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 có nền tảng là kiến thức không, EVM đã trở thành nút thắt cổ chai về hiệu suất:
Trình thông dịch hiện tại của zkEVM dẫn đến hiệu suất chậm hơn từ 50–800 lần;
Mô-đun biên dịch trước làm cho giao thức trở nên phức tạp và rủi ro tăng cao;
Thiết kế ngăn xếp 256 bit có hiệu suất rất thấp khi tạo chứng cứ.
Giải pháp RISC-V:
Thiết kế tối giản (khoảng 47 lệnh cơ bản) + Hệ sinh thái LLVM đã trưởng thành (hỗ trợ các ngôn ngữ như Rust, C++, Go, v.v.);
Đã trở thành tiêu chuẩn zkVM trên thực tế (90% các dự án áp dụng);
Có tiêu 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 làm mô-đun tiền biên dịch (kiểm tra rủi ro thấp);
Thời đại hai máy ảo: EVM và RISC-V đồng thời tồn tại và hoàn toàn tương tác với nhau;
Tái triển khai EVM trong RISC-V (Chiến lược Rosetta).
Tác động hệ sinh thái:
Mô hình Rollup lạc quan (như Arbitrum và Optimism) cần tái xây dựng cơ chế chứng minh gian lận;
Rollup dạng Zero-knowledge (như Polygon, zkSync, Scroll) sẽ có được 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 → 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…… làm cho mọi thứ trở thành ZK-Snark.”
Chứng minh không kiến thức (ZK) đã trở thành điều không thể tránh khỏi, và lập luận cốt lõi của nó rất đơn giản: Ethereum đang xây dựng lại từ con số không, dựa trên chứng minh không kiến thức. Điều này đánh dấu điểm kết thúc công nghệ của giao thức - thông qua việc tái cấu trúc L1, đạt được hình thức cuối cùng, được hỗ trợ bởi đội ngũ phát triển cốt lõi (như Succinct) với zkVM hiệu suất cao.
Với tầm nhìn này làm đích đến, Ethereum đang ở trong giai đoạn chuyển đổi kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra đời. Cuộc thảo luận lần này không còn chỉ là về việc nâng cấp dần dần, mà là một sự tái cấu trúc toàn diện của lõi tính toán của nó - thay thế Ethereum Virtual Machine (EVM). Động thái này là nền tảng cho tầm nhìn "Lean Ethereum" rộng lớn hơn.
Tầm nhìn của Lean Ethereum nhằm mục đích đơn giản hóa toàn bộ giao thức một cách hệ thống, chia nó thành ba mô-đun cốt lõi: Lean Consensus, Lean Data và Lean Execution. Trong các vấn đề cốt lõi của Lean Execution, một điểm quan trọng nhất là: Liệu EVM, như là động cơ thúc đẩy cuộc cách mạng hợp đồng thông minh, đã trở thành nút thắt chính trong 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" (Snarkify everything), đây là một công cụ mạnh mẽ có khả năng tăng cường các lớp của giao thức. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, mục tiêu này giống như "bản thiết kế không thể chạm tới", vì việc đạt được nó cần đến khái niệm chứng minh thời gian thực (real-time proving). Và bây giờ, khi chứng minh thời gian thực dần trở thành hiện thực, tính kém hiệu quả lý thuyết của EVM đã chuyển thành một vấn đề thực tế cần được giải quyết.
Bài viết này sẽ phân tích sâu về các lập luận kỹ thuật và chiến lược trong việc chuyển đổi Ethereum L1 sang kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA). Động thái này không chỉ hứa hẹn sẽ 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 thực thi hợp đồng thông minh của Ethereum, được gọi là "máy tính toàn cầu" để xử lý giao dịch và cập nhật trạng thái blockchain. Trong nhiều năm, 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 phát triển cách đây gần mười năm giờ đây đã tích lũy một lượng lớn nợ kỹ thuật.
So với các loại khác, 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 chung. Như Jeremy Bruestle đã nhấn mạnh trong hội nghị Ethproofs, các nguyên tắc chính của nó khiến nó trở thành một 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 khiến nó "hầu như hoàn hảo cho các trường hợp sử dụng của máy tính tổng quát 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 được 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 một hệ thống công cụ hỗ trợ lớn và trưởng thành, bao gồm trình biên dịch LLVM, giúp các nhà phát triển có thể sử dụng các ngôn ngữ lập trình chính 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 cực kỳ khó khăn... Do đó, giá trị của việc sở hữu những chuỗi công cụ trình biên dịch này là rất cao." RISC-V cho phép Ethereum kế thừa miễn phí những công cụ sẵn có này.
vấn đề chi phí của trình biên dịch
Nguyên nhân thúc đẩy việc thay thế EVM không phải do một khiếm khuyết đơn lẻ, mà là sự hội tụ của nhiều giới hạn cơ bản, những vấn đề này không thể bị phớt lờ trong bối cảnh tương lai lấy chứng minh không biết (zero-knowledge proof) làm trung tâm. Những giới hạn này bao gồm các nút thắt về hiệu suất trong hệ thống chứng minh không biết, cũng như các rủi ro do sự phức tạp ngày càng gia tăng tích lũy trong nội bộ giao thức.
Vấn đề chi phí của trình biên dịch
Động lực cấp bách nhất cho sự chuyển đổi này là sự không hiệu quả vốn có của EVM trong hệ thống chứng minh không kiến thức. Khi Ethereum dần chuyển sang mô hình xác thực 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 kiến thức cho EVM, mà là chứng minh cho trình thông dịch của EVM, và trình thông dịch đó 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 của 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 bớt chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài."
Lớp giải thích thêm này mang lại sự mất mát hiệu suất khổng lồ. Ước tính cho thấy, so với việc chứng minh chương trình gốc, lớp này có thể dẫn đến sự giảm hiệu suất từ 50 đến 800 lần. Sau khi tối ưu hóa các nút thắt khác (như việc chuyển sang thuật toán băm Poseidon), phần "thực thi khối" này vẫn sẽ chiếm 80-90% thời gian chứng minh, khiến EVM trở thành trở ngại cuối cùng và khó khăn nhất để mở rộng L1. Bằng cách loại bỏ lớp này, Vitalik dự đoán hiệu suất thực thi có thể tăng lên 100 lần.
cạm bẫy nợ kỹ thuật
Để khắc phục những thiếu sót về hiệu suất của EVM trong một số thao tác mật mã nhất định, Ethereum đã giới thiệu hợp đồng được biên dịch trước - những chức năng chuyên dụng được mã hóa trực tiếp vào giao thức. Mặc dù giải pháp này đã thể hiện tính thực tiễn vào thời điểm đó, nhưng hiện nay nó đã gây ra tình huống mà Vitalik Buterin gọi là "tồi tệ":
"Biên dịch trước là thảm họa đối với chúng tôi... chúng đã làm phình to kho mã tin cậy của Ethereum... và chúng đã từng gây ra cho chúng tôi vài 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 dịch trước (chẳng hạn như modexp) phức tạp hơn cả toàn bộ trình giải thích RISC-V, trong khi logic của các hợp đồng được biên dịch trước thực sự còn rắc rối hơn. Việc thêm các hợp đồng được biên dịch trước mới cần phải trải qua một quá trình phân tách cứng chậm chạp và đầy tranh cãi chính trị, điều này đã gây cản trở nghiêm trọng cho 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 bắt đầu 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 đã không còn phù hợp với nhu cầu tính toán hiện đại. EVM chọn kiến trúc 256 bit để xử lý giá trị mật mã, nhưng đối với các số nguyên 32 bit hoặc 64 bit thường được sử dụng trong hợp đồng thông minh, kiến trúc này rất kém hiệu quả. 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 được bất kỳ tài nguyên nào, trong khi độ phức tạp sẽ tăng lên từ hai đến bốn 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.
Những vấn đề này - bao gồm các nút thắt trong hiệu suất của ZK chứng minh, độ phức tạp của các hợp đồng tiền tệ và các lựa chọn kiến trúc 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 cho tương lai.
Kế hoạch RISC-V: Tái cấu trúc tương lai Ethereum với nền tảng mạnh mẽ hơn
Ưu điểm của RISC-V không chỉ nằm ở sự thiếu sót của EVM, mà còn ở sức mạnh tiềm ẩn 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 ưu việt 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 con số không, RISC-V là một tiêu chuẩn mở đã trưởng thành, có 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 kéo dài hàng thập kỷ. Như Justin Drake đã giải thích, điều này cung cấp cho Ethereum cơ hội sử dụng trực tiếp các công cụ đẳng cấp thế giới:
"Có một thành phần cơ sở hạ tầng gọi là LLVM, nó là một bộ công cụ biên dịch cho phép bạn biên dịch ngôn ngữ lập trình cao cấp thành một trong nhiều mục tiêu phía sau. Một trong những mục tiêu phía sau 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 cao cấp mà LLVM hỗ trợ."
Điều này đã làm giảm đáng kể rào cản phát triển, giúp hàng triệu nhà phát triển quen thuộc với các ngôn ngữ như Rust, C++ và Go dễ dàng bắt đầu.
Triết lý thiết kế tối giản Sự tối giản của RISC-V là một đặc điểm được cố ý tạo ra, không phải là một hạn chế. Tập lệnh cơ bản của nó chỉ bao gồm khoảng 47 lệnh, giữ cho lõi của máy ảo cực kỳ đơn giản. Sự đơn giản này có lợi thế đáng kể về mặt an ninh, vì một kho mã tin cậy nhỏ hơn dễ dàng được kiểm tra 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 dẫn đầu cho nền tảng zkVM."
Trong mười zkVM có thể chứng minh khối Ethereum, đã có chín cái chọn RISC-V làm kiến trúc mục tiêu. Sự đồng nhất này trên thị trường phát ra tín hiệu mạnh mẽ: Ethereum không phải đang thực hiện những thử nghiệm đầu cơ bằng cách áp dụng RISC-V, mà là nhất quán với một tiêu chuẩn đã được chứng minh qua thực tế và được các dự án xây dựng tương lai không kiến thức của nó công nhận.
được sinh ra để tin tưởng, không chỉ là thực thi
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 sở hữu một tiêu chuẩn chính thức, có thể đọc bởi máy - SAIL. Điều này so với tiêu chuẩn của EVM (chủ yếu tồn tại dưới dạng văn bản trong "Sách vàng") là một bước tiến lớn. "Sách vàng" có một số mơ hồ, trong khi tiêu chuẩn SAIL cung cấp "tiêu chuẩn vàng", có thể hỗ trợ các chứng minh tính chính xác 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 mạch zkVM có thể "xác minh trực tiếp với tiêu 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 an ninh. 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, chẳng hạn như hợp đồng thông minh) và chế độ giám sát (dành cho "nhân thực thi" đáng tin cậy). Diego của Cartesi đã giải thích sâu về điều này:
"Hệ điều hành phải tự bảo vệ mình khỏi ảnh hưởng của mã khác. Nó cần phải chạy các chương trình khác nhau tách biệt nhau, và tất cả các cơ chế này đều là một phần của tiêu chuẩn RISC-V."
Trong kiến trúc RISC-V, các 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 qua một lệnh ECALL (gọi môi trường) đặc biệt đến một nhân đáng tin cậy đang chạy ở chế độ giám sát (Supervisor Mode). Cơ chế này tạo ra một ranh giới an toàn do phần cứng thực thi, mạnh mẽ hơn và dễ xác minh hơn so với mô hình chỉ phụ thuộc vào hộp cát phần mềm của EVM.
Tầm nhìn của Vitalik
Sự chuyển đổi này được hình dung là một quá trình dần dần, nhiều giai đoạn, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống và tính tương thích ngược. Như người sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin đã giải thích, phương pháp này nhằm đạt được một sự phát triển "tiến hóa", chứ không phải một sự thay đổi "cách mạng" hoàn toàn.
Bước 1: Biên dịch thay thế
Giai đoạn đầu tiên 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 qua 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 đóng vai trò trung gian giữa hai môi trường thực thi thông qua 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 quan trọng 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 hợp đồng mô phỏng (chiến lược "Rosetta")
Mục tiêu cuối cùng là đạt được sự đơn giản hóa tối đa của giao thức. Ở giai đoạn này, "chúng tôi sẽ sử dụng EVM như một loại triển khai trong VM mới." EVM được chuẩn hóa sẽ trở thành hợp đồng thông minh đã được xác thực hình thức chạy trên RISC-V L1 bản địa. Điều này không chỉ đảm bảo hỗ trợ vĩnh viễn 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, 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 trong giao thức cốt lõi, mà nó sẽ có tác động sâu sắc đến toàn bộ hệ sinh thái Ethereum. Chuyển đổi này không chỉ định hình lại trải nghiệm của nhà phát triển mà còn thay đổi căn bản cảnh quan 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 sử dụng lớp thực thi RISC-V trên lớp L1 sẽ có ảnh hưởng hoàn toàn khác nhau đến hai loại Rollup chính.
Optimistic Rollup (như Arbitrum, Optimism) đang đối mặt với những thách thức về kiến trúc. Mô hình an toàn của chúng phụ thuộc vào việc thực thi lại các giao dịch gây tranh cãi 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 sự lựa chọn khó khăn: hoặc là thực hiện cải cách 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 an toàn của Ethereum.
So với trước đây, ZK Rollup sẽ có được lợi thế chiến lược lớn. Phần lớn ZK Rollup đã sử dụng RISC-V làm kiến trúc tập lệnh nội bộ (ISA) của mình. Một L1 "nói cùng một ngôn ngữ" sẽ cho phép nó thực hiện 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 đồng bộ này sẽ mang lại những thay đổi sau đây:
Đơn giản hóa công nghệ: Đội ngũ L2 sẽ không còn cần phải 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, bộ gỡ lỗi và công cụ xác thực hình thức được phát triển cho môi trường L1 RISC-V có thể được L2 sử dụng trực tiếp, 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 minh ZK dựa trên RISC-V, từ đó hình thành mô hình kinh tế hợp lý hơn.
Kỷ nguyên mới cho các nhà phát triển và người dùng
Đối với các nhà phát triển Ethereum, sự chuyển đổi 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 lớn 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 rằng "Solidity và Vyper vẫn sẽ được ưa chuộng lâu dài nhờ vào 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 và nguồn tài nguyên thư viện khổng lồ của chúng sẽ là một bước chuyển mình mang tính cách mạng. Vitalik so sánh nó như một "trải nghiệm kiểu NodeJS", nơi các nhà phát triển có thể viết mã trên chuỗi và mã ngoài chuỗi bằng cùng một ngôn ngữ, đạt được sự tích hợp trong phát triển.
Đối với người dùng, sự chuyển đổi này cuối cùng sẽ mang lại cho họ 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 mỗi giao dịch xuống còn vài xu hoặc thậm chí thấp hơn. Điều này sẽ trực tiếp chuyển thành phí L1 và phí thanh toán L2 thấp hơn. Tính khả thi về 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 trên chuỗi phức tạp và có giá trị cao hơn trong tương lai.
Succinct Labs và SP1: Xây dựng chứng minh tương lai trong hiện tại
Ethereum đang trong tư thế sẵn sàng. "Mở rộng L1, mở rộng khối" là nhiệm vụ cấp bách chiến lược trong cụm giao thức EF. Dự kiến trong 6 đến 12 tháng tới sẽ đạt được sự cải thiện hiệu suất đáng kể.
Các nhóm như Succinct Labs đã chứng minh những ưu điểm lý thuyết của RISC-V trong thực tiễn, công việc của họ trở thành một ví dụ 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 thực tính khả thi của phương pháp kiến trúc mới. SP1 áp dụng triết lý "tập trung vào tiền biên dịch" (precompile-centric), hoàn hảo giải quyết vấn đề nút thắt mật mã của EVM. Khác với cách tiền biên dịch truyền thống phụ thuộc vào tốc độ chậm và mã cứng, SP1 chuyển các thao tác nặng như băm Keccak vào các mạch ZK được thiết kế chuyên biệt và tối ưu hóa thủ công, và gọi chúng thông qua 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 giải pháp hiệu quả và có thể 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 (ZK-ify) cho Optimistic Rollups. Như đồng sáng lập của Succinct, Uma Roy đã giải thích:
“Sử dụng Rollup của OP Stack, không còn cần phải chờ đợi bảy ngày để hoàn tất xác nhận cuối cùng và rút tiền... bây giờ chỉ cần một giờ để hoàn tất xác nhận. Sự cải thiện tốc độ này thật tuyệt vời.”
Sự đột phá này đã giải quyết điểm đau chính của toàn bộ hệ sinh thái OP Stack. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng của Succinct - Mạng Prover Succinct - được thiết kế như một thị trường tạo chứng chỉ phi tập trung, thể hiện mô hình kinh tế khả thi cho tính toán có thể xác minh trong tương lai. Công việc của họ không chỉ là một sự chứng minh khái niệm mà còn là một kế hoạch tương lai khả thi, như được mô tả trong bài viết này.
Làm thế nào để Ethereum giảm rủi ro
Một lợi thế lớn của RISC-V là nó biến giấc mơ xác minh hình thức - chứng minh tính đúng đắn của hệ thống bằng toán học - thành một mục tiêu khả thi. Quy chuẩn của EVM được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên trong Giấy Vàng, khó khăn trong việc xác minh hình thức. Trong khi đó, RISC-V có quy chuẩn SAIL chính thức, có thể đọc được bởi máy móc, cung cấp một "tham chiếu vàng" rõ ràng cho hành vi của nó.
Điều này đã mở đường cho một mức độ an ninh mạnh mẽ hơn. Như Alex Hicks từ Quỹ Ethereum đã chỉ ra, hiện tại đang có công việc tiến hành "trích xuất các mạch zkVM RISC-V theo tiêu chuẩn RISC-V chính thức vào Lean để thực hiện xác minh hình thức". Đây là một bước tiến mang tính cột mốc, chuyển niềm tin từ những thực hiện dễ mắc lỗi của con người sang các bằng chứng toán học có thể xác minh, mở ra những tầm cao mới cho an ninh blockchain.
Rủi ro chính trong chuyển đổi
Mặc dù kiến trúc RISC-V L1 có nhiều lợi thế, nhưng nó cũng mang lại những thách thức phức tạp mới.
Vấn đề đo lường Gas
Việc tạo ra một mô hình Gas xác định và công bằng cho kiến trúc tập lệnh tổng quát (ISA) là một vấn đề chưa được giải quyết. Phương pháp đếm lệnh đơn giản dễ bị đe dọa bởi các cuộc tấn công từ chối dịch vụ. Chẳng hạn, kẻ tấn công có thể thiết kế một chương trình kích hoạt liên tục các lỗi cache, dẫn đến việc tiêu tốn tài nguyên cao với chi phí Gas cực thấp. Vấn đề này đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với sự ổn định của mạng và mô hình kinh tế.
Vấn đề an ninh chuỗi công cụ và "xây dựng có thể tái tạo"
Đây là rủi ro quan trọng nhất và thường bị đánh giá thấp trong quá trình chuyển đổi. Mô hình an ninh đã chuyển từ việc phụ thuộc vào máy ảo chuỗi lên việc phụ thuộc vào trình biên dịch chuỗi dưới (như LLVM), và những trình biên dịch này có độ phức tạp rất cao và đã biết là chứa lỗ hổng. Kẻ tấn công có thể lợi dụng lỗ hổng của trình biên dịch để biến mã nguồn có vẻ vô hại thành mã byte độc hại. Hơn nữa, việc đảm bảo rằng tệp nhị phân sau biên dịch trên chuỗi hoàn toàn khớp với mã nguồn công khai, tức là vấn đề "xây dựng có thể tái tạo", cũng rất khó khăn. Sự 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 cậy. Những vấn đề này đặt ra thử thách nghiêm trọng đối với sự an toàn của nhà phát triển và người dùng.
Chiến lược giảm nhẹ
Con đường tiến lên cần có chiến lược phòng thủ nhiều tầng.
Quảng bá theo giai đoạn
Việc áp dụng kế hoạch chuyển tiếp dần dần và đa 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 đã được biên dịch trước, sau đó vận hành trong môi trường máy ảo kép, cộng đồng có thể tích lũy kinh nghiệm vận hành và xây dựng sự tự tin trong môi trường có rủi ro thấp, tránh bất kỳ thay đổi nào không thể đảo ngược. 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 thử nghiệm liên tục và cường độ cao. Như Valentine từ Diligence Security đã trình bày trong cuộc gọi hội nghị Ethproofs, công cụ kiểm tra mờ Argus của họ đã phát hiện ra 11 lỗ hổng quan trọng về tính toàn vẹn và tính đúng đắn trong zkVM hàng đầu. Điều này cho thấy, ngay cả những hệ thống được thiết kế tốt nhất cũng có thể tồn tại những lỗ hổng chỉ có thể được phát hiện qua việc thử nghiệm đối kháng nghiêm ngặt. Sự kết hợp giữa kiểm tra mờ và xác minh hình thức cung cấp sự đảm bảo mạnh mẽ hơn cho tính an toàn của hệ thống.
Tiêu 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 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 chính, có thể tối đa hóa lợi thế của hệ sinh thái mới. Chuẩn hóa không chỉ nâng cao hiệu quả của các nhà phát triển mà còn đặt 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 từng bước mà còn là một sự tái cấu trúc căn bản của lớp thực thi Ethereum. Tầm nhìn đầy tham vọng này nhằm giải quyết những nút thắt về khả năng mở rộng sâu sắc, đơn giản hóa sự phức tạp của giao thức và định vị nền tảng trong một hệ sinh thái rộng lớn hơn của tính toán chung. Mặc dù sự chuyển đổi này đối mặt với những thách thức công nghệ và xã hội to lớn, lợi ích chiến lược lâu dài của nó đủ để biện minh cho nỗ lực táo bạo này.
Chuyển đổi lần này tập trung vào một loạt các cân nhắc cốt lõi:
Cân bằng giữa sự nâng cao hiệu suất lớn do kiến trúc gốc ZK mang lại và nhu cầu cấp bách về khả năng tương thích ngược.
Sự cân nhắc giữa lợi thế an ninh mà giao thức đơn giản hóa mang lại và quán tính hiệu ứng mạng lớn của EVM;
Sự lựa chọn giữa khả năng mạnh mẽ của hệ sinh thái chung và rủi ro phụ thuộc vào chuỗi công cụ bên thứ ba phức tạp.
Cuối cùng, sự chuyển đổi kiến trúc này sẽ là chìa khóa để thực hiện cam kết "Thực thi tinh gọn" (Lean Execution) và là một phần quan trọng trong tầm nhìn "Ethereum tinh gọn" (Lean Ethereum). Nó sẽ chuyển đổi L1 của Ethereum từ một nền tảng hợp đồng thông minh đơn giản thành một lớp thanh toán và khả năng 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, "Điểm đến 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 mình này, trong khi đội ngũ Succinct Labs thông qua ứng dụng thực tế của SP1 zkVM đã cung cấp một kế hoạch khả thi cho tương lai này. Bằng cách chấp nhận RISC-V, Ethereum không chỉ giải quyết được vấn đề mở rộng của chính mình mà còn định vị mình là lớp tin cậy cơ bản của internet thế hệ tiếp theo - được thúc đẩy bởi SNARK, nguyên lý mật mã thứ ba sau băm và chữ ký.
Chứng minh phần mềm của thế giới, mở ra kỷ nguyên mã hóa 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 đè nặng, Ethereum chọn "lật đổ" 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 có nền tảng là kiến thức không, EVM đã trở thành nút thắt cổ chai về hiệu suất:
Giải pháp RISC-V:
Quá trình di chuyển được chia thành ba giai đoạn:
Tác động hệ sinh thái:
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…… làm cho mọi thứ trở thành ZK-Snark.”
Chứng minh không kiến thức (ZK) đã trở thành điều không thể tránh khỏi, và lập luận cốt lõi của nó rất đơn giản: Ethereum đang xây dựng lại từ con số không, dựa trên chứng minh không kiến thức. Điều này đánh dấu điểm kết thúc công nghệ của giao thức - thông qua việc tái cấu trúc L1, đạt được hình thức cuối cùng, được hỗ trợ bởi đội ngũ phát triển cốt lõi (như Succinct) với zkVM hiệu suất cao.
Với tầm nhìn này làm đích đến, Ethereum đang ở trong giai đoạn chuyển đổi kiến trúc quan trọng nhất kể từ khi ra đời. Cuộc thảo luận lần này không còn chỉ là về việc nâng cấp dần dần, mà là một sự tái cấu trúc toàn diện của lõi tính toán của nó - thay thế Ethereum Virtual Machine (EVM). Động thái này là nền tảng cho tầm nhìn "Lean Ethereum" rộng lớn hơn.
Tầm nhìn của Lean Ethereum nhằm mục đích đơn giản hóa toàn bộ giao thức một cách hệ thống, chia nó thành ba mô-đun cốt lõi: Lean Consensus, Lean Data và Lean Execution. Trong các vấn đề cốt lõi của Lean Execution, một điểm quan trọng nhất là: Liệu EVM, như là động cơ thúc đẩy cuộc cách mạng hợp đồng thông minh, đã trở thành nút thắt chính trong 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" (Snarkify everything), đây là một công cụ mạnh mẽ có khả năng tăng cường các lớp của giao thức. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, mục tiêu này giống như "bản thiết kế không thể chạm tới", vì việc đạt được nó cần đến khái niệm chứng minh thời gian thực (real-time proving). Và bây giờ, khi chứng minh thời gian thực dần trở thành hiện thực, tính kém hiệu quả lý thuyết của EVM đã chuyển thành một vấn đề thực tế cần được giải quyết.
Bài viết này sẽ phân tích sâu về các lập luận kỹ thuật và chiến lược trong việc chuyển đổi Ethereum L1 sang kiến trúc tập lệnh RISC-V (ISA). Động thái này không chỉ hứa hẹn sẽ 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 thực thi hợp đồng thông minh của Ethereum, được gọi là "máy tính toàn cầu" để xử lý giao dịch và cập nhật trạng thái blockchain. Trong nhiều năm, 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 phát triển cách đây gần mười năm giờ đây đã tích lũy một lượng lớn nợ kỹ thuật.
So với các loại khác, 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 chung. Như Jeremy Bruestle đã nhấn mạnh trong hội nghị Ethproofs, các nguyên tắc chính của nó khiến nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho vai trò này:
vấn đề chi phí của trình biên dịch
Nguyên nhân thúc đẩy việc thay thế EVM không phải do một khiếm khuyết đơn lẻ, mà là sự hội tụ của nhiều giới hạn cơ bản, những vấn đề này không thể bị phớt lờ trong bối cảnh tương lai lấy chứng minh không biết (zero-knowledge proof) làm trung tâm. Những giới hạn này bao gồm các nút thắt về hiệu suất trong hệ thống chứng minh không biết, cũng như các rủi ro do sự phức tạp ngày càng gia tăng tích lũy trong nội bộ giao thức.
Vấn đề chi phí của trình biên dịch
Động lực cấp bách nhất cho sự chuyển đổi này là sự không hiệu quả vốn có của EVM trong hệ thống chứng minh không kiến thức. Khi Ethereum dần chuyển sang mô hình xác thực 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 kiến thức cho EVM, mà là chứng minh cho trình thông dịch của EVM, và trình thông dịch đó 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 của 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 bớt chi phí của toàn bộ máy ảo bên ngoài."
Lớp giải thích thêm này mang lại sự mất mát hiệu suất khổng lồ. Ước tính cho thấy, so với việc chứng minh chương trình gốc, lớp này có thể dẫn đến sự giảm hiệu suất từ 50 đến 800 lần. Sau khi tối ưu hóa các nút thắt khác (như việc chuyển sang thuật toán băm Poseidon), phần "thực thi khối" này vẫn sẽ chiếm 80-90% thời gian chứng minh, khiến EVM trở thành trở ngại cuối cùng và khó khăn nhất để mở rộng L1. Bằng cách loại bỏ lớp này, Vitalik dự đoán hiệu suất thực thi có thể tăng lên 100 lần.
cạm bẫy nợ kỹ thuật
Để khắc phục những thiếu sót về hiệu suất của EVM trong một số thao tác mật mã nhất định, Ethereum đã giới thiệu hợp đồng được biên dịch trước - những chức năng chuyên dụng được mã hóa trực tiếp vào giao thức. Mặc dù giải pháp này đã thể hiện tính thực tiễn vào thời điểm đó, nhưng hiện nay nó đã gây ra tình huống mà Vitalik Buterin gọi là "tồi tệ":
"Biên dịch trước là thảm họa đối với chúng tôi... chúng đã làm phình to kho mã tin cậy của Ethereum... và chúng đã từng gây ra cho chúng tôi vài 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 dịch trước (chẳng hạn như modexp) phức tạp hơn cả toàn bộ trình giải thích RISC-V, trong khi logic của các hợp đồng được biên dịch trước thực sự còn rắc rối hơn. Việc thêm các hợp đồng được biên dịch trước mới cần phải trải qua một quá trình phân tách cứng chậm chạp và đầy tranh cãi chính trị, điều này đã gây cản trở nghiêm trọng cho 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 bắt đầu 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 đã không còn phù hợp với nhu cầu tính toán hiện đại. EVM chọn kiến trúc 256 bit để xử lý giá trị mật mã, nhưng đối với các số nguyên 32 bit hoặc 64 bit thường được sử dụng trong hợp đồng thông minh, kiến trúc này rất kém hiệu quả. 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 được bất kỳ tài nguyên nào, trong khi độ phức tạp sẽ tăng lên từ hai đến bốn 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.
Những vấn đề này - bao gồm các nút thắt trong hiệu suất của ZK chứng minh, độ phức tạp của các hợp đồng tiền tệ và các lựa chọn kiến trúc 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 cho tương lai.
Kế hoạch RISC-V: Tái cấu trúc tương lai Ethereum với nền tảng mạnh mẽ hơn
Ưu điểm của RISC-V không chỉ nằm ở sự thiếu sót của EVM, mà còn ở sức mạnh tiềm ẩn 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 ưu việt 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 con số không, RISC-V là một tiêu chuẩn mở đã trưởng thành, có 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 kéo dài hàng thập kỷ. Như Justin Drake đã giải thích, điều này cung cấp cho Ethereum cơ hội sử dụng trực tiếp các công cụ đẳng cấp thế giới:
"Có một thành phần cơ sở hạ tầng gọi là LLVM, nó là một bộ công cụ biên dịch cho phép bạn biên dịch ngôn ngữ lập trình cao cấp thành một trong nhiều mục tiêu phía sau. Một trong những mục tiêu phía sau 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 cao cấp mà LLVM hỗ trợ."
Điều này đã làm giảm đáng kể rào cản phát triển, giúp hàng triệu nhà phát triển quen thuộc với các ngôn ngữ như Rust, C++ và Go dễ dàng bắt đầu.
Triết lý thiết kế tối giản Sự tối giản của RISC-V là một đặc điểm được cố ý tạo ra, không phải là một hạn chế. Tập lệnh cơ bản của nó chỉ bao gồm khoảng 47 lệnh, giữ cho lõi của máy ảo cực kỳ đơn giản. Sự đơn giản này có lợi thế đáng kể về mặt an ninh, vì một kho mã tin cậy nhỏ hơn dễ dàng được kiểm tra 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 dẫn đầu cho nền tảng zkVM."
Trong mười zkVM có thể chứng minh khối Ethereum, đã có chín cái chọn RISC-V làm kiến trúc mục tiêu. Sự đồng nhất này trên thị trường phát ra tín hiệu mạnh mẽ: Ethereum không phải đang thực hiện những thử nghiệm đầu cơ bằng cách áp dụng RISC-V, mà là nhất quán với một tiêu chuẩn đã được chứng minh qua thực tế và được các dự án xây dựng tương lai không kiến thức của nó công nhận.
được sinh ra để tin tưởng, không chỉ là thực thi
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 sở hữu một tiêu chuẩn chính thức, có thể đọc bởi máy - SAIL. Điều này so với tiêu chuẩn của EVM (chủ yếu tồn tại dưới dạng văn bản trong "Sách vàng") là một bước tiến lớn. "Sách vàng" có một số mơ hồ, trong khi tiêu chuẩn SAIL cung cấp "tiêu chuẩn vàng", có thể hỗ trợ các chứng minh tính chính xác 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 mạch zkVM có thể "xác minh trực tiếp với tiêu 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 an ninh. 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, chẳng hạn như hợp đồng thông minh) và chế độ giám sát (dành cho "nhân thực thi" đáng tin cậy). Diego của Cartesi đã giải thích sâu về điều này:
"Hệ điều hành phải tự bảo vệ mình khỏi ảnh hưởng của mã khác. Nó cần phải chạy các chương trình khác nhau tách biệt nhau, và tất cả các cơ chế này đều là một phần của tiêu chuẩn RISC-V."
Trong kiến trúc RISC-V, các 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 qua một lệnh ECALL (gọi môi trường) đặc biệt đến một nhân đáng tin cậy đang chạy ở chế độ giám sát (Supervisor Mode). Cơ chế này tạo ra một ranh giới an toàn do phần cứng thực thi, mạnh mẽ hơn và dễ xác minh hơn so với mô hình chỉ phụ thuộc vào hộp cát phần mềm của EVM.
Tầm nhìn của Vitalik
Sự chuyển đổi này được hình dung là một quá trình dần dần, nhiều giai đoạn, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống và tính tương thích ngược. Như người sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin đã giải thích, phương pháp này nhằm đạt được một sự phát triển "tiến hóa", chứ không phải một sự thay đổi "cách mạng" hoàn toàn.
Bước 1: Biên dịch thay thế
Giai đoạn đầu tiên 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 qua 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 đóng vai trò trung gian giữa hai môi trường thực thi thông qua 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 quan trọng 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 hợp đồng mô phỏng (chiến lược "Rosetta")
Mục tiêu cuối cùng là đạt được sự đơn giản hóa tối đa của giao thức. Ở giai đoạn này, "chúng tôi sẽ sử dụng EVM như một loại triển khai trong VM mới." EVM được chuẩn hóa sẽ trở thành hợp đồng thông minh đã được xác thực hình thức chạy trên RISC-V L1 bản địa. Điều này không chỉ đảm bảo hỗ trợ vĩnh viễn 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, 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 trong giao thức cốt lõi, mà nó sẽ có tác động sâu sắc đến toàn bộ hệ sinh thái Ethereum. Chuyển đổi này không chỉ định hình lại trải nghiệm của nhà phát triển mà còn thay đổi căn bản cảnh quan 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 sử dụng lớp thực thi RISC-V trên lớp L1 sẽ có ảnh hưởng hoàn toàn khác nhau đến hai loại Rollup chính.
Optimistic Rollup (như Arbitrum, Optimism) đang đối mặt với những thách thức về kiến trúc. Mô hình an toàn của chúng phụ thuộc vào việc thực thi lại các giao dịch gây tranh cãi 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 sự lựa chọn khó khăn: hoặc là thực hiện cải cách 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 an toàn của Ethereum.
So với trước đây, ZK Rollup sẽ có được lợi thế chiến lược lớn. Phần lớn ZK Rollup đã sử dụng RISC-V làm kiến trúc tập lệnh nội bộ (ISA) của mình. Một L1 "nói cùng một ngôn ngữ" sẽ cho phép nó thực hiện 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 đồng bộ này sẽ mang lại những thay đổi sau đây:
Đơn giản hóa công nghệ: Đội ngũ L2 sẽ không còn cần phải 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, bộ gỡ lỗi và công cụ xác thực hình thức được phát triển cho môi trường L1 RISC-V có thể được L2 sử dụng trực tiếp, 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 minh ZK dựa trên RISC-V, từ đó hình thành mô hình kinh tế hợp lý hơn.
Kỷ nguyên mới cho các nhà phát triển và người dùng
Đối với các nhà phát triển Ethereum, sự chuyển đổi 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 lớn 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 rằng "Solidity và Vyper vẫn sẽ được ưa chuộng lâu dài nhờ vào 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 và nguồn tài nguyên thư viện khổng lồ của chúng sẽ là một bước chuyển mình mang tính cách mạng. Vitalik so sánh nó như một "trải nghiệm kiểu NodeJS", nơi các nhà phát triển có thể viết mã trên chuỗi và mã ngoài chuỗi bằng cùng một ngôn ngữ, đạt được sự tích hợp trong phát triển.
Đối với người dùng, sự chuyển đổi này cuối cùng sẽ mang lại cho họ 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 mỗi giao dịch xuống còn vài xu hoặc thậm chí thấp hơn. Điều này sẽ trực tiếp chuyển thành phí L1 và phí thanh toán L2 thấp hơn. Tính khả thi về 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 trên chuỗi phức tạp và có giá trị cao hơn trong tương lai.
Succinct Labs và SP1: Xây dựng chứng minh tương lai trong hiện tại
Ethereum đang trong tư thế sẵn sàng. "Mở rộng L1, mở rộng khối" là nhiệm vụ cấp bách chiến lược trong cụm giao thức EF. Dự kiến trong 6 đến 12 tháng tới sẽ đạt được sự cải thiện hiệu suất đáng kể.
Các nhóm như Succinct Labs đã chứng minh những ưu điểm lý thuyết của RISC-V trong thực tiễn, công việc của họ trở thành một ví dụ 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 thực tính khả thi của phương pháp kiến trúc mới. SP1 áp dụng triết lý "tập trung vào tiền biên dịch" (precompile-centric), hoàn hảo giải quyết vấn đề nút thắt mật mã của EVM. Khác với cách tiền biên dịch truyền thống phụ thuộc vào tốc độ chậm và mã cứng, SP1 chuyển các thao tác nặng như băm Keccak vào các mạch ZK được thiết kế chuyên biệt và tối ưu hóa thủ công, và gọi chúng thông qua 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 giải pháp hiệu quả và có thể 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 (ZK-ify) cho Optimistic Rollups. Như đồng sáng lập của Succinct, Uma Roy đã giải thích:
“Sử dụng Rollup của OP Stack, không còn cần phải chờ đợi bảy ngày để hoàn tất xác nhận cuối cùng và rút tiền... bây giờ chỉ cần một giờ để hoàn tất xác nhận. Sự cải thiện tốc độ này thật tuyệt vời.”
Sự đột phá này đã giải quyết điểm đau chính của toàn bộ hệ sinh thái OP Stack. Hơn nữa, cơ sở hạ tầng của Succinct - Mạng Prover Succinct - được thiết kế như một thị trường tạo chứng chỉ phi tập trung, thể hiện mô hình kinh tế khả thi cho tính toán có thể xác minh trong tương lai. Công việc của họ không chỉ là một sự chứng minh khái niệm mà còn là một kế hoạch tương lai khả thi, như được mô tả trong bài viết này.
Làm thế nào để Ethereum giảm rủi ro
Một lợi thế lớn của RISC-V là nó biến giấc mơ xác minh hình thức - chứng minh tính đúng đắn của hệ thống bằng toán học - thành một mục tiêu khả thi. Quy chuẩn của EVM được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên trong Giấy Vàng, khó khăn trong việc xác minh hình thức. Trong khi đó, RISC-V có quy chuẩn SAIL chính thức, có thể đọc được bởi máy móc, cung cấp một "tham chiếu vàng" rõ ràng cho hành vi của nó.
Điều này đã mở đường cho một mức độ an ninh mạnh mẽ hơn. Như Alex Hicks từ Quỹ Ethereum đã chỉ ra, hiện tại đang có công việc tiến hành "trích xuất các mạch zkVM RISC-V theo tiêu chuẩn RISC-V chính thức vào Lean để thực hiện xác minh hình thức". Đây là một bước tiến mang tính cột mốc, chuyển niềm tin từ những thực hiện dễ mắc lỗi của con người sang các bằng chứng toán học có thể xác minh, mở ra những tầm cao mới cho an ninh blockchain.
Rủi ro chính trong chuyển đổi
Mặc dù kiến trúc RISC-V L1 có nhiều lợi thế, nhưng nó cũng mang lại những thách thức phức tạp mới.
Vấn đề đo lường Gas
Việc tạo ra một mô hình Gas xác định và công bằng cho kiến trúc tập lệnh tổng quát (ISA) là một vấn đề chưa được giải quyết. Phương pháp đếm lệnh đơn giản dễ bị đe dọa bởi các cuộc tấn công từ chối dịch vụ. Chẳng hạn, kẻ tấn công có thể thiết kế một chương trình kích hoạt liên tục các lỗi cache, dẫn đến việc tiêu tốn tài nguyên cao với chi phí Gas cực thấp. Vấn đề này đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với sự ổn định của mạng và mô hình kinh tế.
Vấn đề an ninh chuỗi công cụ và "xây dựng có thể tái tạo"
Đây là rủi ro quan trọng nhất và thường bị đánh giá thấp trong quá trình chuyển đổi. Mô hình an ninh đã chuyển từ việc phụ thuộc vào máy ảo chuỗi lên việc phụ thuộc vào trình biên dịch chuỗi dưới (như LLVM), và những trình biên dịch này có độ phức tạp rất cao và đã biết là chứa lỗ hổng. Kẻ tấn công có thể lợi dụng lỗ hổng của trình biên dịch để biến mã nguồn có vẻ vô hại thành mã byte độc hại. Hơn nữa, việc đảm bảo rằng tệp nhị phân sau biên dịch trên chuỗi hoàn toàn khớp với mã nguồn công khai, tức là vấn đề "xây dựng có thể tái tạo", cũng rất khó khăn. Sự 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 cậy. Những vấn đề này đặt ra thử thách nghiêm trọng đối với sự an toàn của nhà phát triển và người dùng.
Chiến lược giảm nhẹ
Con đường tiến lên cần có chiến lược phòng thủ nhiều tầng.
Quảng bá theo giai đoạn
Việc áp dụng kế hoạch chuyển tiếp dần dần và đa 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 đã được biên dịch trước, sau đó vận hành trong môi trường máy ảo kép, cộng đồng có thể tích lũy kinh nghiệm vận hành và xây dựng sự tự tin trong môi trường có rủi ro thấp, tránh bất kỳ thay đổi nào không thể đảo ngược. 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 thử nghiệm liên tục và cường độ cao. Như Valentine từ Diligence Security đã trình bày trong cuộc gọi hội nghị Ethproofs, công cụ kiểm tra mờ Argus của họ đã phát hiện ra 11 lỗ hổng quan trọng về tính toàn vẹn và tính đúng đắn trong zkVM hàng đầu. Điều này cho thấy, ngay cả những hệ thống được thiết kế tốt nhất cũng có thể tồn tại những lỗ hổng chỉ có thể được phát hiện qua việc thử nghiệm đối kháng nghiêm ngặt. Sự kết hợp giữa kiểm tra mờ và xác minh hình thức cung cấp sự đảm bảo mạnh mẽ hơn cho tính an toàn của hệ thống.
Tiêu 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 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 chính, có thể tối đa hóa lợi thế của hệ sinh thái mới. Chuẩn hóa không chỉ nâng cao hiệu quả của các nhà phát triển mà còn đặt 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 từng bước mà còn là một sự tái cấu trúc căn bản của lớp thực thi Ethereum. Tầm nhìn đầy tham vọng này nhằm giải quyết những nút thắt về khả năng mở rộng sâu sắc, đơn giản hóa sự phức tạp của giao thức và định vị nền tảng trong một hệ sinh thái rộng lớn hơn của tính toán chung. Mặc dù sự chuyển đổi này đối mặt với những thách thức công nghệ và xã hội to lớn, lợi ích chiến lược lâu dài của nó đủ để biện minh cho nỗ lực táo bạo này.
Chuyển đổi lần này tập trung vào một loạt các cân nhắc cốt lõi:
Cuối cùng, sự chuyển đổi kiến trúc này sẽ là chìa khóa để thực hiện cam kết "Thực thi tinh gọn" (Lean Execution) và là một phần quan trọng trong tầm nhìn "Ethereum tinh gọn" (Lean Ethereum). Nó sẽ chuyển đổi L1 của Ethereum từ một nền tảng hợp đồng thông minh đơn giản thành một lớp thanh toán và khả năng 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, "Điểm đến 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 mình này, trong khi đội ngũ Succinct Labs thông qua ứng dụng thực tế của SP1 zkVM đã cung cấp một kế hoạch khả thi cho tương lai này. Bằng cách chấp nhận RISC-V, Ethereum không chỉ giải quyết được vấn đề mở rộng của chính mình mà còn định vị mình là lớp tin cậy cơ bản của internet thế hệ tiếp theo - được thúc đẩy bởi SNARK, nguyên lý mật mã thứ ba sau băm và chữ ký.
Chứng minh phần mềm của thế giới, mở ra kỷ nguyên mã hóa mới.
Tìm hiểu thêm:
Giải thích của Vitalik: Nhấp để xem
ETHProofs cuộc thảo luận thứ tư: Nhấp để xem