Khi Ethereum từ bỏ EVM để chuyển sang RISC-V: Cuộc đại tu kiến trúc có thể định hình lại tính toán blockchain

Ethereum đứng ở một điểm ngoặt quan trọng. Trong khi Ethereum Virtual Machine (EVM) đã thúc đẩy một thập kỷ đổi mới blockchain—tạo nền tảng cho DeFi và NFTs—ngày càng rõ ràng rằng lớp thực thi tùy chỉnh này không được thiết kế cho tương lai tính toán đang đến gần. Sự chuyển dịch sang xác minh không kiến (ZK) và sự xuất hiện của cấu trúc máy chung trong tiêu chuẩn lập trình hệ thống đang buộc phải có một cuộc đối mặt: Liệu kiến trúc cũ của Ethereum có thể thích nghi, hay nó cần một sự tái tưởng tượng hoàn toàn?

Theo các nhà nghiên cứu kỹ thuật và lãnh đạo Quỹ Ethereum, câu trả lời ngày càng rõ ràng. Giao thức đang định hướng thay thế EVM bằng RISC-V, một kiến trúc tập lệnh mã nguồn mở hứa hẹn mở khóa khả năng mở rộng, giảm độ phức tạp và phù hợp hóa Ethereum với hệ sinh thái tính toán xác minh rộng lớn hơn.

Khủng hoảng Hiệu Suất Không Ai Nói Đến: Tại Sao EVM Không Thể Theo kịp ZK

Chặn nghẽn không rõ ràng ngay lập tức, nhưng về cơ bản là vậy. Khi Ethereum bắt đầu chứng minh các chuyển đổi trạng thái của nó qua các bằng chứng không kiến (ZK)—một con đường thiết yếu để mở rộng L1—việc triển khai zkEVM hiện tại tạo ra một khoản phạt hiệu suất cực lớn.

Đây là thực tế kỹ thuật: zkEVM ngày nay không trực tiếp chứng minh việc thực thi EVM. Thay vào đó, nó chứng minh một trình thông dịch đã được biên dịch thành mã RISC-V. Lớp trừu tượng phụ này chính là thủ phạm. Chi phí hiệu suất? Ước tính từ 50 đến 800 lần chậm hơn so với thực thi gốc. Ngay cả sau khi tối ưu hóa các thành phần khác—chẳng hạn chuyển sang các thuật toán băm hiệu quả hơn—việc thực thi khối vẫn là điểm nghẽn, chiếm 80-90% tổng thời gian tạo bằng chứng.

Như Vitalik Buterin đã diễn đạt ngắn gọn: Nếu zkVM cuối cùng biên dịch mọi thứ thành RISC-V dù sao đi nữa, tại sao lại bắt các nhà phát triển hợp đồng thông minh làm việc qua một trung gian EVM không mang lại gì ngoài chi phí thừa?

Điều này không phải lý thuyết. Khoảng cách hiệu suất này chuyển trực tiếp thành kinh tế. Loại bỏ lớp diễn giải này có thể cải thiện hiệu quả thực thi khoảng 100 lần—một sự khác biệt phân biệt khả năng mở rộng hợp lý và tình trạng tắc nghẽn liên tục.

Nợ Kỹ Thuật Chôn Giấu Trong Giao Thức

Các lựa chọn thiết kế của EVM đã hợp lý vào năm 2015, nhưng giờ đã trở thành giới hạn cố định. Xem xét ba vấn đề cụ thể:

Hợp đồng đã biên dịch như một miếng vá thất bại. Khi EVM không xử lý hiệu quả các hoạt động mật mã nhất định, Ethereum đã thêm các hàm cứng—các hợp đồng đã biên dịch sẵn. Điều này tạm thời có vẻ hợp lý. Ngày nay, nó tạo ra tình huống mà Vitalik gọi là “xấu”: các mô-đun này đã làm tăng kích thước mã tin cậy của Ethereum đến mức không bền vững và gây ra các rủi ro an ninh lặp đi lặp lại, gần như gây ra thất bại đồng thuận.

Thêm các hợp đồng biên dịch mới đòi hỏi các bản nâng cấp cứng gây tranh cãi và liên quan đến mã bao bọc phức tạp hơn toàn bộ các triển khai RISC-V. Kết luận của Vitalik: giao thức nên dừng hoàn toàn việc thêm các hợp đồng biên dịch.

Kiến trúc 256-bit cho mục đích sai. Ngăn xếp 256-bit của EVM được thiết kế cho các giá trị mật mã, nhưng hầu hết các hợp đồng thông minh hoạt động với số nguyên 32 hoặc 64-bit. Sự không phù hợp này tạo ra một phương trình hiệu quả tàn nhẫn: các số nhỏ không tiết kiệm tài nguyên trong khi gấp đôi hoặc gấp bốn lần độ phức tạp. Trong các hệ thống bằng chứng ZK, sự không hiệu quả này còn bị phóng đại hơn.

Ngăn xếp so với thanh ghi. Kiến trúc dựa trên ngăn xếp của EVM yêu cầu nhiều lệnh hơn so với mô hình thanh ghi của RISC-V để thực hiện các hoạt động giống nhau, làm phức tạp tối ưu hóa trình biên dịch và tăng tải tạo bằng chứng.

Những lựa chọn thiết kế tích tụ này không phải lỗi—chúng là các giới hạn kiến trúc từng hợp lý, nhưng giờ đã trở nên không tương thích với tương lai của Ethereum.

RISC-V: Tại Sao Tiêu Chuẩn Mở Ưu Thế Hơn Thiết Kế Tùy Chỉnh

RISC-V không phải là công nghệ độc quyền. Nó là một tiêu chuẩn tập lệnh mã nguồn mở—cơ bản là một bản thiết kế mở cho bộ xử lý. Việc áp dụng nó cho vai trò này không phải ngẫu nhiên hay thử nghiệm.

Tại sao đơn giản lại là sức mạnh. Bộ lệnh cơ bản của RISC-V chứa khoảng 47 lệnh. Tính tối giản triệt để này có chủ đích. Ít lệnh hơn có nghĩa là một mã tin cậy nhỏ hơn—dễ kiểm tra, xác minh chính thức và đảm bảo an toàn hơn. Như Jeremy Bruestle nhấn mạnh tại các hội nghị ngành, thiết kế này “hầu như hoàn hảo cho máy chung tối thiểu mà chúng ta cần.”

Hệ sinh thái trưởng thành qua LLVM. Bằng cách chọn một tiêu chuẩn đã được thiết lập, Ethereum có thể tiếp cận hàng thập kỷ hạ tầng trình biên dịch. Thông qua hỗ trợ LLVM, các nhà phát triển có thể sử dụng bất kỳ ngôn ngữ lập trình chính thống nào—Rust, C++, Go, Python—và biên dịch trực tiếp sang RISC-V. Điều này loại bỏ việc phải xây dựng toàn bộ hệ sinh thái phát triển từ đầu. Justin Drake diễn đạt lợi thế chiến lược: “Chúng ta có tất cả các ngôn ngữ cấp cao được LLVM hỗ trợ miễn phí.”

Sự hội tụ zkVM đã bắt đầu xảy ra. Thị trường đã bỏ phiếu rồi. Trong số mười zkVM tiên tiến nhất có khả năng chứng minh các khối Ethereum, chín đã chọn RISC-V. Đây không phải là suy đoán—đây là xác thực thực tế. Hệ sinh thái không kiến (ZK đã tiêu chuẩn hóa RISC-V làm mục tiêu thực thi, khiến việc Ethereum áp dụng không còn là một cược nữa mà là sự phù hợp với hướng đi của ngành.

Xác minh chính thức trở nên khả thi. Khác với đặc tả Yellow Paper của EVM—viết bằng ngôn ngữ tự nhiên dễ gây mơ hồ—RISC-V có đặc tả chính thức SAIL, có thể đọc máy. Tính chính xác toán học này cho phép các mạch zkVM được xác minh trực tiếp theo đặc tả, tạo ra con đường hướng tới tính đúng đắn có thể chứng minh được mà EVM không thể cung cấp.

Ranh giới an ninh phần cứng tích hợp sẵn. RISC-V bao gồm kiến trúc đặc quyền với chế độ người dùng và chế độ giám sát. Các hợp đồng thông minh chạy trong chế độ người dùng và không thể truy cập trực tiếp trạng thái blockchain; thay vào đó, chúng gửi yêu cầu ECALL đến kernel đáng tin cậy. Điều này tạo ra một ranh giới an ninh được thực thi bởi chính kiến trúc bộ xử lý—mạnh mẽ hơn nhiều so với sandbox phần mềm. Như Diego từ Cartesi giải thích, “Tất cả các cơ chế bảo vệ này đều là phần của tiêu chuẩn RISC-V.”

Giai Đoạn Ba Giai Đoạn Chuyển Đổi: Giảm Thiểu Rủi Ro Qua Tiến Trình Từng Bước

Ethereum không dự định chuyển đổi đột ngột. Việc di chuyển theo lộ trình cẩn trọng:

Giai đoạn 1: RISC-V như một sự thay thế hợp đồng biên dịch. Ban đầu, giao thức ngừng thêm các hợp đồng biên dịch mới cho EVM. Thay vào đó, chức năng mật mã mới được thực hiện qua các chương trình RISC-V được whitelist. Điều này cho phép kiến trúc mới thử nghiệm trên mainnet trong môi trường kiểm soát, ít rủi ro trước khi mở rộng.

Giai đoạn 2: Song song hai máy ảo. Các hợp đồng thông minh có thể khai báo xem mã byte của chúng hướng tới EVM hay RISC-V. Quan trọng hơn, các hợp đồng trong cả hai môi trường có thể gọi lẫn nhau qua các cuộc gọi hệ thống ECALL tiêu chuẩn. Điều này tạo ra một giai đoạn lai, nơi cả hai kiến trúc hoạt động cùng nhau, xác thực khả năng tương tác trước khi chuyển đổi hoàn toàn.

Giai đoạn 3: EVM như một hợp đồng mô phỏng. Kết thúc, coi EVM như một ngôn ngữ cấp cao—một hợp đồng thông minh đã được xác minh chính thức chạy natively trên RISC-V L1. Các ứng dụng cũ vẫn được hỗ trợ vĩnh viễn, nhưng lớp thực thi cốt lõi của giao thức trở thành hoàn toàn RISC-V, đơn giản hóa đáng kể phát triển và bảo trì khách hàng.

Cách tiếp cận theo từng giai đoạn này biến một cuộc di cư có thể gây thảm họa thành một quá trình tiến hóa dễ quản lý hơn.

Sự Điều Chỉnh Hệ Sinh Thái: Người Chiến Thắng và Người Thua

Sự chuyển dịch không ảnh hưởng đều các Layer 2—nó tạo ra người chiến thắng và người thua.

Các Rollup Lạc quan đối mặt thách thức kiến trúc. Các dự án như Arbitrum và Optimism dựa vào bằng chứng gian lận: tranh chấp giao dịch yêu cầu thực thi lại trên L1. Nếu L1 chuyển từ EVM sang RISC-V, mô hình bảo mật này sụp đổ. Các dự án này phải chọn: hoặc thực hiện các nỗ lực kỹ thuật lớn để thiết kế lại bằng chứng gian lận cho kiến trúc mới, hoặc tách rời hoàn toàn khỏi mô hình bảo mật của Ethereum. Cả hai đều tốn kém.

Các Rollup zk có lợi thế chiến lược lớn. Các dự án như Polygon, zkSync, và Scroll đã tiêu chuẩn hóa RISC-V nội bộ rồi. Một L1 “nói ngôn ngữ của họ” loại bỏ các lớp dịch thuật. Những gì Quỹ Ethereum gọi là “Rollup bản địa” trở nên khả thi: L2 trở thành một phiên bản chuyên biệt của môi trường thực thi L1, chia sẻ công cụ, trình biên dịch và hạ tầng xác minh chính thức. Kết quả thực tế: các nhóm L2 không còn phải xây cầu nối giữa các VM không tương thích, chi phí phát triển giảm mạnh, và kinh tế gas hợp lý hơn.

Trải nghiệm nhà phát triển thay đổi. Thay vì chỉ học Solidity, các nhà phát triển viết bằng Rust, Go hoặc bất kỳ ngôn ngữ nào được LLVM hỗ trợ. Các hợp đồng có thể dùng thư viện đã trưởng thành từ hệ sinh thái phần mềm rộng lớn hơn. Vitalik so sánh nó với Node.js: mã trên chuỗi và ngoài chuỗi thống nhất trong cùng một ngôn ngữ, cùng công cụ. Rút ngắn rào cản này có thể định hình lại ai có thể tham gia phát triển blockchain.

Kinh tế người dùng cải thiện rõ rệt. Chi phí chứng minh giảm khoảng 100 lần. Phí giao dịch cho L1 và L2 giảm tương ứng. Điều này mở ra “Gigagas L1”—khoảng 10.000 giao dịch mỗi giây—cho phép các ứng dụng phức tạp đòi hỏi cả thông lượng lẫn bảo mật.

Succinct Labs và SP1: Chứng Minh Tầm Nhìn Ngay Hôm Nay

Chuyển đổi không chỉ là lý thuyết. Succinct Labs đã chứng minh lợi thế thực tiễn của RISC-V qua SP1, một zkVM mã nguồn mở chứng minh luận đề kiến trúc này hoạt động.

Điểm đổi mới của SP1: nó áp dụng thiết kế “tập trung vào hợp đồng biên dịch” giải quyết nút thắt mật mã của EVM mà không tạo ra vấn đề phức tạp. Các hoạt động nặng như băm Keccak chạy trong các mạch zk đặc biệt, gọi qua các lệnh ECALL tiêu chuẩn. Điều này kết hợp hiệu suất phần cứng tùy chỉnh với linh hoạt phần mềm.

Ảnh hưởng thực tế là ngay lập tức. Sản phẩm OP Succinct của Succinct mang khả năng zk cho các Rollup Lạc quan. Kết quả: thay vì chờ bảy ngày để xác nhận cuối cùng và rút tiền, các giao dịch hoàn tất trong khoảng một giờ. Đối với toàn bộ hệ sinh thái OP Stack, tốc độ này giải quyết một điểm đau quan trọng.

Succinct cũng vận hành một Mạng chứng minh phân quyền, tạo ra thị trường cho việc tạo bằng chứng. Đây không phải là thử nghiệm—đây là bản thiết kế mô hình kinh tế sẽ điều chỉnh tính toán xác minh quy mô lớn.

Rủi Ro Tiềm Ẩn: Những Gì Vẫn Có Thể Xảy Ra Sai

Dù RISC-V có lợi thế, quá trình chuyển đổi cũng mang theo các rủi ro mới:

Phức tạp trong đo lường gas. Gán một chi phí gas công bằng, xác định cho các lệnh đa năng là một vấn đề chưa có lời giải. Đếm lệnh đơn giản dễ bị tấn công từ chối dịch vụ. Một kẻ tấn công có thể thiết kế các chương trình liên tục gây cache misses, tiêu thụ tài nguyên khổng lồ trong khi tiêu tốn ít gas nhất có thể. Điều này đe dọa sự ổn định của mạng và mô hình kinh tế.

Bảo mật toolchain và xây dựng có thể tái tạo. Đây là rủi ro nguy hiểm và bị đánh giá thấp nhất. An ninh chuyển từ dựa vào VM trên chuỗi sang dựa vào trình biên dịch ngoài chuỗi như LLVM—một phần mềm phức tạp có thể chứa lỗ hổng. Kẻ tấn công khai thác lỗi compiler có thể biến mã nguồn tưởng chừng an toàn thành mã độc hại. Cũng khó khăn không kém: đảm bảo các binary biên dịch phù hợp với mã nguồn công khai )vấn đề xây dựng có thể tái tạo trên các môi trường xây dựng khác nhau. Các biến thể nhỏ của môi trường tạo ra các đầu ra khác nhau, gây ra các vấn đề về niềm tin và minh bạch.

Những rủi ro này có thể giải quyết được nhưng không đơn giản.

Giảm Thiểu Rủi Ro: Chiến Lược Phòng Vệ Đa Tầng

Triển khai theo giai đoạn như chiến lược chính. Bằng cách giới thiệu RISC-V từ từ qua các hợp đồng biên dịch, sau đó là hai máy ảo song song, rồi thay thế hoàn toàn, giao thức xây dựng kinh nghiệm vận hành và niềm tin trước khi cam kết không thể đảo ngược. Phương pháp từng bước này là công cụ quản lý rủi ro nền tảng.

Kiểm thử tích cực và xác minh chính thức. Trong khi xác minh chính thức là mục tiêu dài hạn, nó phải đi đôi với kiểm thử liên tục cường độ cao. Các công ty an ninh như Diligence đã phát hiện 11 lỗ hổng nghiêm trọng về tính đúng đắn và toàn vẹn trong các zkVM hàng đầu qua fuzz testing. Mô hình này—các lỗ hổng ẩn trong các hệ thống được thiết kế tốt—đòi hỏi các chiến lược kiểm thử và xác minh song song, không theo trình tự.

Tiêu chuẩn hóa để tránh phân mảnh. Cộng đồng nên thống nhất một cấu hình RISC-V tiêu chuẩn, có khả năng là RV64GC với ABI tương thích Linux. Điều này tối đa hóa hỗ trợ toolchain và ngăn chặn phân mảnh hệ sinh thái, giúp các nhà phát triển tận dụng tối đa lợi thế của hệ sinh thái LLVM.

Lớp Internet Có Thể Xác Minh: Trò Chơi Dài Hạn của Ethereum

Chuyển đổi từ EVM sang RISC-V không chỉ về các lợi ích hiệu suất nhỏ giọt. Nó là về việc định vị Ethereum từ một “máy ảo hợp đồng thông minh” trở thành nền tảng tin cậy có thể xác minh cho tính toán internet chung.

Vitalik diễn đạt rõ ràng mục tiêu cuối cùng: “Mục tiêu cuối cùng bao gồm… làm mọi thứ trở thành ZK-snarkified.”

Sự biến đổi này giải quyết trụ cột “Thực thi Tinh gọn” của Ethereum—một phần của tầm nhìn “Ethereum Tinh gọn” rộng lớn hơn. Giao thức đơn giản hóa từ một VM nguyên khối thành một lớp thanh toán và sẵn sàng dữ liệu tối ưu cho tính toán có thể xác minh. Việc tăng tốc chứng minh phần cứng ASICs và FPGAs từ SP1, Nervos, Cartesi trở nên khả thi khi bộ lệnh ổn định quanh RISC-V.

Chuyển đổi là không thể tránh khỏi không phải vì nó tối ưu trong từng trường hợp riêng lẻ, mà vì nó phù hợp với hướng đi của tính toán. Các bằng chứng ZK là nguyên thủy thứ ba sau hàm băm và chữ ký. Đặt cược của Ethereum là ai cung cấp lớp tin cậy nền tảng cho tính toán có thể xác minh—tích hợp sẵn một cấu trúc máy chung trong lập trình hệ thống—thì người đó kiểm soát kỷ nguyên tiếp theo của internet.

Dù còn nhiều thử thách kỹ thuật và xã hội, việc tái cấu trúc lớp thực thi của Ethereum này là một trong những quyết định kiến trúc có ảnh hưởng lớn nhất trong lịch sử blockchain. Nó đổi chỗ hiệu ứng mạng của sự quen thuộc EVM lấy vị thế chiến lược dẫn đầu cuộc cách mạng tính toán xác minh.

Chuyển đổi bắt đầu ngay bây giờ. Các dự án như Ethproofs tổng hợp dữ liệu hợp tác cần thiết để thực hiện bước chuyển này. Các nhóm như Succinct Labs cung cấp các bản thiết kế thực tiễn. Trong vòng 6-12 tháng tới, dự kiến sẽ có các lựa chọn hợp đồng biên dịch chạy mã RISC-V trên mainnet Ethereum—đánh dấu sự bắt đầu của sự kết thúc của Ethereum Virtual Machine như chúng ta đã biết.