Исполнительный уровень Ethereum на переломном этапе: почему архитектура RISC-V становится неизбежной

Ethereum стоит на критическом перепутье. Фундаментальная архитектура, которая обеспечила революцию DeFi и создала экосистему NFT, сталкивается с растущими ограничениями по производительности, решить которые традиционная оптимизация уже не в состоянии. Ответ, который выходит от сообщества, — это не патч, а кардинальная перестройка: переход от Ethereum Virtual Machine (EVM) к RISC-V в качестве основной среды выполнения.

Это не спекуляции. Девять из десяти реализаций zkVM, ориентированных на блоки Ethereum, уже стандартизированы на RISC-V. Этот рыночный консенсус сигнализирует о том, что разработчики протоколов тихо пришли к выводу: дизайн EVM, хоть и был инновационным десять лет назад, накопил технический долг, несовместимый с системами доказательств нулевого знания, которые представляют будущее вычислений Ethereum.

Кризис производительности в системах нулевого знания

Корень проблемы прост и элегантен: Ethereum не доказывает напрямую EVM. Вместо этого проекты создают интерпретаторы, которые переводят байткод EVM в инструкции, совместимые с доказательствами — в конечном итоге всё сводится к RISC-V. Этот архитектурный слой добавляет разрушительные накладные расходы.

Текущие реализации zkEVM страдают от снижения производительности в 50–800 раз по сравнению с нативным выполнением инструкций. Даже после агрессивной оптимизации криптографических операций (например, перехода на хеширование Poseidon), выполнение блока остается узким местом, потребляя 80–90% общего времени генерации доказательств. Полностью устранив слой интерпретатора, исследователи протоколов оценивают, что эффективность выполнения может увеличиться в 100 раз — превратив генерацию доказательств из экономически неосуществимой в практическую задачу.

Нееффективности уходят глубже, чем накладные расходы интерпретатора. Архитектура стека EVM с 256 битами предназначена для криптографических операций, но тратит ресурсы на типичные логические операции со 32 или 64-битными целыми числами. В системах доказательств нулевого знания каждое действие требует генерации криптографического доказательства правильности; эта трата экспоненциально возрастает. Архитектура на основе регистров RISC-V, напротив, соответствует современным принципам проектирования CPU и позволяет оптимизации компиляторов, что принципиально невозможно в модели стека.

Технический долг: ловушка предкомпиляции

Чтобы компенсировать вычислительные ограничения EVM, Ethereum ввел предкомпилированные контракты — функции, встроенные прямо в протокол для дорогих операций, таких как эллиптические кривые или модульное возведение в степень. Этот прагматичный краткосрочный подход превратился в головную боль по обслуживанию.

Каждое новое добавление предкомпиля требует спорного форка. «Доверенная кодовая база» протокола — код, который валидаторы должны запускать и проверять — выросла до опасных размеров. Обертка для одного предкомпиля (например, modexp) — превышает сложность полноценного интерпретатора RISC-V. Это накопление приводило к нескольким инцидентам с отказом консенсуса Ethereum, которые удавалось избежать только благодаря экстренной координации.

Разработчики протоколов пришли к единому мнению: новых предкомпилей не будет. Дальнейшее развитие архитектуры предполагает переход к системе, где криптографические инновации можно внедрять через программируемый, проверяемый код, а не через изменения протокола.

Почему RISC-V, а не альтернатива

RISC-V — не изобретение, родное для криптовалют. Это открытый стандарт набора инструкций, проверенный десятилетиями исследований в области компьютерных наук. Эта зрелость дает три решающих преимущества:

Минималистская основа: базовый набор инструкций содержит около 47 команд. Эта радикальная простота создает поверхность, которую можно формально проверить с помощью математических систем доказательств — роскошь, которой никогда не позволяет спецификация EVM. Спецификация RISC-V SAIL существует в машиночитаемом формате, а не в неоднозначном естественном языке, что позволяет zkVM-цепям проверять соответствие напрямую официальным стандартам.

Наследие экосистемы: приняв RISC-V, Ethereum получает доступ к LLVM — инструментарию компиляции, отражающему десятилетия коллективных инженерных усилий. Разработчики, пишущие на Rust, Go, C++ или Python, могут компилировать напрямую в RISC-V с помощью зрелых, производственных инструментов. Это исключает необходимость создавать параллельную программную экосистему с нуля, что задержало бы внедрение на годы.

Фактический стандарт ZK: рынок уже принял решение. Девять ведущих zkVM-проектов (включая реализации от Succinct Labs, Nervos, Cartesi и других) пришли к RISC-V независимо друг от друга. Это не просто консенсус — это технологическая неизбежность. Принятие RISC-V Ethereum согласует протокол с инфраструктурными проектами, которые уже начинают строить.

Трехфазная стратегия перехода

Вместо революционной замены Ethereum реализует аккуратно спланированную миграцию, направленную на сохранение обратной совместимости и стабильности работы:

Фаза 1: Замена предкомпиляций

Новые криптографические возможности, ранее требовавшие протокольных предкомпиляций, могут реализовываться как белый список RISC-V-программ. Это вводит среду выполнения в основной сети с низким риском, предоставляя реальные данные для тестирования перед более широким внедрением. Переход полностью управляется на уровне клиента без изменений в слое консенсуса.

Фаза 2: Сосуществование двух виртуальных машин

Смарт-контракты явно объявляют, предназначен ли их байткод для выполнения в EVM или RISC-V, через систему тегов. Обе среды достигают бесшовной совместимости через системные вызовы (ECALL), позволяющие вызывать функции между слоями. Этот период позволяет экосистеме постепенно мигрировать без необходимости немедленных решений.

Фаза 3: EVM как реализуемый контракт

Заключительный этап — это формальные спецификации, выполняемые внутри среды RISC-V, аналогично тому, как Linux может работать на RISC-V, несмотря на то, что изначально он был ориентирован на x86. Протокол сохраняет постоянную поддержку существующих приложений, а разработчики клиентов — единый, упрощенный движок выполнения. Технический долг превращается в реализуемый код, а не в протокорный груз.

Реорганизация экосистемы: расхождение роллапов

Переход к нативному выполнению на RISC-V создает кардинально разные сценарии для конкурирующих архитектур Layer 2:

Оптимистичные роллапы под давлением

Optimistic Rollups (Arbitrum, Optimism) обеспечивают безопасность за счет повторного выполнения спорных транзакций через L1, используя EVM как среду разрешения споров. Если модель выполнения L1 кардинально изменится, эта защита рухнет. Эти проекты столкнутся с необходимостью перестройки — либо создавая системы доказательства мошенничества, совместимые с RISC-V, либо полностью отделяя безопасность от слоя консенсуса Ethereum.

Zero-Knowledge Rollups получают стратегическое преимущество

ZK Rollups уже работают нативно на архитектуре RISC-V. L1, говорящий на «том же языке», позволяет реализовать то, что Джастин Дрейк называет «нативными роллапами» — L2-инстансами, функционирующими как специализированные конфигурации среды выполнения L1. Практические последствия значительны:

• Темп разработки: команды L2 устраняют сложный мостовой код между внутренним RISC-V и внешними слоями расчетов. Инструменты компиляции, отладчики и утилиты верификации, разработанные для L1, становятся применимы к L2 без изменений.
• Экономическая согласованность: цена газа на L1 напрямую отражает вычислительные затраты RISC-V-основанной проверки zk, а не работу EVM. Это создает более точные стимулы и устраняет искажения на межслойном уровне.
• Экономика доказательств: генерация криптографических доказательств для обеспечения расчетов L2 становится значительно дешевле. Стоимость расчетов на L1 падает с нескольких долларов за транзакцию до центов, что открывает новые модели для высокочастотных приложений.

Опыт разработчика: от песочницы к экосистеме

Эта трансформация демократизирует разработку в цепочке. В настоящее время Solidity и Vyper — единственные практичные языки для смарт-контрактов, представляющие собой доменно-специфические инструменты, которые разработчики должны изучить для работы с блокчейном. В рамках RISC-V разработчики пишут на Rust, Go или Python, используя те же библиотеки, фреймворки и инструменты отладки, что и при обычной разработке программного обеспечения.

Виталик Бутерин описал это как достижение «опыта в стиле Node.js» — когда разработчики пишут как внутреннюю, так и внешнюю логику на одном языке, используя одинаковые инструменты. Психологический и практический барьер «разработки для блокчейна» как узкоспециализированной области практически исчезает. Новые разработчики могут применять существующий опыт без переобучения.

Для существующих разработчиков Solidity переход займет годы. Элегантные абстракции смарт-контрактов останутся популярными. Но возможность строить сложные конечные автоматы и вычислительную логику на языках общего назначения меняет масштаб возможных решений — особенно для приложений с интенсивными вычислениями или сложными структурами данных.

Точка опоры Succinct Labs

Теория превращается в реальность с SP1 — высокопроизводительным zkVM, разработанным компанией Succinct Labs, работающим нативно на RISC-V. SP1 подтверждает всю техническую концепцию через практическую реализацию, а не академическую статью. Он демонстрирует, что выполнение на RISC-V генерирует доказательства по экономически оправданным затратам, сохраняя совместимость с моделью безопасности Ethereum.

Более того, продукт OP Succinct от Succinct показывает немедленную практическую выгоду: Optimistic Rollups с использованием OP Stack могут внедрить проверку доказательств нулевого знания, сократив время вывода средств с семи дней до одного часа. Этот прорыв одновременно решает две проблемы экосистемы — медленную окончательность подтверждения в оптимистичных системах и сложность интеграции zk-проверки.

Prover Network Succinct функционирует как децентрализованный рынок для генерации доказательств, формируя экономическую модель проверяемых вычислений в масштабах. Модель работает: валидаторы соревнуются за генерацию доказательств, пользователи получают качественный сервис, а рынок определяет эффективные цены. Это не концепция — это операционная инфраструктура, обрабатывающая реальные транзакции уже сегодня.

Безопасность через простоту и формализацию

Одна из недооцененных преимуществ RISC-V — архитектурная простота, позволяющая формальную проверку — математически доказывать правильность системы, а не надеяться на отсутствие ошибок в реализации. Спецификация EVM в виде Yellow Paper существует в естественном языке, создавая неустранимую неоднозначность. Спецификация RISC-V SAIL — машиночитаемый стандарт, что дает возможность zkVM-цепям проверять соответствие напрямую официальным стандартам.

Исследователи Ethereum Foundation уже используют Lean theorem prover для извлечения zkVM-цепей и формальной проверки их соответствия официальной спецификации RISC-V. Это — поколенческий скачок в безопасности: доверие переходит от ошибочных человеческих реализаций к математически проверяемым доказательствам.

Привилегированная архитектура RISC-V (отличие режима пользователя от режима супервизора) обеспечивает дополнительные уровни безопасности. Смарт-контракты в пользовательском режиме не могут напрямую обращаться к состоянию блокчейна; они посылают запросы доверенным ядрам через стандартизированные инструкции ECALL. Это закрепляет границы безопасности на архитектурном уровне, а не полагается на программные песочницы, которые имеют долгую историю уязвимостей.

Реальные риски и пути их преодоления

Переходный путь включает нерешенные задачи, требующие серьезного внимания:

Сложности учета газа

Создание справедливой, детерминированной модели газа для универсальных инструкций остается нерешенной задачей. Простое подсчет инструкций позволяет атакам типа DoS, когда специально сконструированные программы вызывают дорогостоящие кэш-промахи при минимальных затратах газа. Злоумышленники используют этот арбитраж для истощения ресурсов сети с минимальными затратами. Нет проверенных механизмов измерения и ценообразования реальных вычислительных затрат произвольных инструкций без возврата к централизованной спецификации.

Безопасность цепочки поставки компиляторов

Модель безопасности смещается с доверия виртуальным машинам на цепочке — к доверия к внешним инструментам, таким как LLVM. Компиляторы — чрезвычайно сложные системы, тысячи строк кода, реализующие оптимизации, создают поверхности для атак. Уязвимость в компиляторе может превратить безобидный исходный код в вредоносный байткод, незаметный статическим анализом.

Проблема «воспроизводимых сборок» усугубляет этот риск: разработчики не могут проверить, что бинарный код в блокчейне соответствует публичному исходному коду, не воспроизведя точную среду сборки. Незначительные различия в версиях, флагах компилятора или окружении приводят к разному байткоду, делая гарантии прозрачности бессмысленными.

Эти проблемы — настоящие инженерные вызовы без простых решений, особенно по мере роста зрелости экосистемы и увеличения стимулов к атакам.

Многоуровневая стратегия защиты

Снижение рисков требует комплексных, многоуровневых подходов, а не одних лишь решений:

Постепенное внедрение

Трехфазный план перехода — ключевая стратегия управления рисками. Ранние этапы вводят RISC-V при условиях, при которых сбои минимальны. Экосистема накапливает операционный опыт и уверенность постепенно, избегая необратимых решений до накопления достаточных данных.

Интенсивное тестирование и верификация

Формальная проверка обеспечивает асимптотическую безопасность, но требует лет для полного внедрения. В то же время, использование fuzz-тестирования (например, платформы Argus от Diligence) уже выявило 11 критических уязвимостей в ведущих реализациях zkVM. Совмещение непрерывного fuzz-тестирования и формальной верификации создает многоуровневую защиту от ошибок реализации.

Стандартизация конфигураций

Вместо фрагментации по множеству конфигураций RISC-V, сообщество должно выбрать RV64GC с ABI, совместимым с Linux. Эта конфигурация максимально совместима с популярными языками программирования и существующими инструментами, снижая поверхность атак, вызванную кастомными расширениями.

Верифицируемый уровень интернета

Переход от EVM к RISC-V — это не просто эволюция Ethereum, а его структурное преобразование из специализированной виртуальной машины смарт-контрактов в нечто принципиально иное: минимальную, проверяемую инфраструктуру доверия для интернета.

Эта трансформация включает балансировку технических компромиссов: между 100-кратным ростом производительности за счет ZK-native исполнения и обязательствами по обратной совместимости; между упрощением архитектуры и эффектами сети, защищающими существующий EVM; между универсальностью экосистемы и зависимостью от сторонних инструментальных цепочек.

Совокупно это — часть реализации концепции «Lean Ethereum» — более широкой идеи упрощения протокола, модульного разделения слоев консенсуса, данных и выполнения. Следуя этому пути, Ethereum позиционирует себя не как монолитную платформу смарт-контрактов, а как слой расчетов и доверия для взаимосвязанной экосистемы специализированных, проверяемых систем.

Как говорится: доказывая правильность программного мира, открывается новая эпоха криптографии. Инфраструктура уже существует. Технически доводы убедительны. Единственная переменная — это исполнение.