Bài viết này đến từ: Nhà đồng sáng lập Ethereum Vitalik
Biên soạn bởi Odaily Planet Daily ( @OdailyChina )
Được dịch bởi Azuma ( @azuma_eth )
Trong bài đăng này, tôi sẽ trình bày một ý tưởng cấp tiến cho tương lai của lớp thực thi Ethereum, một ý tưởng đầy tham vọng như kế hoạch của Beam Chain cho lớp đồng thuận. Mục tiêu của sáng kiến này là cải thiện đáng kể hiệu quả của lớp thực thi của Ethereum, giải quyết một trong những điểm nghẽn chính về khả năng mở rộng, đồng thời đơn giản hóa đáng kể độ phức tạp của lớp thực thi — trên thực tế, đây có thể là cách duy nhất để đạt được sự đơn giản hóa.
Ý tưởng cốt lõi của bài viết này là thay thế EVM bằng RISC-V làm ngôn ngữ máy ảo cho hợp đồng thông minh.
Lưu ý quan trọng:
Các khái niệm như tài khoản, cuộc gọi liên hợp đồng và lưu trữ sẽ được giữ nguyên hoàn toàn. Những sự trừu tượng này hoạt động tốt và các nhà phát triển đã quen sử dụng chúng. Các mã lệnh như SLOAD, SSTORE, BALANCE, CALL, v.v. sẽ trở thành lệnh gọi hệ thống RISC-V.
Các nhà phát triển vẫn có thể chọn Solidity hoặc Vyper. Mặc dù về mặt lý thuyết, các hợp đồng thông minh có thể được viết bằng Rust, nhưng dự kiến hầu hết các nhà phát triển sẽ tiếp tục sử dụng Solidity (hoặc Vyper) , ngôn ngữ này sẽ được điều chỉnh cho RISC-V làm mục tiêu biên dịch phụ trợ - điều này là do các hợp đồng thông minh được viết bằng Rust khó đọc hơn, trong khi Solidity và Vyper dễ hiểu hơn. Trải nghiệm phát triển sẽ khó có thể thay đổi và các nhà phát triển có thể không cảm nhận được sự khác biệt nào cả.
Các hợp đồng mới và cũ sẽ có thể tương tác theo hai chiều. Các hợp đồng EVM truyền thống sẽ tiếp tục chạy và tương thích hoàn toàn với các hợp đồng RISC-V mới. Phương pháp triển khai cụ thể sẽ được mô tả chi tiết sau.
Đã có tiền lệ: Nervos CKB VM về cơ bản là một triển khai dựa trên RISC-V.
Tại sao cần có sự thay đổi này?
Trong ngắn hạn, các nút thắt chính trong quá trình mở rộng Ethereum Layer 1 sẽ được giải quyết thông qua các EIP sắp tới (như danh sách truy cập cấp khối, thực thi bị trì hoãn, lưu trữ lịch sử phân tán và EIP-4444); trong trung hạn, chúng ta sẽ giải quyết nhiều vấn đề hơn thông qua tình trạng vô quốc tịch và ZK-EVM; nhưng về lâu dài, các yếu tố chính hạn chế sự mở rộng của Ethereum Layer 1 sẽ trở thành:
Tính khả dụng của dữ liệu lấy mẫu và tính ổn định của các giao thức lưu trữ lịch sử;
Nhu cầu duy trì thị trường cạnh tranh cho sản xuất khối;
Khả năng kiểm tra của ZK-EVM.
Bài viết này sẽ chứng minh rằng việc thay thế ZK-EVM bằng RISC-V có thể vượt qua được những điểm nghẽn chính ở điểm 2 và 3.
Sau đây là bảng thống kê về số chu kỳ cần thiết của Succinct ZK-EVM để chứng minh từng liên kết của lớp thực thi EVM:
Bốn liên kết tốn thời gian chính là: deserialize_inputs (giải tuần tự hóa dữ liệu), initialize_witness_db (khởi tạo cơ sở dữ liệu chứng thực), state_root_computation (tính toán gốc trạng thái) và block_execution (thực hiện khối).
“Khởi tạo cơ sở dữ liệu chứng kiến” và “tính toán gốc trạng thái” đều liên quan đến cây trạng thái, trong khi “giải tuần tự hóa dữ liệu” đề cập đến quá trình chuyển đổi dữ liệu khối và chứng kiến thành biểu diễn nội bộ. Vì vậy, trên thực tế, hơn 50% thời gian nó liên quan đến quy mô dữ liệu chứng kiến.
Các bước này có thể được tối ưu hóa đáng kể bằng cách thay thế cây Merkle patricia keccak 16-ary hiện tại bằng cây nhị phân sử dụng hàm băm thân thiện với bằng chứng. Nếu chúng ta sử dụng Poseidon, chúng ta có thể chứng minh 2 triệu băm mỗi giây trên máy tính xách tay (so với khoảng 15.000 băm mỗi giây đối với keccak). Ngoài Poseidon còn có nhiều lựa chọn khác. Nhìn chung, có cơ hội giảm đáng kể thời gian thực hiện các bước này. Ngoài ra, chúng ta có thể đơn giản hóa quy trình hơn nữa bằng cách xóa accrue_logs_bloom.
Bây giờ chỉ còn lại “thực hiện khối”, chiếm khoảng một nửa chu kỳ chứng minh hiện tại. Nếu chúng ta muốn tăng hiệu quả chứng minh tổng thể lên 100 lần, chúng ta phải tăng hiệu quả chứng minh EVM lên ít nhất 50 lần. Có hai con đường: một là cố gắng tạo ra một triển khai EVM hiệu quả hơn để giảm chu kỳ kiểm tra; cách còn lại là cho phép các nhà phát triển sử dụng trực tiếp máy ảo RISC-V đã được áp dụng ở phần cuối của ZK-EVM.
Một số dữ liệu cho thấy hiệu quả có thể được cải thiện hơn 100 lần trong một số trường hợp nhất định:
Trên thực tế, thời gian kiểm tra còn lại chủ yếu sẽ được sử dụng cho quá trình biên dịch trước. Nếu RISC-V được thiết lập làm máy ảo chính, cơ chế phí gas sẽ phản ánh thời gian kiểm tra thực tế và áp lực kinh tế sẽ thúc đẩy các nhà phát triển giảm việc sử dụng biên dịch trước có chi phí cao . Mặc dù lợi nhuận thực tế có thể không tốt bằng giá trị lý thuyết nhưng chúng vẫn được kỳ vọng là rất đáng kể.
Điều đáng chú ý là sự phân chia tương tự 50/50 giữa EVM và các liên kết khác tồn tại trong quá trình thực thi EVM thông thường và chúng tôi trực giác tin rằng việc loại bỏ EVM khỏi lớp trung gian sẽ mang lại hiệu quả cải thiện tương tự.
Thực hiện
Có nhiều cách để thực hiện đề xuất trên.
Cách tiếp cận ít gây gián đoạn nhất là hỗ trợ cả hai máy ảo và cho phép viết hợp đồng trên bất kỳ máy ảo nào. Cả hai loại hợp đồng đều có quyền truy cập vào cùng một chức năng: lưu trữ liên tục (SLOAD/SSTORE), quản lý số dư ETH, thực hiện và nhận cuộc gọi, v.v. Hợp đồng EVM và RISC-V có thể tương tác tự do: việc gọi hợp đồng EVM theo góc nhìn RISC-V sẽ được coi là một lệnh gọi hệ thống (syscall) với các tham số đặc biệt, trong khi hợp đồng EVM nhận cuộc gọi sẽ phân tích cú pháp lệnh đó như một lệnh CALL thông thường.
Một giải pháp triệt để hơn sẽ chuyển đổi các hợp đồng EVM hiện có để gọi hợp đồng thông dịch EVM được viết bằng RISC-V nhằm thực thi mã EVM gốc. Cụ thể, giả sử rằng hợp đồng EVM chứa mã C và trình thông dịch EVM nằm ở địa chỉ X, hợp đồng sẽ được thay thế bằng logic cấp cao nhất: khi một cuộc gọi bên ngoài được khởi tạo với tham số cuộc gọi D, logic sẽ gửi yêu cầu (C, D) đến X, chờ giá trị trả về và chuyển tiếp nó. Nếu trình thông dịch EVM cần gọi hợp đồng để thực hiện các thao tác như CALL, SLOAD hoặc SSTORE, hợp đồng sẽ phản hồi trực tiếp.
Giải pháp thỏa hiệp là xây dựng dựa trên giải pháp thứ hai và hỗ trợ rõ ràng khái niệm trình thông dịch máy ảo thông qua lớp giao thức - nghĩa là logic trình thông dịch phải được viết bằng RISC-V. EVM sẽ là trình thông dịch chính thức đầu tiên và các loại khác (như trình thông dịch ngôn ngữ Move) có thể sẽ được giới thiệu trong tương lai.
Ưu điểm cốt lõi của tùy chọn thứ hai và thứ ba là chúng đơn giản hóa đáng kể các thông số kỹ thuật của lớp thực thi. Do ngay cả việc đơn giản hóa gia tăng, chẳng hạn như loại bỏ SELFDESTRUCT, cũng khó khăn, nên những thay đổi như vậy có thể là cách thực tế duy nhất để đạt được sự đơn giản hóa. Dự án Tinygrad quy định nghiêm ngặt rằng số lượng mã sẽ không bao giờ vượt quá 10.000 dòng. Lớp cơ sở blockchain lý tưởng phải theo đuổi sự đơn giản tối đa. Dự án Beam Chain chỉ ra cách đơn giản hóa lớp đồng thuận của Ethereum và những đột phá tương tự trong lớp thực thi chỉ có thể đạt được thông qua những thay đổi cơ bản như vậy.
