Ethereum может ожидать крупнейшее обновление в истории: EVM отключается, управление переходит к RISC-V

Оригинальное название: Goodbye EVM, Hello RISC-V

Автор: jaehaerys.eth, крипто-исследователь

Перевод: TechFlow

Резюме

Ethereum готовится к самой важной архитектурной трансформации с момента своего создания: замене EVM на RISC-V.

Причина проста — в будущем, где доминируют zero-knowledge (ZK) технологии, EVM стал узким местом по производительности:

· Текущие zkEVM зависят от интерпретатора, что приводит к замедлению производительности в 50–800 раз;

· Предкомпилированные модули усложняют протокол и увеличивают риски;

· 256-битная стековая архитектура крайне неэффективна при генерации доказательств.

Решение от RISC-V:

· Минималистичный дизайн (около 47 базовых инструкций) + зрелая экосистема LLVM (поддержка Rust, C++, Go и др.);

· Уже стал де-факто стандартом zkVM (90% проектов используют его);

· Имеет официальную спецификацию SAIL (в отличие от нечеткой Yellow Paper) → строгая верификация реализации;

· Аппаратные пути доказательств (ASICs/FPGAs) уже тестируются (SP1, Nervos, Cartesi и др.).

Процесс миграции делится на три этапа:

· Замена на RISC-V в качестве предкомпилированного модуля (низкорисковое тестирование);

· Эпоха двух виртуальных машин: EVM и RISC-V сосуществуют и полностью совместимы;

· Реализация EVM внутри RISC-V (стратегия Rosetta).

Влияние на экосистему:

· Optimistic Rollup (например, Arbitrum и Optimism) должны будут перестроить механизм fraud proofs;

· ZK Rollup (например, Polygon, zkSync, Scroll) получат огромное преимущество → дешевле, быстрее, проще;

· Разработчики смогут использовать библиотеки на Rust, Go и Python прямо на L1;

· Пользователи получат примерно в 100 раз меньшие издержки на доказательства → путь к Gigagas L1 (~10,000 TPS).

В конечном итоге Ethereum эволюционирует из «виртуальной машины для смарт-контрактов» в минималистичный, верифицируемый слой доверия для интернета, с конечной целью — «ZK-Snark-ифицировать всё».

Перекресток Ethereum

Виталик Бутерин однажды сказал: «Финальная цель — ...ZK-Snark-ифицировать всё».

Финал zero-knowledge доказательств (ZK) неизбежен, и его суть проста: Ethereum перестраивается с нуля на основе zero-knowledge доказательств. Это знаменует собой технологическую финальную точку протокола — реконструкция L1, приводимая в движение высокопроизводительным zkVM, поддерживаемым ключевыми командами разработчиков (например, Succinct).

С этим видением Ethereum стоит на пороге самой важной архитектурной трансформации с момента своего создания. Речь уже не о постепенных апгрейдах, а о полном пересмотре вычислительного ядра — замене Ethereum Virtual Machine (EVM). Этот шаг — краеугольный камень более широкой концепции «Lean Ethereum».

Видение Lean Ethereum направлено на системное упрощение всего протокола, разделяя его на три ключевых модуля: Lean Consensus, Lean Data и Lean Execution. В центре вопросов Lean Execution — главный: стала ли EVM, как движок революции смарт-контрактов, главным узким местом для будущего развития Ethereum?

Как отметил Джастин Дрейк из Ethereum Foundation, долгосрочная цель Ethereum всегда заключалась в том, чтобы «Snark-ифицировать всё» (Snarkify everything) — мощный инструмент для усиления всех слоев протокола. Однако долгое время эта цель казалась недостижимой «голубой мечтой», поскольку требовала концепции real-time proving. Теперь, когда это становится реальностью, теоретическая неэффективность EVM превращается в острую практическую проблему.

В этой статье подробно анализируются технические и стратегические аргументы в пользу миграции Ethereum L1 на архитектуру команд RISC-V (ISA). Этот шаг обещает не только беспрецедентную масштабируемость, но и упрощение структуры протокола, а также синхронизацию Ethereum с будущим верифицируемых вычислений.

Что же изменилось?

Прежде чем обсуждать «почему», нужно четко понять, «что» меняется.

EVM (Ethereum Virtual Machine) — среда выполнения смарт-контрактов Ethereum, называемая «мировым компьютером», обрабатывающим транзакции и обновляющим состояние блокчейна. Долгое время её дизайн был революционным и заложил основу для появления DeFi и NFT. Однако эта кастомная архитектура, созданная почти десять лет назад, накопила значительный технический долг.

В отличие от этого, RISC-V — не продукт, а открытый стандарт: бесплатный, универсальный «алфавит» для проектирования процессоров. Как подчеркнул Джереми Брюстл на конференции Ethproofs, его ключевые принципы делают его отличным выбором для этой роли:

· Минимализм: Базовый набор инструкций RISC-V крайне прост — всего около 40–47 команд. Как отметил Джереми, это делает его «почти идеальным для нашего случая использования супер-минималистичной универсальной машины».

· Модульный дизайн: Более сложные функции добавляются через опциональные расширения. Это критически важно, так как позволяет ядру оставаться простым, а функциональность расширять по мере необходимости, не усложняя базовый протокол.

· Открытая экосистема: RISC-V поддерживается огромной и зрелой цепочкой инструментов, включая компилятор LLVM, что позволяет разработчикам использовать такие языки, как Rust, C++ и Go. Как отметил Джастин Дрейк: «Вокруг компиляторов есть огромная инфраструктура, а их создание крайне сложно... поэтому ценность этих инструментов очень высока». RISC-V позволяет Ethereum бесплатно унаследовать эти инструменты.

Проблема издержек интерпретатора

Причина замены EVM — не один конкретный недостаток, а совокупность фундаментальных ограничений, которые в будущем с доминированием zero-knowledge доказательств игнорировать невозможно. Это и узкие места производительности в ZK-системах, и растущая сложность внутри протокола, увеличивающая риски.

Самый острый драйвер трансформации — врожденная неэффективность EVM в zero-knowledge доказательствах. По мере перехода Ethereum к модели валидации состояния L1 через ZK-доказательства производительность доказателей становится главным узким местом.

Проблема в том, как работают текущие zkEVM. Они доказывают не саму EVM, а её интерпретатор, который, в свою очередь, компилируется в RISC-V. Виталик Бутерин прямо указывает на суть проблемы:

«...Если реализация zkVM заключается в компиляции исполнения EVM в код, который в итоге становится RISC-V, почему бы не дать разработчикам смарт-контрактов прямой доступ к RISC-V? Это полностью избавит от издержек внешней виртуальной машины».

Этот дополнительный слой интерпретации приводит к огромным потерям производительности. Оценки показывают, что по сравнению с доказательством нативных программ этот слой может замедлять работу в 50–800 раз. Даже после оптимизации других узких мест (например, перехода на Poseidon hash) «исполнение блока» всё равно занимает 80–90% времени доказательства, делая EVM финальным и самым сложным барьером для масштабирования L1. Удалив этот слой, Виталик ожидает прирост эффективности примерно в 100 раз.

Ловушка технического долга

Чтобы компенсировать низкую производительность EVM в криптографических операциях, Ethereum ввёл предкомпилированные контракты — специализированные функции, встроенные прямо в протокол. Хотя это было прагматичным решением, сейчас оно приводит к тому, что Виталик Бутерин называет «плохой» ситуацией:

«Предкомпиляции для нас катастрофичны... Они сильно раздули доверенный код Ethereum... и уже несколько раз приводили к почти фатальным проблемам с консенсусом».

Сложность поражает. Виталик приводит пример: обёрточный код для одного предкомпилированного контракта (например, modexp) сложнее, чем весь интерпретатор RISC-V, а логика предкомпиляции ещё более запутанная. Добавление новых предкомпиляций требует медленного и политически сложного процесса хардфорка, что тормозит инновации в приложениях, нуждающихся в новых криптографических примитивах. Виталик делает однозначный вывод:

«Я считаю, что нам нужно прекратить добавлять новые предкомпиляции с сегодняшнего дня».

Архитектурный технический долг Ethereum

Ядро EVM отражает приоритеты прошлого, но не соответствует современным вычислительным требованиям. EVM выбрала 256-битную архитектуру для работы с криптографическими значениями, но для обычных 32- или 64-битных целых чисел в смарт-контрактах это крайне неэффективно. В ZK-системах эта неэффективность особенно дорога. Как объясняет Виталик:

«При использовании меньших чисел ресурсы не экономятся, а сложность увеличивается в 2–4 раза».

Кроме того, стековая архитектура EVM менее эффективна, чем регистровая архитектура RISC-V и современных CPU. Она требует больше инструкций для выполнения тех же операций и усложняет оптимизацию компиляторов.

Все эти проблемы — узкие места ZK-доказательств, сложность предкомпиляций и устаревшие архитектурные решения — составляют убедительный и срочный аргумент: Ethereum должен выйти за пределы EVM и принять более подходящую для будущего технологию.

План RISC-V: переосмысление будущего Ethereum на прочной основе

Преимущество RISC-V не только в недостатках EVM, но и во внутренней силе его философии дизайна. Архитектура RISC-V обеспечивает надёжную, простую и верифицируемую основу, идеально подходящую для высокорискованной среды Ethereum.

Почему открытый стандарт лучше кастомного дизайна?

В отличие от кастомных ISA, требующих создания всей экосистемы с нуля, RISC-V — зрелый открытый стандарт с тремя ключевыми преимуществами:

Зрелая экосистема

Используя RISC-V, Ethereum может воспользоваться десятилетиями коллективного прогресса в компьютерных науках. Как объясняет Джастин Дрейк, это даёт Ethereum прямой доступ к мировым инструментам:

«Есть инфраструктурный компонент LLVM — цепочка компиляторов, позволяющая компилировать высокоуровневые языки в разные целевые платформы. Одна из них — RISC-V. Поддерживая RISC-V, вы автоматически поддерживаете все языки, поддерживаемые LLVM».

Это значительно снижает порог входа, позволяя миллионам разработчиков, знакомых с Rust, C++ и Go, быстро включаться в работу.

Минималистичная философия дизайна Минимализм RISC-V — осознанная особенность, а не ограничение. Базовый набор инструкций — всего около 47 команд, что делает ядро виртуальной машины крайне простым. Такая простота значительно повышает безопасность, так как меньший доверенный код легче аудировать и формально верифицировать.

Де-факто стандарт в сфере zero-knowledge доказательств Ещё важнее — zkVM-экосистема уже сделала свой выбор. Как отмечает Джастин Дрейк, данные Ethproofs показывают явную тенденцию:

«RISC-V — ведущая ISA для zkVM».

Из десяти zkVM, способных доказывать блоки Ethereum, девять выбрали RISC-V как целевую архитектуру. Такой рыночный консенсус — сильный сигнал: Ethereum, внедряя RISC-V, не экспериментирует, а присоединяется к признанному стандарту, на котором строится zero-knowledge будущее.

Рождён для доверия, не только для исполнения

Помимо широкой экосистемы, внутренняя архитектура RISC-V особенно подходит для построения безопасных и верифицируемых систем. Во-первых, у RISC-V есть формализованная, машинно-читаемая спецификация — SAIL. В отличие от EVM, спецификация которой изложена в текстовой Yellow Paper, это огромный шаг вперёд. Yellow Paper содержит неоднозначности, а SAIL даёт «золотой стандарт», поддерживающий математические доказательства корректности — критически важно для защиты ценных протоколов. Как отметил Алекс Хикс из Ethereum Foundation на Ethproofs, это позволяет zkVM-цепям напрямую «верифицироваться с официальной спецификацией RISC-V». Во-вторых, RISC-V включает привилегированную архитектуру — часто игнорируемую, но важную для безопасности. Она определяет разные уровни операций: пользовательский режим (для недоверенных приложений, например, смарт-контрактов) и режим супервизора (для доверенного «ядра исполнения»). Диего из Cartesi подробно объясняет:

«Операционная система должна защищать себя от других программ. Она должна изолировать разные программы друг от друга, и все эти механизмы — часть стандарта RISC-V».

В архитектуре RISC-V смарт-контракты, работающие в пользовательском режиме (User Mode), не могут напрямую обращаться к состоянию блокчейна. Вместо этого они используют специальную инструкцию ECALL для обращения к доверенному ядру, работающему в режиме супервизора (Supervisor Mode). Такой механизм создаёт аппаратно обеспеченную границу безопасности, более надёжную и легко верифицируемую, чем программная песочница EVM.

Видение Виталика

Эта трансформация задумана как постепенный, многоэтапный процесс для обеспечения стабильности системы и обратной совместимости. Как объясняет Виталик Бутерин, такой подход нацелен на «эволюционное» развитие, а не радикальную «революцию».

Шаг первый: замена предкомпиляций

Начальный этап — самый консервативный: внедрение ограниченной функциональности новой виртуальной машины (VM). Как предлагает Виталик Бутерин: «Мы можем начать с использования новой VM в ограниченных сценариях, например, для замены предкомпиляций». То есть, новые предкомпиляции EVM больше не добавляются, а необходимые функции реализуются через одобренные по белому списку программы на RISC-V. Такой подход позволяет тестировать новую VM в основной сети с низким риском, при этом клиенты Ethereum выступают посредниками между двумя средами исполнения.

Шаг второй: сосуществование двух виртуальных машин

Следующий этап — «открыть новую VM напрямую для пользователей». Смарт-контракты могут указывать, их байткод — EVM или RISC-V. Ключевая особенность — бесшовная совместимость: «Оба типа контрактов могут вызывать друг друга». Это реализуется через системные вызовы (ECALL), позволяя двум VM работать в одной экосистеме.

Шаг третий: EVM как эмулируемый контракт («стратегия Rosetta»)

Финальная цель — максимальное упрощение протокола. На этом этапе «мы реализуем EVM как одну из реализаций новой VM». Стандартизированная EVM станет формально верифицированным смарт-контрактом, работающим на нативном RISC-V L1. Это гарантирует вечную поддержку старых приложений и позволяет разработчикам клиентов поддерживать только один упрощённый движок исполнения, снижая сложность и издержки на обслуживание.

Эффект домино для экосистемы

Переход от EVM к RISC-V — не только изменение ядра протокола, но и глубокое влияние на всю экосистему Ethereum. Эта трансформация не только изменит опыт разработчиков, но и радикально перекроит конкурентную среду Layer-2 решений и откроет новые экономические модели верификации.

Перепозиционирование Rollup: противостояние Optimistic и ZK

Внедрение RISC-V на уровне L1 по-разному повлияет на два основных типа Rollup.

Optimistic Rollup (например, Arbitrum, Optimism) сталкиваются с архитектурными вызовами. Их модель безопасности основана на повторном исполнении спорных транзакций через L1 EVM для fraud proofs. Если EVM на L1 будет заменён, эта модель рухнет. Проектам придётся либо кардинально переработать fraud proof под новую VM, либо полностью отказаться от модели безопасности Ethereum.

В отличие от этого, ZK Rollup получат стратегическое преимущество. Большинство ZK Rollup уже используют RISC-V как внутреннюю ISA. L1, «говорящий на том же языке», позволит им интегрироваться теснее и эффективнее. Джастин Дрейк описывает будущее «нативных Rollup»: L2 становится специализированным экземпляром среды исполнения L1, используя встроенную VM для бесшовных расчётов. Это приведёт к следующим изменениям:

· Упрощение стека технологий: L2-командам больше не нужно строить сложные мосты между внутренней RISC-V средой и EVM.

· Повторное использование инструментов и кода: Компиляторы, отладчики и инструменты формальной верификации, разработанные для L1 RISC-V, могут использоваться L2 напрямую, снижая издержки разработки.

· Выравнивание экономических стимулов: Gas-фии L1 будут точнее отражать реальные издержки ZK-доказательств на базе RISC-V, формируя более справедливую экономическую модель.

Новая эра для разработчиков и пользователей

Для разработчиков Ethereum этот переход будет постепенным, а не разрушительным.

Разработчики получат доступ к более широкой и зрелой экосистеме ПО. Как отмечает Виталик Бутерин, они смогут «писать контракты на Rust, и эти опции будут сосуществовать». При этом он прогнозирует, что «Solidity и Vyper останутся популярными благодаря элегантности для логики смарт-контрактов». Использование популярных языков и их библиотек через LLVM станет революционным. Виталик сравнивает это с «опытом NodeJS», когда разработчик пишет и on-chain, и off-chain код на одном языке.

Для пользователей это приведёт к снижению издержек и росту производительности сети. Ожидается, что стоимость доказательств снизится примерно в 100 раз — с нескольких долларов до центов за транзакцию. Это напрямую уменьшит комиссии L1 и L2. Такая экономическая эффективность откроет путь к «Gigagas L1» с целью ~10,000 TPS, что подготовит почву для более сложных и ценных on-chain приложений.

Succinct Labs и SP1: строя доказуемое будущее уже сегодня

Ethereum готовится к рывку. «Масштабировать L1, масштабировать блоки» — стратегическая задача внутри EF Protocol Cluster. Ожидается значительный прирост производительности в ближайшие 6–12 месяцев.

Команды вроде Succinct Labs уже на практике демонстрируют теоретические преимущества RISC-V, делая их убедительным кейсом для этого предложения.

SP1 от Succinct Labs — высокопроизводительный, open-source zkVM на базе RISC-V, доказывающий жизнеспособность нового архитектурного подхода. SP1 реализует философию «precompile-centric», идеально решая криптографические узкие места EVM. В отличие от традиционных медленных и жёстко закодированных предкомпиляций, SP1 выносит ресурсоёмкие операции (например, Keccak hash) в специально оптимизированные ZK-цепи, вызываемые через стандартную инструкцию ECALL. Такой подход сочетает производительность кастомного железа с гибкостью ПО, предоставляя разработчикам эффективное и масштабируемое решение.

Практическое влияние Succinct Labs уже заметно. Их продукт OP Succinct использует SP1 для добавления zero-knowledge доказательств (ZK-ify) в Optimistic Rollups. Как объясняет сооснователь Uma Roy:

«Rollup на OP Stack больше не нужно ждать семь дней для финального подтверждения и вывода средств... Теперь подтверждение занимает всего час. Это потрясающее ускорение».

Этот прорыв решает ключевую боль всего OP Stack. Кроме того, инфраструктура Succinct — Succinct Prover Network — задумана как децентрализованный рынок генерации доказательств, демонстрируя жизнеспособную экономическую модель для будущих верифицируемых вычислений. Их работа — не просто proof-of-concept, а реальный план будущего, как описано в этой статье.

Как Ethereum снижает риски

Одно из главных преимуществ RISC-V — достижимость «святого Грааля» формальной верификации: математическое доказательство корректности системы. Спецификация EVM написана на естественном языке в Yellow Paper, что затрудняет формализацию. У RISC-V есть официальная, машинно-читаемая спецификация SAIL, дающая чёткий «золотой стандарт» поведения.

Это открывает путь к большей безопасности. Как отмечает Алекс Хикс из Ethereum Foundation, уже ведётся работа по «формальной верификации zkVM RISC-V цепей с официальной спецификацией RISC-V, импортированной в Lean». Это веха, переводящая доверие от ошибочных человеческих реализаций к верифицируемым математическим доказательствам, открывая новые горизонты безопасности блокчейна.

Ключевые риски трансформации

Несмотря на многочисленные преимущества RISC-V L1, он приносит и новые сложные вызовы.

Проблема измерения Gas

Создание детерминированной и справедливой модели Gas для универсальной ISA — нерешённая задача. Простое подсчёт инструкций уязвим для DoS-атак: злоумышленник может создать программу, многократно вызывающую промахи кэша, расходуя много ресурсов за минимальный Gas. Это угрожает стабильности сети и экономической модели.

Безопасность инструментов и проблема «воспроизводимых сборок»

Это самый важный и недооценённый риск трансформации. Модель безопасности смещается с on-chain VM на off-chain компиляторы (например, LLVM), которые сложны и содержат известные уязвимости. Атакующий может использовать баги компилятора, превращая безобидный исходник в вредоносный байткод. Кроме того, обеспечение полного совпадения on-chain бинарника с открытым исходником («воспроизводимая сборка») крайне сложно: малейшие различия в окружении приводят к разным бинарникам, что подрывает прозрачность и доверие. Эти проблемы — серьёзный вызов для безопасности разработчиков и пользователей.

Стратегии смягчения

Дальнейший путь требует многоуровневой защиты.

Постепенное внедрение

Пошаговый, многоэтапный план перехода — ключевая стратегия снижения рисков. Сначала внедряя RISC-V как замену предкомпиляций, затем работая в среде двух VM, сообщество может накапливать опыт и уверенность в условиях низкого риска, избегая необратимых изменений. Такой постепенный подход обеспечивает стабильную основу для технологической трансформации.

Комплексный аудит: fuzzing и формальная верификация

Хотя формальная верификация — конечная цель, её нужно сочетать с постоянным интенсивным тестированием. Как показал Валентин из Diligence Security на звонке Ethproofs, их инструмент Argus уже обнаружил 11 критических уязвимостей целостности и корректности в ведущих zkVM. Это доказывает, что даже лучшие системы могут содержать баги, выявляемые только агрессивным тестированием. Сочетание fuzzing и формальной верификации даёт максимальную безопасность.

Стандартизация

Чтобы избежать фрагментации экосистемы, сообществу нужно выбрать единую стандартную конфигурацию RISC-V. Скорее всего, это будет комбинация RV64GC и совместимого с Linux ABI, так как она наиболее поддерживается языками и инструментами, максимизируя преимущества новой экосистемы. Стандартизация повысит эффективность разработчиков и заложит фундамент для долгосрочного развития.

Верифицируемое будущее Ethereum

Предложение заменить Ethereum Virtual Machine (EVM) на RISC-V — не просто постепенный апгрейд, а фундаментальная перестройка слоя исполнения Ethereum. Эта амбициозная концепция нацелена на решение глубинных проблем масштабируемости, упрощение протокола и синхронизацию платформы с широкой экосистемой универсальных вычислений. Несмотря на огромные технические и социальные вызовы, долгосрочные стратегические выгоды оправдывают столь смелое начинание.

Трансформация фокусируется на ряде ключевых компромиссов:

· Баланс между огромным приростом производительности ZK-нативной архитектуры и необходимостью обратной совместимости;

· Компромисс между безопасностью, достигаемой упрощением протокола, и инерцией сетевого эффекта EVM;

· Выбор между мощью универсальной экосистемы и рисками, связанными с зависимостью от сложных сторонних инструментов.

В конечном итоге эта архитектурная трансформация станет ключом к реализации обещания Lean Execution и важной частью видения Lean Ethereum. Она превратит L1 Ethereum из простой платформы для смарт-контрактов в эффективный и безопасный слой расчётов и доступности данных, предназначенный для поддержки огромного мира верифицируемых вычислений.

Как говорит Виталик Бутерин, «финальная цель — ...ZK-snark-ифицировать всё».

Такие проекты, как Ethproofs, предоставляют объективные данные и платформу для сотрудничества, а команда Succinct Labs с их SP1 zkVM предлагает реальный план для этого будущего. Приняв RISC-V, Ethereum не только решает проблему масштабируемости, но и становится базовым слоем доверия для следующего поколения интернета — на базе третьего криптографического примитива после хэшей и подписей — SNARK.

Доказательство программного обеспечения мира — начало новой криптоэры.

Узнать больше: