以太坊的架構十字路口：為何 RISC-V 代表可驗證計算的未來

以太坊生態系正站在轉折點上。起初作為一個革命性的智能合約平台，它逐漸累積了層層技術複雜性，現在威脅到其擴展性目標。在這個挑戰的核心是以太坊虛擬機（EVM）——驅動平台成功的基礎執行層，但在零知識證明（ZK）和高性能驗證的時代，越來越成為限制因素。

性能危機：當EVM遇上零知識證明

以太坊擴展性問題的根源並不神祕。隨著網路轉向基於零知識證明的驗證系統，一個根本的低效率在EVM與ZK證明的互動中浮現。目前的zkEVM實作並不直接證明虛擬機本身，而是證明EVM的解釋器，再將其編譯成RISC-V位元組碼。這種架構上的間接性造成巨大的性能損失——估計比原生程式執行慢50到800倍。

當考慮網路經濟時，問題更為嚴重。即使使用Poseidon等優化的哈希算法，區塊執行的證明生成仍佔用整個證明時間的80-90%。Vitalik Buterin直言不諱：既然底層架構已經編譯成RISC-V，為何還要維持解釋層的EVM？答案很簡單——就是要消除它。

除了解釋器的開銷外，EVM的技術基礎還揭示了更深層的限制。256位元堆疊設計是為早期計算時代的密碼學操作優化的。現代智能合約多使用32或64位整數，但EVM卻強制所有值都通過其256位元架構。在零知識系統中，這種低效率尤其昂貴——較小的數字在證明生成中消耗更多資源，而非更少，且計算複雜度會增加兩到四倍。

債務問題：預編譯模組如同技術流沙

為了彌補EVM在特定密碼學操作上的性能限制，以太坊引入了預編譯合約——直接嵌入協議中的硬編碼函數。短期來看這是務實之舉，但也造成了Vitalik Buterin所稱的“災難性”技術債務。

這個問題的範圍令人震驚。一個預編譯合約的封裝程式碼（如modexp）就已超過一個完整RISC-V解釋器的整個程式碼庫。新增預編譯函數需要經過有爭議的硬分叉治理，嚴重限制協議創新，尤其當應用需要新的密碼學原語時。安全面也變得危險，協議複雜度持續攀升。Buterin總結道：“我們應該從今天開始停止新增預編譯合約。”

RISC-V解決方案：為何開放標準勝過定制架構

RISC-V不是一個產品，而是一個開放源碼的指令集架構（ISA）——一個建造處理器的藍圖。其設計理念反映了數十年計算機架構演進的經驗教訓，使其特別適合以太坊的下一階段。

架構簡約主義

RISC-V的基本指令集約有47條指令。這種極端的簡單性是有意為之，而非限制。較小的可信程式碼庫更易於審計和形式驗證——這是保障數十億用戶資產安全的關鍵需求。複雜操作則通過可選擴展加入，保持核心簡潔，避免不必要的協議膨脹。

透過LLVM的生態系整合

採用RISC-V，讓以太坊可以利用數十年的編譯器基礎建設——LLVM（Low-Level Virtual Machine）。這一決策使得支持Rust、Go、C++、Python等多種語言成為可能。全球開發者已經熟悉這些工具。與其從零建立一個全新的軟體生態系，以太坊可以繼承一個成熟、經過實戰考驗的基礎設施，支持數百萬開發者。

實務上的優勢不容小覷。建立編譯器工具鏈極為困難，利用現有工具則大幅提升開發效率。透過採用RISC-V，以太坊實質上獲得了世界一流的編譯器基礎設施，若自行建置，成本將高得難以想像。

zkVM市場已經做出決定

來自零知識證明生態系的訊號非常明確。在十個能證明以太坊區塊的zkVM後端中，有九個已經採用RISC-V作為目標架構。這不僅是理論上的推測，而是實務驗證。構建ZK未來的專案已經獨立得出結論：RISC-V是可驗證計算的最佳選擇。以太坊的採用與市場趨勢同步，而非引領。

透過SAIL規格進行正式驗證

EVM的規格主要以自然語言形式存在於黃皮書中——本身模糊且難以數學化形式化。而RISC-V則包含一個機器可讀的SAIL規格，提供正式驗證的“黃金標準”。

這點差異極為重要。正式驗證允許用數學證明系統正確性——將信任從易出錯的人類實作轉移到可驗證的密碼學保證。以太坊基金會的研究人員已在努力提取zkVM RISC-V電路，進行與官方規格的Lean證明助手（Lean proof assistant）中的正式驗證。這標誌著一個轉折點：從依賴實作的安全性轉向基於規格的安全性。

三階段遷移：演進而非革命

為了降低架構轉換的風險，以太坊領導層提出了一個審慎的、多階段的方案，重點在於向後相容性與運作穩定。

第一階段：有限的zkVM引入

最初，將透過預編譯方案引入RISC-V功能——實質上用白名單RISC-V程式取代已廢棄的EVM預編譯合約。這讓主網在受控、低風險的環境中進行實測。新虛擬機在實務驗證中證明其價值，為更大範圍部署做準備。

第二階段：雙重虛擬機共存

一旦建立信心，智能合約可以明確指定目標為EVM或RISC-V位元組碼（透過合約標籤）。關鍵創新是無縫互操作——EVM合約與RISC-V合約透過標準化的系統呼叫（ECALL指令）相互調用。這創造出一個統一的執行環境，兩種架構在同一協議中協作。

第三階段：EVM作為正式規格

最終階段，將EVM視為在原生RISC-V L1上執行的正式驗證智能合約。遺留應用獲得永久支援，協議開發者維持單一執行引擎。複雜性大幅降低，維護負擔也大為減輕。

全新生態系的激烈重組：新架構中的贏家與輸家

這次架構轉變將徹底重塑Layer 2的經濟模型與開發者激勵。

樂觀型Rollup面臨存亡考驗

如Arbitrum與Optimism等專案，建立在通過L1 EVM重新執行爭議交易來驗證的欺詐證明機制上。當EVM消失，它們的安全基礎將崩潰。這些專案將面臨艱難抉擇：大規模工程改造欺詐證明系統以支援RISC-V，或完全脫離以太坊的安全保障。轉型可能促使向零知識模型的快速靠攏。

零知識Rollup獲得策略優勢

反之，ZK Rollup的情況正相反。多數專案已在內部標準化採用RISC-V。當L1“說同一種語言”，整合效率大幅提升。Justin Drake的“原生Rollup”願景描述L2為L1執行環境的專用實例——實現無縫結算，無需轉譯層。

實務上的好處包括：

• 編譯器統一：為L1 RISC-V開發的工具立即支持L2
• Gas模型一致：L1與L2使用相同指令集驗證，形成更合理的經濟定價
• 程式碼重用：除錯、正式驗證與優化工具普遍適用

開發者與用戶體驗的轉變

對開發者而言，這代表擺脫EVM限制的解放，而不必放棄整個生態系。主流語言將成為鏈上開發的工具。開發者可以用Rust撰寫合約，同時保持對生態標準框架的熟悉。正如Buterin所言：“Solidity和Vyper在智能合約邏輯設計上仍將暢銷一段時間”，但它們將成為實作選項，而非必須。

這類似Node.js讓開發者能用JavaScript撰寫客戶端與伺服器端程式碼。現在，開發者可以用相同語言進行鏈下與鏈上運算，大幅簡化開發流程。

對用戶而言，影響更為深遠。證明成本預計降低約100倍——將目前數美元的交易費用降至幾美分甚至更少。這使得“Gigagas L1”願景成為可能，目標達到每秒約1萬筆交易的性能。複雜且高價值的鏈上應用將變得經濟可行。

Succinct Labs與SP1：證明轉型的可行性

以太坊從理論方案轉向實務落地的動力，來自Succinct Labs等團隊，其SP1 zkVM實作證明了基於RISC-V的驗證不僅可行，而且高效。

SP1採用“預編譯為中心”的架構，直接解決阻礙EVM擴展的密碼學瓶頸。它不依賴慢速的硬編碼預編譯函數，而是將Keccak哈希等密集運算轉交專用的ZK電路，透過標準ECALL指令調用。這種混合方式結合了定制硬體的性能與軟體的彈性。

實務效果立即展現。Succinct的OP Succinct產品將零知識證明能力加入Optimistic Rollup堆疊中。結果是：提款最終確認時間從七天縮短到約一小時。這一突破解決了樂觀生態系的關鍵痛點，也展示了RISC-V架構如何促進用戶體驗的質的提升。

除了個別專案外，Succinct的Prover Network也提供了一個可行的經濟模型，用於去中心化的證明生成，為更廣泛的可驗證計算未來建立了實務範例。

轉型伴隨的實質風險

儘管RISC-V具有架構優勢，轉型仍帶來新挑戰，需嚴格應對。

Gas計量的複雜性

為通用指令集建立確定、公平的Gas模型仍未成熟。簡單的指令計數易受拒絕服務攻擊——攻擊者可設計反覆觸發快取未命中的程式，消耗大量資源卻少付Gas。這對網路穩定性與經濟模型構成嚴峻挑戰。

編譯器與工具鏈安全

一個常被低估的風險是：安全依賴從鏈上虛擬機轉向鏈下編譯器（如LLVM）。這些工具極為複雜，且已知存在漏洞。攻擊者可能利用編譯器漏洞，將無害的源碼轉變成惡意的位元組碼。再者，“可重建建構”問題——微小的環境差異可能產生不同的二進位檔，威脅透明度與信任。

生態系碎片化

若缺乏標準化，不同的RISC-V配置可能在專案間擴散，破壞生態系的整體性與優勢。必須圍繞單一標準配置（如RV64GC，並兼容Linux ABI）進行協調。

層層防禦：正式驗證、嚴格測試與標準化

解決這些風險需要多層次的防禦策略。

階段性推行本身就是一種風險緩解——先在低風險的預編譯場景中部署，建立運作信心，再逐步推廣。同時，社群必須積極推動正式驗證，結合持續的對抗性測試。

Diligence Security的Valentine證明，即使是領先的zkVM，也存在只有通過嚴格模糊測試才能發現的重大漏洞。全面的安全策略應結合“理論基礎”的正式驗證與“實務驗證”的嚴格測試。

標準化一個單一的RISC-V配置（如RV64GC，Linux ABI）則能最大化生態系的一致性，確保廣泛的語言支持，並避免碎片化，從而保障轉型的整體效益。

可驗證的未來已成形

以太坊提出的從EVM到RISC-V的遷移，不僅是微調優化，更是對協議執行層的根本重構。這一轉變解決了深層的擴展瓶頸，消除了預編譯合約帶來的技術債，並使以太坊與更廣泛的可驗證計算與正式鏈碼規範生態系接軌。

未來的路在於平衡：用ZK原生架構帶來的卓越性能，與向後相容的需求；簡化協議帶來的安全益處，與現有EVM基礎設施的網路效應；以及通用計算生態的能力與第三方工具鏈的複雜性風險。

最終，這場架構演進體現了以太坊對“精益執行”（Lean Execution）與“精益以太坊”（Lean Ethereum）願景的承諾。它將不再僅是智能合約平台，而是成為一個高效、安全的結算與資料可用層，支撐未來可驗證計算的龐大宇宙。

Vitalik Buterin的終極願景——“為一切提供ZK-snarks”——正逐步成真，像Succinct Labs這樣的專案證明，RISC-V不僅是理論架構，更是實務工程的近端解決方案。擁抱RISC-V，以太坊將定位為下一代網路基礎信任層——由密碼學證明驅動，而非信任中介。

可證明軟體的時代已經來臨。