再见 EVM，你好 RISC-V

作者： 0xjaehaerys ，登链社区

以太坊正准备进行自发布以来最重大的架构转变：用 RISC-V 替换 EVM 。原因很简单——在 ZK 优先的未来，EVM 是瓶颈：

RISC-V 解决了这个问题：

迁移分为 3 个阶段：

生态系统影响：

最终，以太坊从“智能合约 VM”演变为互联网的极简、可验证的信任层，其中“终点 = ZK-snark 一切”。

有了这个愿景作为终点线，以太坊现在正处于自发布以来最重大的架构演变的门槛。讨论不再是关于增量升级，而是对其计算核心的根本性重新架构：替换以太坊虚拟机 (EVM)。该倡议是更广泛的 “(Lean Ethereum)精益以太坊”愿景的基石，该愿景旨在系统地简化整个协议，将其分解为三个核心组件：精益共识、精益数据和精益执行。精益执行的核心在于一个关键问题：EVM（为智能合约革命提供动力的引擎）现在是否是以太坊未来的主要瓶颈？

正如以太坊基金会的 Justin Drake 所说，长期目标一直是“Snarkify 一切”，这是一个强大的工具，可以增强协议的每一层。长期以来，这有点像是“空中楼阁，因为我们特别需要的是实时证明的概念”。现在实时证明正在成为现实，EVM 的理论低效率已成为一个实际且紧迫的问题需要解决。

本分析探讨了将以太坊 L1 迁移到 RISC-V 指令集架构 (ISA) 的引人注目的技术和战略论据，此举有望释放前所未有的可扩展性、简化协议，并使以太坊与可验证计算的未来保持一致。

在深入探讨“原因”之前，了解“什么”至关重要。

EVM 是以太坊上智能合约的运行时环境。它是处理交易并更新区块链状态的“世界计算机”。多年来，它的设计具有革命性，创建了一个无需许可的平台，催生了整个 DeFi 和 NFT 生态系统。然而，其定制的、近十年前的架构现在带来了巨大的技术负担。另一方面，RISC-V 不是产品，而是一个开放标准——一个免费且通用的“字母表”，用于设计处理器。正如 Jeremy Bruestle 在 Ethproofs 电话会议中强调的那样，它的关键原则使其非常适合这个角色：

替换 EVM 的必要性不是由单一缺陷驱动的，而是由一系列基本限制共同造成的，在 ZK 原生未来的背景下，这些限制已变得无法忽视。这些问题包括 ZK 证明系统中的严重性能瓶颈，以及协议本身内部危险复杂性的累积。

解释器开销问题

这种转变最紧迫的驱动因素是 EVM 在零知识证明系统中的固有低效率。随着以太坊转向由 ZK 证明验证 L1 状态的模型，证明者性能成为最终的瓶颈。

问题在于当前 zkEVM 的工作方式。它们不直接证明 EVM。相反，它们证明 EVM 的解释器本身被编译为 RISC-V。Vitalik Buterin 直接解释了这个根本问题：

这额外的解释层带来了巨大的性能损失。估计表明，与证明原生程序相比，这会导致 50-800 倍的减速。在优化哈希等其他瓶颈（例如，通过切换到 Poseidon）之后，此“区块执行”部分将消耗所有证明时间的 80-90%，从而使 EVM 成为扩展 L1 的最终也是最强大的障碍。通过消除这一层，Vitalik 估计执行效率可能会提高 100 倍。

为了解决 EVM 在特定加密操作中的糟糕性能，以太坊引入了预编译合约——直接硬编码到协议中的专用函数。虽然当时这是一个务实的解决方案，但这导致了 Vitalik Buterin 称之为“可怕”的局面：

复杂性令人震惊。Vitalik 通过将单个预编译 modexp 的包装器代码与整个 RISC-V 解释器进行比较来说明了这一点——观察到预编译的逻辑实际上要复杂得多。添加新的预编译需要一个缓慢且在政治上充满争议的硬分叉过程，这扼杀了需要新加密原语的应用程序的创新。这导致 Vitalik 得出一个坚定的结论：

EVM 的核心设计反映了一个逝去时代的优先事项，并且不适合现代计算。

256 位架构是为处理加密值而选择的，对于大多数智能合约操作来说效率极低，这些操作通常使用 32 位或 64 位整数。这种低效率在 ZK 系统中尤其昂贵。正如 Vitalik 解释的那样：

此外，其基于堆栈的架构不如 RISC-V 和现代 CPU 的基于寄存器的模型高效。它需要更多的指令来执行相同的操作，并使编译器优化复杂化。

这些综合因素——ZK 证明瓶颈、预编译的复杂性和过时的架构选择——为以太坊超越 EVM 创造了一个引人注目且紧迫的理由。

VitalikButerin 简化 L1

采用 RISC-V 的理由不仅仅是 EVM 的缺点；而是关于 RISC-V 设计理念的内在优势。它的架构提供了一个强大、简单且可验证的基础，非常适合像以太坊这样的高风险环境。

与需要从头开始构建整个软件生态系统的定制 ISA 不同，RISC-V 是一个成熟的开放标准。这提供了三个关键优势：

成熟的生态系统。通过采用 RISC-V，以太坊可以利用计算机科学领域数十年的集体进步。正如 Justin Drake 解释的那样，这提供了对世界一流工具的即时访问：

这大大降低了数百万精通 Rust、C++ 和 Go 等语言的开发人员的入门门槛。

在能够证明以太坊区块的十个 zkVM 中，九个已经以 RISC-V 为目标。这种市场融合是一个强烈的信号；通过采用 RISC-V，以太坊不是在进行投机性押注，而是与已经通过构建其 ZK 未来的项目进行过实战测试和验证的标准保持一致。

除了其生态系统之外，RISC-V 的内部架构非常适合构建安全且可验证的系统。

首先，它有一个正式的、机器可读的规范，称为 SAIL。这是对 EVM 规范的巨大改进，EVM 规范主要以散文文档（黄皮书）的形式存在，这可能会产生歧义。SAIL 规范充当“黄金标准”，可以实现对于保护巨大价值的协议必不可少的正确性数学证明。正如 EF 的 Alex Hicks 在 Ethproofs 电话会议中指出的那样，这允许直接“根据官方 RISC-V 规范”验证 zkVM 电路。

其次，RISC-V 包括一个特权架构，这是一个经常被忽视但对安全至关重要的功能。它定义了不同的操作级别，主要是用户模式（用于不受信任的应用程序，如智能合约）和监管模式（用于受信任的“执行内核”）。Cartesi 的 Diego 解释了它的重要性：

在此模型中，在用户模式下运行的智能合约无法直接访问区块链的状态。相反，它必须通过特殊的 ECALL（环境调用）指令向在监管模式下运行的可信内核发出请求。这创建了一个硬件强制的安全边界——比 EVM 的纯软件沙盒模型更强大且更可验证的模型。

过渡被设想为一个渐进的、多阶段的过程，以确保稳定性和向后兼容性。Vitalik Buterin 概述的这种方法旨在实现进化，而不是革命。

拟议的从 EVM 到 RISC-V 的过渡远远超出了核心协议，对整个以太坊生态系统产生了深远的连锁反应。它有望重塑开发人员的体验，从根本上改变 Layer-2 解决方案的竞争格局，并为证明解锁新的经济模型。

L1 上执行层转移到 RISC-V 将对两种主要的 Rollup 类别产生深远且不同的影响。

Optimistic Rollup（Arbitrum、Optimism）面临着根本的架构挑战。它们的安全性模型基于通过在 L1 EVM 上重新执行有争议的交易来解决欺诈证明的能力。如果 L1 EVM 被替换，则整个模型都会崩溃。这些项目将面临一个严峻的选择：进行大量的工程工作以设计一个针对新的 L1 VM 的新欺诈证明系统，或者完全脱离以太坊的安全模型。

相比之下，ZK Rollup 获得了巨大的战略优势。绝大多数已经 converging 在 RISC-V 上作为其内部 ISA。一种说同一种母语的 L1 将能够实现更紧密和更高效的集成。Justin Drake 描述了一个“原生 rollup”的未来，其中 L2 本质上是 L1 自身执行环境的一个专门实例，使用规定的 L1 VM 进行无缝结算。这种对齐将：

对于那些在以太坊上构建的人来说，过渡有望是进化式的，而不是破坏性的。

RISC-V 的理论优势已经通过 Succinct Labs 等团队的实践得到了证明。他们的工作是整个提案的有力案例研究。

Succinct 的 SP1 是一个基于 RISC-V 构建的高性能开源 zkVM，它验证了新的架构方法。它的“以预编译为中心”的理念完美地说明了如何解决 EVM 的加密瓶颈。SP1 没有依赖于缓慢的、硬编码的预编译，而是将 Keccak 哈希等密集型操作分流到通过标准 ECALL 指令调用的经过专门优化的 ZK 电路。这提供了自定义硬件的性能和软件的灵活性。

@SuccinctLabs SP1 Hypercube 实时以太坊证明就在这里。

实际影响已经可见。OP Succinct 产品使用 SP1 来“ZK-ify”Optimistic Rollup。正如 Succinct 的联合创始人 Uma Roy 解释的那样：

这解决了整个 OP Stack 生态系统的一个主要痛点。此外，Succinct 的基础设施——Succinct Prover Network——被设计为一个用于证明生成的去中心化市场，展示了可验证计算的未来可行经济模型。他们的工作不仅仅是一个概念验证；它是本文中描述的未来的一个可行蓝图。

RISC-V 的一个关键优势在于，它使形式验证（通过数学方式证明系统的正确性）这一圣杯成为一个可以实现的目标。EVM 在黄皮书中以自然语言指定，因此很难形式化。相比之下，RISC-V 具有官方的、机器可读的 SAIL 规范，该规范为其行为提供了一个明确的“黄金参考”。

这为实现更强的安全性提供了清晰的途径。正如以太坊基金会的 Alex Hicks 指出的那样，正式“根据提取到 Lean 中的官方 RISC-V 规范验证 zkVM RISC-V 电路”的工作已经在进行中。这是一个巨大的进步，将信任从容易出错的人工实现转移到可验证的数学证明。

尽管 RISC-V 具有优势，但基于 RISC-V 的 L1 引入了新的且令人生畏的挑战。

前进的道路需要一个多层防御策略。

用 RISC-V 替换以太坊虚拟机的提案代表了对网络未来的一个关键且大胆的愿景。它不仅仅是一个增量升级，而是以太坊执行层的根本性重新架构，旨在解决根深蒂固的可扩展性瓶颈、简化协议复杂性，并将平台与更广泛的通用计算世界保持一致。虽然这条道路充满了巨大的技术和社会挑战，但长期战略利益足以证明这项雄心勃勃的尝试是合理的。

过渡取决于一组核心权衡：ZK 原生架构的巨大性能提升与向后兼容性的关键需求；更简单协议的安全性优势与 EVM 庞大网络效应的惯性；以及通用生态系统的力量与依赖复杂第三方工具链的风险。

最终，这种架构转变是实现更广泛的“精益以太坊”愿景的“精益执行”承诺的关键。它将 L1 从一个简单的智能合约平台转变为一个高效且安全的结算和数据可用性层，专门用于支持可验证计算的领域。旅程是漫长的，但方向是明确的。正如 Vitalik Buterin 所说，最终目标是：

Ethproofs 等举措提供了客观数据和协作论坛，这是驾驭这条道路所必需的，而 Succinct Labs 等团队及其 SP1 zkVM 的实际实施则为这个未来是什么样子提供了一个可行的蓝图。通过拥抱 RISC-V，以太坊不仅解决了自身的可扩展性瓶颈；它还在将自己定位为下一代互联网的基础信任层，该层由哈希和签名之后的第三个伟大的加密原语提供支持：SNARK。

证明世界的软件 。

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