تقاطع معماري إيثريوم: لماذا تمثل RISC-V مستقبل الحوسبة القابلة للتحقق

نظام إيثريوم يقف عند نقطة تحول. ما بدأ كمنصة عقود ذكية ثورية تراكمت عليه طبقات من التعقيد الفني التي تهدد الآن طموحات قابليته للتوسع. في مركز هذا التحدي يقف آلة إيثريوم الافتراضية—الطبقة الأساسية لتنفيذ الأوامر التي دفعت نجاح المنصة ولكنها أصبحت بشكل متزايد عاملاً مقيدًا في عصر يُعرف بالبراهين ذات المعرفة الصفرية والتحقق عالي الأداء.

أزمة الأداء: عندما التقت EVM مع البراهين ذات المعرفة الصفرية

جذر تحدي التوسع في إيثريوم ليس غامضًا. مع تحول الشبكة نحو أنظمة تحقق تعتمد على البراهين ذات المعرفة الصفرية، ظهرت كفاءة أساسية غير فعالة في كيفية تفاعل EVM مع البراهين ZK. تطبيقات zkEVM الحالية لا تثبت مباشرة الآلة الافتراضية نفسها. بدلاً من ذلك، تثبت المُفسر الخاص بـ EVM، والذي يُترجم بعد ذلك إلى رمز بايت RISC-V. هذا التوجيه المعماري يخلق عقبة أداء هائلة—تقديرات تشير إلى أن الحمل الزائد يتراوح بين 50 إلى 800 مرة أبطأ من تنفيذ البرنامج الأصلي.

وتتفاقم المشكلة عند النظر إلى اقتصاديات الشبكة. حتى مع خوارزميات التجزئة المُحسنة مثل Poseidon، فإن توليد البراهين لتنفيذ الكتل يستهلك لا أقل من 80-90% من إجمالي وقت الإثبات. عبّر فيتاليك بوتيرين عن هذه المشكلة مباشرة: إذا كانت الهندسة المعمارية الأساسية مترجمة إلى RISC-V على أي حال، فلماذا نحافظ على طبقة EVM التفسيرية على الإطلاق؟ الجواب بسيط—إزالتها.

بعيدًا عن عبء المُفسر، تكشف الأسس التقنية لـ EVM عن قيود أعمق. تصميم المكدس 256-بت تم تحسينه للعمليات التشفيرية في عصر الحوسبة السابق. العقود الذكية الحديثة عادةً تتعامل مع أعداد 32-بت أو 64-بت، ومع ذلك، فإن EVM يجبر جميع القيم على المرور عبر هندسته المعمارية 256-بت. في أنظمة المعرفة الصفرية، تصبح هذه الكفاءة غير فعالة بشكل خاص—الأرقام الصغيرة تستهلك المزيد من الموارد في توليد البراهين، وليس أقل، بينما تزداد التعقيد الحسابي من ضعف إلى أربعة أضعاف.

مشكلة الدين: الوحدات المسبقة التجهيز كالرمال المتحركة التقنية

للتعويض عن محدودية أداء EVM في عمليات التشفير المحددة، أدخلت إيثريوم العقود المسبقة التجهيز—وظائف مدمجة مبرمجة مباشرة في البروتوكول. على المدى القصير، كانت هذه عملية عملية، لكن هذا النهج أنشأ ما وصفه فيتاليك بوتيرين بأنه دين تقني “كارثي”.

حجم هذه المشكلة مذهل. رمز الغلاف لعقد مسبق واحد (مثل modexp) يتجاوز كامل قاعدة الشفرة لمُفسر RISC-V كامل. إضافة وظائف مسبقة جديدة يتطلب حوكمة هارد فورك مثيرة للجدل، مما يحد بشكل كبير من ابتكار البروتوكول عندما تحتاج التطبيقات إلى primitives تشفيرية جديدة. زادت مساحة الأمان بشكل خطير، مع تصاعد تعقيد البروتوكول بشكل مستمر. وختم بوتيرين قائلاً: “يجب أن نتوقف عن إضافة عقود مسبقة جديدة ابتداءً من اليوم.”

حل RISC-V: لماذا معيار مفتوح يتفوق على الهندسة المعمارية المخصصة

RISC-V ليس منتجًا، بل هو مجموعة تعليمات مفتوحة—مخطط مجاني لبناء المعالجات. فلسفته التصميمية تعكس دروسًا مستفادة من عقود من تطور هندسة الحاسوب، مما يجعله مناسبًا بشكل استثنائي للمرحلة القادمة من إيثريوم.

التبسيط المعماري

مجموعة تعليمات RISC-V الأساسية تحتوي على حوالي 47 تعليمًا. هذا البساطة القصوى مقصودة، وليست قيدًا. قاعدة الشفرة الموثوقة الأصغر تصبح أسهل بشكل كبير للمراجعة والتوثيق الرسمي—وهو مطلب حاسم لبروتوكولات تؤمن مليارات من قيمة المستخدمين. العمليات المعقدة تُضاف عبر ملحقات اختيارية تحافظ على البساطة الأساسية دون إحداث تضخم غير ضروري في البروتوكول.

الاستفادة من النظام البيئي عبر LLVM

باستخدام RISC-V، تكسب إيثريوم وصولاً إلى عقود من تطوير بنية المترجم عبر LLVM (Low-Level Virtual Machine). هذا القرار الواحد يمنح دعمًا أصليًا للغات مثل Rust وGo وC++ وPython والعديد من اللغات الأخرى. المطورون حول العالم يمتلكون بالفعل مهارة مع هذه الأدوات. بدلاً من بناء نظام بيئي برمجي جديد من الصفر، يمكن لإيثريوم أن ترث بنية تحتية ناضجة ومجربة تدعم ملايين المطورين.

الميزة العملية لا يمكن المبالغة فيها. إنشاء سلاسل أدوات المترجمين هو مهمة استثنائية الصعوبة؛ الاستفادة من الموجودة منها يضاعف كفاءة التطوير. من خلال اعتماد RISC-V، تكتسب إيثريوم بشكل أساسي وصولاً مجانيًا إلى بنية مترجم عالمية المستوى سيكون من المستحيل بناؤها بشكل مستقل بتكلفة عالية.

سوق zkVM قد قرر بالفعل

الإشارة من نظام البراهين ذات المعرفة الصفرية واضحة لا لبس فيها. من بين عشرة أنظمة zkVM قادرة على إثبات كتل إيثريوم، تبنّى تسعة منها بالفعل RISC-V كمعمارية هدف. هذا التوافق يمثل تصديقًا عمليًا بدلاً من تكهنات نظرية. المشاريع التي تبني مستقبل ZK استنتجت بشكل مستقل أن RISC-V هو الخيار الأمثل للحوسبة القابلة للتحقق. تبني إيثريوم يتماشى مع زخم السوق بدلاً من أن يخلقه.

التحقق الرسمي عبر مواصفة SAIL

مواصفة EVM موجودة أساسًا بشكل نصي ضمن الورقة الصفراء—غامضة بطبيعتها وصعبة للتوثيق الرياضي. على العكس، يتضمن RISC-V مواصفة SAIL قابلة للقراءة آليًا توفر “معيارًا ذهبيًا” للتحقق الرسمي.

هذا التمييز مهم جدًا. التحقق الرسمي يتيح إثباتات رياضية لصحة النظام—نقل الثقة من تطبيقات بشرية قابلة للخطأ إلى ضمانات تشفير قابلة للتحقق. الباحثون في مؤسسة إيثريوم يعملون بالفعل على استخراج دوائر zkVM RISC-V للتحقق الرسمي مقابل المواصفة الرسمية في أداة الإثبات Lean. هذا يمثل لحظة فاصلة: الانتقال من أمان يعتمد على التنفيذ إلى أمان يعتمد على المواصفة.

الانتقال عبر ثلاث مراحل: تطور، وليس ثورة

إدراكًا لمخاطر التحول المعماري، اقترحت قيادة إيثريوم نهجًا متدرجًا يركز على التوافق العكسي والاستقرار التشغيلي.

المرحلة الأولى: إدخال zkVM محدود

في البداية، سيتم تقديم وظيفة RISC-V عبر بدائل مُسبقة التجهيز—أي استبدال العقود المسبقة EVM القديمة بوظائف معادلة تُنفذ كبرامج RISC-V قائمة على القائمة البيضاء. يسمح ذلك باختبار الشبكة الرئيسية في بيئات خاضعة للسيطرة ومنخفضة المخاطر. يثبت الجهاز الافتراضي الجديد نفسه من خلال التحقق العملي قبل نشره على نطاق أوسع.

المرحلة الثانية: وجود نظامين افتراضيين متزامنين

عند بناء الثقة، يمكن للعقود الذكية استهداف إما رمز EVM أو RISC-V بشكل صريح عبر علامات العقود. الابتكار الحاسم هو التوافق السلس—عقود EVM و RISC-V تتصل ببعضها عبر استدعاءات نظام موحدة (ECALL instructions). هذا يخلق بيئة تنفيذ موحدة حيث يتعاون كلا المعمارين ضمن نفس البروتوكول.

المرحلة الثالثة: EVM كمواصفة رسمية

الهدف النهائي هو اعتبار EVM كمواصفة رسمية موثقة تنفذ على RISC-V L1 أصلي. التطبيقات القديمة تحصل على دعم دائم من خلال التنفيذ، بينما يحافظ مطورو البروتوكول على محرك تنفيذ واحد. يختفي التعقيد؛ وتقل أعباء الصيانة بشكل كبير.

إعادة تشكيل النظام البيئي بشكل جذري: الفائزون والخاسرون في الهندسة المعمارية الجديدة

سيعيد الانتقال المعماري ترتيب اقتصاديات الطبقة الثانية وحوافز المطورين بشكل أساسي عبر نظام إيثريوم البيئي.

الـ optimistic rollups تواجه تحديات وجودية

مشاريع مثل Arbitrum وOptimism بنيت نماذج أمانها حول آليات إثبات الاحتيال التي تعمل عن طريق إعادة تنفيذ المعاملات المثيرة للجدل عبر EVM L1. عندما يختفي EVM، ينهار أساس أمانها. تواجه هذه المشاريع خيارات قاسية: إما بذل جهود هندسية ضخمة لإعادة تصميم أنظمة إثبات الاحتيال لـ RISC-V، أو الانفصال تمامًا عن ضمانات أمان إيثريوم. من المحتمل أن يتسارع هذا التحول نحو نماذج تعتمد على البراهين ذات المعرفة الصفرية.

الـ Zero-Knowledge Rollups تكتسب ميزة استراتيجية

العكس ينطبق على ZK Rollups. معظم المشاريع موحدة بالفعل داخليًا على RISC-V. عندما يتحدث L1 “نفس اللغة”، تزداد كفاءة التكامل بشكل كبير. رؤية جاستن درايك لـ “native Rollups” تصف L2 كحالات خاصة من بيئة تنفيذ L1—تحقيق تسوية سلسة بدون طبقات ترجمة.

الفوائد العملية عميقة:

• توحيد المترجم: الأدوات المطورة لـ L1 RISC-V تخدم على الفور مطوري L2
• مواءمة نموذج الغاز: L1 وL2 يتحققان باستخدام نفس مجموعة التعليمات، مما يخلق تسعيرًا اقتصاديًا أكثر عقلانية
• إعادة استخدام الكود: أدوات التصحيح، التحقق الرسمي، والتحسين تصبح قابلة للتطبيق عالميًا

تحول تجربة المطور والمستخدم

بالنسبة للمطورين، يمثل التحول تحريرًا من قيود EVM دون الحاجة إلى التخلي عن النظام البيئي. تصبح لغات البرمجة السائدة أدوات تطوير على السلسلة. يمكن للمطورين كتابة العقود باستخدام Rust مع الحفاظ على الألفة مع الأُطُر القياسية للنظام البيئي. كما اقترح بوتيرين، “سيظل Solidity وVyper شائعين لفترة طويلة نظرًا لتصميمهما الأنيق لمنطق العقود الذكية”، لكنها ستصبح خيارات تنفيذ بدلاً من طرق إلزامية.

هذا يشبه كيف مكنت Node.js المطورين من كتابة JavaScript لكل من الكلاينت والخادم. يمكن للمطور الآن أن يكتب باستخدام نفس اللغات للحوسبة خارج السلسلة وعلى السلسلة، مما يبسط بشكل كبير سير العمل في التطوير.

بالنسبة للمستخدمين، فإن التداعيات أكثر تحولًا. من المتوقع أن تنخفض تكاليف الإثبات بحوالي 100 مرة—مما يحول تكاليف المعاملات الحالية من عدة دولارات إلى سنتات أو أقل. هذا الجدوى الاقتصادية يفتح الباب أمام رؤية “Gigagas L1”، التي تستهدف حوالي 10,000 معاملة في الثانية. التطبيقات المعقدة ذات القيمة العالية على السلسلة تصبح ممكنة اقتصاديًا.

سُقنِكْت لابز وSP1: إثبات أن الانتقال يعمل

انتقال إيثريوم من الاقتراح النظري إلى الواقع العملي اكتسب زخمًا من خلال فرق مثل سُقنِكْت لابز، التي تُظهر أن تنفيذ zkVM على RISC-V ليس ممكنًا فحسب، بل فعال من حيث الأداء.

تتبنى SP1 بنية “مركزية على المُسبقات التجهيز” تعالج مباشرة الاختناقات التشفيرية التي تمنع توسع EVM. بدلاً من الاعتماد على وظائف مُسبقة التجهيز ببطء، تنقل SP1 العمليات المكثفة مثل تجزئة Keccak إلى دوائر zk مخصصة تُستدعى عبر تعليمات ECALL القياسية. هذا النهج الهجين يجمع بين أداء الأجهزة المخصصة ومرونة البرمجيات.

كان التأثير العملي واضحًا على الفور. أضاف منتج OP Succinct من سُقنِكْت لابز قدرات إثبات المعرفة الصفرية إلى تراكمات الـ Rollup المتفائلة. النتيجة: تقليل مدة السحب من سبعة أيام إلى حوالي ساعة واحدة. هذا الاختراق يعالج نقاط الألم الحرجة عبر نظام الـ Optimistic ويُظهر كيف أن هندسة RISC-V تُمكن تحسينات نوعية في تجربة المستخدم.

بعيدًا عن المشاريع الفردية، تمثل شبكة المُثبتات من سُقنِكْت لابز نموذجًا اقتصاديًا قابلًا للتطبيق لإنتاج الإثباتات اللامركزية—وضع نماذج عملية للمستقبل القابل للتحقق من الحوسبة.

التحول يحمل مخاطر حقيقية

على الرغم من مزايا RISC-V المعمارية، فإن الانتقال يطرح تحديات جديدة تتطلب استراتيجيات تصحيح صارمة.

تعقيد قياس الغاز

إنشاء نماذج غاز حاسمة وعادلة لمجموعة تعليمات عامة لا يزال غير محلول إلى حد كبير. العد البسيط للتعليمات عرضة لتهديدات رفض الخدمة. يمكن للمهاجمين تصميم برامج تتسبب في خسائر متكررة في الكاش، مستهلكة موارد كبيرة مع تقليل تكاليف الغاز. هذا يشكل تحديًا خطيرًا لاستقرار الشبكة والنماذج الاقتصادية.

أمان أدوات المترجم وسلسلة الأدوات

مخاطر دقيقة ولكن حاسمة غالبًا ما يُقلل من شأنها: تعتمد الأمان الآن على المترجمين خارج السلسلة مثل LLVM. هذه الأدوات معقدة للغاية وتحتوي على ثغرات معروفة. قد يستغل المهاجمون المتطورون أخطاء في المترجم لتحويل الشفرة المصدرية البريئة إلى رموز خبيثة. مشكلة “البناء القابل لإعادة الإنتاج” تزيد من تعقيد هذا التحدي—الاختلافات الطفيفة في البيئة تؤدي إلى بنى مختلفة، مما يهدد الشفافية وضمانات الثقة.

تجزئة النظام البيئي

بدون توحيد، قد تتكاثر تكوينات RISC-V المختلفة عبر المشاريع، مما يفرّق النظام البيئي ويقضي على العديد من مزايا RISC-V. التنسيق حول تكوين قياسي واحد (مثل RV64GC مع ABI متوافق مع Linux) ضروري.

التخفيف عبر الطبقات: التحقق الرسمي، الاختبار المكثف، والتوحيد القياسي

مواجهة هذه المخاطر تتطلب استراتيجيات دفاع متعددة الطبقات.

يعمل الطرح المراحل نفسه كآلية لتخفيف المخاطر—الانتشار الأولي في سيناريوهات مُسبقة التجهيز منخفضة المخاطر يبني الثقة التشغيلية قبل الترحيل الأوسع. في الوقت نفسه، يجب على المجتمع السعي وراء جهود التحقق الرسمي المكثفة مع الاختبار المستمر من قبل الخصوم.

أظهر فالنتين من شركة Diligence Security أن حتى zkVMs الرائدة تحتوي على ثغرات حرجة يمكن اكتشافها فقط من خلال اختبار التسلل الدقيق. استراتيجيات الأمان الشاملة تجمع بين التحقق الرسمي (الأساس النظري) مع اختبارات مكثفة (التحقق العملي).

توحيد المعمارية حول تكوين RISC-V واحد يعظم اتساق النظام البيئي، ويضمن دعمًا واسعًا للغات البرمجة، ويمنع التشتت الذي قد يقوض فوائد الانتقال.

المستقبل القابل للتحقق يتشكل

يمثل انتقال إيثريوم المقترح من EVM إلى RISC-V أكثر من تحسين تدريجي—إنه إعادة هيكلة أساسية لطبقة تنفيذ البروتوكول. يعالج هذا التحول عنق الزجاجة العميق في قابلية التوسع، ويقضي على الديون التقنية من العقود المسبقة التجهيز، ويجعل إيثريوم متوافقًا مع النظام الأوسع للحوسبة القابلة للتحقق والمواصفات الرسمية لرمز السلسلة.

الطريق إلى الأمام يتطلب موازنة المطالب المتنافسة: مكاسب الأداء الاستثنائية من هندسة معمارية ZK الأصلية مقابل متطلبات التوافق العكسي؛ فوائد الأمان من تبسيط البروتوكول مقابل تأثيرات الشبكة للبنية التحتية الحالية لـ EVM؛ وقدرات نظام الحوسبة العام مقابل المخاطر من أدوات الطرف الثالث المعقدة.

في النهاية، يجسد هذا التطور المعماري التزام إيثريوم بـ “التنفيذ الرشيق” ورؤية “إيثريوم الرشيقة” الأوسع. بدلاً من أن تظل منصة عقود ذكية، ستصبح إيثريوم طبقة تسوية وتوفر بيانات فعالة، مصممة لدعم الكون الواسع للحوسبة القابلة للتحقق.

رؤية فيتاليك بوتيرين النهائية—“توفير ZK-snarks لكل شيء”—تقترب أكثر من التحقيق مع ظهور مشاريع مثل سُقنِكْت لابز التي تُظهر أن RISC-V ليست مجرد هندسة معمارية نظرية، بل هندسة عملية قريبة المدى. من خلال تبني RISC-V، تضع إيثريوم نفسها كطبقة الثقة الأساسية للجيل القادم من بنية الإنترنت—مدفوعة بالبراهين التشفيرية بدلاً من الوسطاء الموثوق بهم.

لقد حلت حقبة البرمجيات القابلة للإثبات.