hơn để kiểm toán và xác nhận hình thức.
Tiêu chuẩn thực tế trong lĩnh vực ZK
Quan trọng hơn, hệ sinh thái zkVM đã tự đưa ra lựa chọn. Như Justin Drake đã nhấn mạnh, có thể thấy một xu hướng rõ ràng từ dữ liệu Ethproofs: "RISC-V là ISA hàng đầu cho backend zkVM."
Trong số 10 zkVM có thể chứng minh khối Ethereum, đã có 9 cái chọn RISC-V làm kiến trúc mục tiêu. Sự đồng thuận này trên thị trường đã phát đi một tín hiệu mạnh mẽ: việc Ethereum áp dụng RISC-V không phải là một thử nghiệm đầu cơ, mà là theo đuổi một tiêu chuẩn đã được thị trường xác thực.
Được thiết kế để tin tưởng, không chỉ dừng lại ở việc thực hiện
Ngoài hệ sinh thái, 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 móc, được gọi là SAIL. Điều này đã có sự cải tiến lớn so với quy chuẩn của Ethereum Virtual Machine (EVM), quy chuẩn này chủ yếu tồn tại dưới dạng tài liệu (sách vàng), có thể có sự mơ hồ. Trong khi đó, quy chuẩn SAIL cung cấp «tiêu chuẩn vàng», có khả năng cung cấp các chứng minh toán học rất quan trọng cho tính đúng đắn của giao thức, điều này là rất quan trọng để bảo vệ các giao thức có giá trị lớn. Như Alex Hicks của Quỹ Ethereum (EF) đã chỉ ra trong cuộc gọi Ethproofs, điều này cho phép các mạch zkVM được xác minh trực tiếp «theo quy chuẩn RISC-V chính thức».
Thứ hai, RISC-V bao gồm một kiến trúc đặc quyền, tính năng này thường bị bỏ qua nhưng lại rất quan trọng cho tính bảo mật. Nó định nghĩa các cấp 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 "hạt nhân thực thi" đáng tin cậy).
Trong mô hình RISC-V, hợp đồng thông minh chạy ở chế độ người dùng không thể truy cập trực tiếp vào trạng thái của blockchain. Thay vào đó, nó phải gửi yêu cầu đến nhân kernel đáng tin cậy chạy ở chế độ giám sát thông qua 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 hơn và dễ xác minh hơn so với mô hình sandbox EVM hoàn toàn dựa trên phần mềm.
Tầm nhìn của Vitalik
Sự chuyển đổi này được hình dung như một quá trình từng bước, đa giai đoạn, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống và khả năng tương thích ngược. Phương pháp này mà Vitalik Buterin phác thảo nhằm đạt được sự phát triển dần dần, chứ không phải là sự thay đổi cách mạng.
Bước đầu tiên: Thay thế biên dịch trước
Giai đoạn ban đầu áp dụng cách tiếp cận bảo thủ nhất, giới thiệu chức năng hạn chế của máy ảo mới (VM). Như Vitalik đã đề xuất, "chúng ta có thể bắt đầu sử dụng máy ảo mới từ những kịch bản hạn chế, chẳng hạn như thay thế chức năng biên dịch trước." Điều này sẽ liên quan đến việc tạm dừng các chức năng biên dịch trước EVM mới, thay vào đó là thực hiện các chức năng cần thiết thông qua các chương trình RISC-V được phê duyệt bằng danh sách trắng. Cách tiếp cận này cho phép máy ảo mới có thể thực hiện kiểm tra thực địa trong mạng chính trong môi trường rủi ro thấp, 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 cửa máy ảo mới trực tiếp cho người dùng". Khi triển khai hợp đồng thông minh, có thể thêm một cờ để chỉ ra mã byte của nó là EVM hay RISC-V. Tính năng chính là đảm bảo khả năng tương tác liền mạch: "Hai loại hợp đồng sẽ có thể gọi lẫn nhau". Điều này sẽ được thực hiện thông qua gọi hệ thống (ECALL), với khách hàng Ethereum đóng vai trò là trung gian cho môi trường thực thi.
Bước ba: EVM như là hợp đồng mô phỏng (chiến lược "Rosetta")
Mục tiêu cuối cùng là thực hiện sự đơn giản hóa tối thượng của giao thức. Ở giai đoạn này, "chúng tôi sẽ triển khai EVM như một cách thực hiện của máy ảo mới". EVM theo quy chuẩn sẽ trở thành hợp đồng thông minh đã được xác minh theo hình thức chạy trên RISC-V L1 gốc. Điều này không chỉ đảm bảo hỗ trợ lâu dài 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.
Phản ứng dây chuyền của toàn bộ hệ sinh thái
Kế hoạch chuyển đổi từ EVM sang RISC-V không chỉ dừng lại ở giao thức lõi, mà nó sẽ có tác động sâu rộng đến toàn bộ hệ sinh thái Ethereum, hứa hẹn sẽ tái định hình trải nghiệm của các nhà phát triển, thay đổi căn bản bối cảnh cạnh tranh của các giải pháp Layer-2, và mở ra các mô hình kinh tế chứng minh mới.
Cấu trúc lại Rollup: Sự phân nhánh giữa Optimistic và ZK
Việc chuyển sang lớp thực thi RISC-V trên L1 sẽ có ảnh hưởng hoàn toàn khác nhau đối với hai loại Rollups chính.
Mô hình an ninh của Optimistic Rollups (như Arbitrum, Optimism) phụ thuộc vào việc thực thi lại các giao dịch gây tranh cãi trên Layer-1 để giải quyết chứng minh gian lận. Ngay cả khi Ethereum Layer-1 chuyển sang RISC-V, các hệ thống này cũng sẽ không có thay đổi cơ bản. Như một trong những người đồng sáng lập Optimism đã giải thích: "Nếu chúng tôi chuyển Ethereum sang RISC-V, chuỗi Optimistic cũng sẽ không bị gián đoạn. Bạn chỉ cần biên dịch máy ảo RISC-V vào chương trình chứng minh. Cũng không cần sử dụng Asterisc. Hệ thống chứng minh hiện có dựa trên MIPS cũng sẽ không bị gián đoạn - bạn chỉ cần biên dịch máy ảo RISC-V vào MIPS."
Điều này có nghĩa là mô hình chống gian lận vẫn còn nguyên vẹn. Việc điều chỉnh là kỹ thuật: biên dịch máy ảo RISC-V mới vào cơ sở hạ tầng hiện tại, thay vì thiết kế lại hệ thống từ đầu. Thách thức còn lại là các chi tiết kỹ thuật, chẳng hạn như đo Gas, hiệu suất và chi phí.
So với trước, ZK Rollups sẽ có được lợi thế chiến lược to lớn. Phần lớn ZK Rollups đã chọn RISC-V làm ISA nội bộ của mình. Sử dụng cùng một ngôn ngữ gốc L1 có thể thực hiện tích hợp chặt chẽ và hiệu quả hơn. Justin Drake đã mô tả tầm nhìn tương lai về "Rollups gốc", trong đó L2 về cơ bản là một phiên bản chuyên biệt của môi trường thực thi L1, sử dụng VM L1 tích hợp để thực hiện việc thanh toán liền mạch. Sự tích hợp này sẽ mang lại những thay đổi sau:
Đơn giản hóa ngăn xếp công nghệ: loại bỏ cầu nối phức tạp giữa việc thực hiện RISC-V nội bộ L2 và EVM;
Thực hiện tái sử dụng công cụ và mã: 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 trực tiếp sử dụng, nhằm giảm chi phí phát triển.
Khuyến khích kinh tế phối hợp: Phí Gas của L1 sẽ phản ánh chính xác hơn chi phí thực tế của việc thực hiện chứng minh ZK RISC-V, từ đó tạo ra mô hình kinh tế hợp lý hơn.
Thế giới mới của các nhà phát triển và người dùng
Đối với các nhà phát triển trong hệ sinh thái Ethereum, sự chuyển đổi này sẽ diễn ra một cách dần dần, chứ không phải một cách đột phá.
Đối với các nhà phát triển, lợi thế chính là họ có thể bước vào một thế giới phát triển phần mềm rộng lớn và trưởng thành hơn. Như Vitalik Buterin đã chỉ ra, các nhà phát triển sẽ "có thể viết hợp đồng bằng Rust, và hai ngôn ngữ này sẽ bắt đầu đồng tồn tại". Đồng thời, ông dự đoán rằng "Solidity và Vyper sẽ tiếp tục phổ biến trong một thời gian dài", vì chúng có logic hợp đồng thông minh được thiết kế tinh tế. Việc có thể sử dụng ngôn ngữ chính và các thư viện phong phú của nó thông qua chuỗi công cụ LLVM, sự chuyển mình này sẽ mang tính cách mạng. Vitalik mô tả nó như một "trải nghiệm tương tự Node.JS", trong đó các nhà phát triển về cơ bản có thể sử dụng cùng một ngôn ngữ để viết mã trên chuỗi và ngoài chuỗi.
Đối với người dùng, lợi tức cuối cùng là một mạng lưới tiết kiệm hơn và mạnh mẽ hơn. Dự kiến chi phí chứng minh sẽ giảm khoảng 100 lần - từ vài đô la mỗi giao dịch xuống còn vài xu - điều này sẽ chuyển đổi trực tiếp thành phí thanh toán thấp hơn cho Layer-1 và Layer-2. Tính khả thi kinh tế này sẽ mở ra tầm nhìn "Gigagas L1", với mục tiêu đạt khoảng 10000 TPS hiệu suất trên L1, từ đó hỗ trợ cho các ứng dụng chuỗi phức tạp và có giá trị cao hơn trong tương lai.
Succinct Labs và SP1: Chứng minh tương lai nằm ngay trong hiện tại
Lợi thế lý thuyết của RISC-V đã được các đội như Succinct Labs đưa vào thực tiễn, và kết quả công việc của họ đã cung cấp một nghiên cứu trường hợp mạnh mẽ cho toàn bộ đề xuất.
SP1, được phát triển bởi Succinct Labs, là một zkVM mã nguồn mở hiệu suất cao được xây dựng trên nền tảng RISC-V, xác thực tính khả thi của phương pháp kiến trúc mới. Nó áp dụng thiết kế "trung tâm hóa biên dịch trước", hoàn hảo giải quyết vấn đề nút thắt mật mã của EVM. Khác với phương pháp biên dịch trước chậm chạp và mã cứng truyền thống, SP1 chuyển các thao tác tốn tài nguyên như băm Keccak sang gọi thông qua các lệnh ECALL tiêu chuẩn, và được thiết kế cũng như tối ưu hóa thủ công cho các mạch ZK. Điều này không chỉ cung cấp hiệu suất của phần cứng tùy chỉnh mà còn giữ lại tính linh hoạt của phần mềm.
Tác động thực tiễn của đội ngũ đã rõ ràng, sản phẩm OP Succinct của họ sử dụng SP1 để thực hiện "ZK hóa" (ZK-ify) của Optimistic Rollup. Như đồng sáng lập Succinct, Uma Roy đã giải thích:
「OP Stack Rollup của bạn không cần phải chờ 7 ngày để hoàn thành xác nhận cuối cùng và rút tiền... bây giờ chỉ cần 1 giờ để hoàn thành. Điều này nâng cao đáng kể tốc độ xác nhận cuối cùng, thật tuyệt vời.」
Điều này đã giải quyết một điểm đau chính trong toàn bộ hệ sinh thái OP Stack. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng của Succinct "Succinct Prover Network" được thiết kế như một thị trường tạo ra bằng chứng phi tập trung, thể hiện một mô hình kinh tế khả thi cho tương lai của tính toán có thể xác minh. Công việc của họ không chỉ là một bằng chứng khái niệm, mà còn là một bản thiết kế tương lai khả thi như mô tả trong bài viết này.
Ethereum làm thế nào để giảm rủi ro
Một trong những lợi thế then chốt của RISC-V là nó biến mục tiêu cuối cùng của việc xác minh hình thức - chứng minh tính đúng đắn của hệ thống thông qua toán học - thành một mục tiêu có thể đạt được. Đặc tả của EVM được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên trong sách vàng (Yellow Paper), rất khó khăn để hình thức hóa. Trong khi đó, RISC-V lại có đặc tả SAIL chính thức, có thể đọc được bởi máy, cung cấp "tham chiếu vàng" rõ ràng cho hành vi của nó.
Điều này đã mở ra một con đường rõ ràng cho sự bảo mật mạnh mẽ hơn. Như Alex Hicks từ Quỹ Ethereum đã chỉ ra, hiện tại đang tiến hành công việc "trích xuất mạch zkVM RISC-V với tiêu chuẩn RISC-V chính thức sang Lean để thực hiện xác minh hình thức". Đây là một bước tiến mang tính bước ngoặt, chuyển giao niềm tin từ các thực hiện dễ mắc lỗi của con người sang các chứng minh toán học có thể kiểm chứng, từ đó đạt được những đột phá về mặt an ninh.
Rủi ro chính của việc chuyển đổi
Mặc dù kiến trúc L1 của RISC-V có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng sẽ đối mặt với những thách thức phức tạp mới.
Vấn đề đo lường Gas: Tạo ra một mô hình Gas xác định và công bằng cho ISA tổng quát là một trong những vấn đề khó giải quyết nhất. 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 lại chương trình đã lưu vào bộ nhớ đệm, từ đó đạt được mức tiêu tốn tài nguyên cao với chi phí Gas cực thấp.
Vấn đề an ninh chuỗi công cụ và "xây dựng có thể tái hiện": đây có thể là rủi ro quan trọng nhất và bị đánh giá thấp trong quá trình chuyển đổi. Mô hình an ninh chuyển từ máy ảo trên chuỗi tin cậy sang tin tưởng vào trình biên dịch ngoài chuỗi mà mỗi nhà phát triển sử dụng (ví dụ: LLVM), trong khi các trình biên dịch này cực kỳ phức tạp và đã được biết là 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 đã biên dịch trên chuỗi hoàn toàn nhất quán với mã nguồn công khai cụ thể, tức là vấn đề "xây dựng có thể tái hiện", cũng rất khó đạt được, vì những khác biệt nhỏ trong môi trường xây dựng có thể tạo ra các tệp nhị phân khác nhau.
Chiến lược giảm nhẹ
Con đường tiến lên cần có chiến lược phòng thủ đa tầng.
Triển khai theo từng giai đoạn: Kế hoạch chuyển tiếp từng bước và đa giai đoạn là chiến lược giảm thiểu rủi ro chính. Bằng cách giới thiệu RISC-V như một giải pháp thay thế đã biên dịch trước, sau đó triển khai trong môi trường máy ảo kép, cộng đồng có thể tích lũy kinh nghiệm vận hành và xây dựng niềm tin trong một môi trường có rủi ro thấp trước khi bất kỳ thay đổi không thể đảo ngược nào xảy ra.
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 bổ sung bằng các bài kiểm tra liên tục và cường độ cao. Như Valentine của Diligence Security đã trình bày trong cuộc họp điện thoại Ethproofs, bộ kiểm tra mờ Argus của họ đã phát hiện 11 lỗ hổng quan trọng về tính hợp lệ và tính toàn vẹn trong zkVM hàng đầu. Điều này chứng minh rằng ngay cả những hệ thống được thiết kế hoàn hảo nhất cũng có lỗ hổng, và chỉ có thể phát hiện chúng thông qua các bài kiểm tra đối kháng nghiêm ngặt.
Chuẩn hóa: Để tránh sự phân mảnh của hệ sinh thái, cộng đồng phải thống nhất áp dụng một cấu hình RISC-V duy nhất và chuẩn hóa. Điều này rất có thể là sự kết hợp giữa ABI RV64 GC và Linux tương thích, vì sự kết hợp này có thể cung cấp hỗ trợ rộng rãi nhất từ các ngôn ngữ và công cụ phổ biến, do đó tối đa hóa lợi ích của hệ sinh thái mới.