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; j9 V* W8 h2 n. Z$ m( x2 U# T4 t3 ?
以太坊旨在成为全球账本,需要可扩展性和韧性。本文聚焦协议简单性的重要性,提出通过简化共识层(3-slot 最终性、STARK 聚合)和执行层(替换 EVM 为 RISC-V 6 Z9 }7 _) ?$ B* n# z
: c" e4 Z+ R4 Y或类似虚拟机)大幅降低复杂性,减少开发成本、错误风险和攻击面。建议通过向后兼容策略(如链上 EVM 解释器)平滑过渡,并统一纠删码、序列化格式(SSZ)和树结: r+ K% Y+ A" ]8 w0 h
: W6 n( R, q& M0 o) U& U4 b& Z$ f构以进一步简化。目标是让以太坊共识关键代码接近比特币的简单性,提升韧性和参与度,需文化上重视简单性并设定最大代码行数目标。
9 L$ m* A3 o9 i( j7 J
5 T# J; M" h: f4 s+ j) Y4 n! h 以太坊的目标是成为全球账本:存储人类文明资产与记录的平台,服务于金融、治理、高价值数据认证等领域。这需要两方面的支持:可扩展性与韧性。Fusaka 硬分叉
5 R1 Z# b, I$ _4 u( g3 j+ a- \# O8 R( C } a8 i
计划将 L2 数据的可用空间增加 10 倍,而当前提议的 2026 年路线图也计划为 L1 层带来类似的大幅提升。与此同时,以太坊已完成向权益证明(PoS)的过渡,客户端多样
1 d/ g0 g9 l! u4 n8 P/ \1 w$ t
- h" ` ~! O' C0 V; B0 c* ^; u性迅速提升,零知识(ZK)验证、量子抗性研究也在稳步推进,应用生态日益稳健。
. x+ p1 S3 D; L( m6 y! n- g- Z
; y2 m5 N2 n0 U" [$ `# m8 C 本文旨在聚焦一个同样重要却易被低估的韧性(乃至可扩展性)要素:协议的简单性。% |& I/ a7 T; n6 ~% R% o0 {
; J. T' w. y( \9 V7 f2 ` 比特币协议最令人赞叹之处在于其优雅的简洁性:8 T+ r! a# O4 z4 T$ q: M$ {
) y4 v( F0 i3 [: n$ p
( Z7 R% q2 S% W9 E3 `! i. { 1. 存在一条由区块组成的链,每个区块通过哈希与前一区块相连。$ P# M: ?0 {5 T+ b, k
3 y5 |# d4 |& }% m 2. 区块的有效性通过工作量证明(PoW)验证,即检查哈希值的前几位是否为零。
- p- u( s5 k z; u* Z0 r$ g
6 L$ d V6 i2 N1 _- g 3. 每个区块包含交易,交易花费的币要么来自挖矿奖励,要么来自之前的交易输出。- H" _6 e! y4 q1 j
! B% U8 p2 s/ A* N 仅此而已!即便是一个聪明的高中生也能完全理解比特币协议的运作,而一个程序员甚至可以将其作为业余项目编写一个客户端。
3 g0 c% I) X7 J# j j% A- d, F, @, V
, V5 W! y# g0 Z% D 协议的简单性为比特币(以及以太坊)成为可信、中立的全球基础层带来了诸多关键优势:1 m4 p e: c) P: A* _" V- l+ s. n* u
* }( A7 w0 z- t, N" E 1. 易于理解:降低协议的复杂性,让更多人能够参与协议研究、开发和治理,减少技术精英阶层主导的风险。/ {, @! s) r5 u' z7 l/ a) F9 C
2 e2 D9 W" Z: Y
2. 降低开发成本:简化协议大幅降低创建新基础设施(如新客户端、证明器、开发者工具等)的成本。
, Q% v% I& G R9 B
$ Z( G- @# Z: J- p 3. 减少维护负担:降低长期协议维护的成本。
! F% z! N/ Z7 V& C6 Z" @$ W
% H9 d& o/ C; U% g 4. 减少错误风险:降低协议规范及实现中发生灾难性错误的可能性,同时便于验证不存在此类错误。
+ T9 J- u" A) s, B
. t7 z) H% K/ J8 t& O* o1 v0 ^ 5. 缩小攻击面:减少协议的复杂组件,降低被特殊利益集团攻击的风险。; @1 _7 S* A" G7 F' I1 U: W
: m J `, W& d. U7 X
历史上,以太坊(有时因我个人的决策)常常未能保持简单,导致开发成本过高、安全风险增加以及研发文化的封闭性,而这些复杂性追求的收益往往被证明是虚幻的。+ Z& [+ F+ |, t+ G) u3 Z0 m
4 P7 K% x. z$ V& P本文将探讨五年后的以太坊如何接近比特币的简单性。
9 p b d3 @+ B) ?' \" b# W) X; l8 o* \* P' {- j9 q0 c
简化共识层" a0 z- a7 J5 o. v/ d, D5 d9 `
' l, x D- P7 D7 b' J; T+ M
: k& ~' @7 r, Y) _# A" d/ R- O
% U' |) m1 d% d% o2 E 新的共识层设计(历史上称为 “信标链”)旨在利用过去十年在共识理论、ZK-SNARK 开发、质押经济等领域的经验,构建一个长期最优且更简单的共识层。
. r, N* {) G. k% y6 j0 W# B
' Y9 Y; S; E/ V相比现有信标链,新设计显著简化:6 {& h1 ^ N4 D
' E( }: @& F& l: J 1. 3-slot 最终性设计:移除槽(slot)、周期(epoch)、委员会重组等概念,以及相关的高效处理机制(如同步委员会)。 3-slot 最终性的基本实现仅需8 G, @9 v6 {) E: c7 R; t5 ~% l
! b1 P% p: Q$ v; m; p约 200 行代码,且相比 Gasper,安全性接近最优。$ A4 q' Y- ~5 q1 N1 x1 N/ c# `/ a
# M* E, w F: b- R
2. 减少活跃验证者数量:允许使用更简单的分叉选择规则实现,增强安全性。$ g# U; U( x' b
! A( {/ `2 t3 ]% |6 O 3. 基于 STARK 的聚合协议:任何人都可成为聚合者,无需信任聚合者或为重复位域支付高昂费用。聚合密码学的复杂性较高,但其复杂性被高度封装,6 ^) H( \" t& H' b
/ P4 Y" {: `. V( M
系统性风险较低。
9 c9 e! U9 T8 O! _$ V
1 K: F \9 ^1 C) F 4. 简化 P2P 架构:上述因素可能支持更简单、更稳健的点对点网络架构。5 G8 k5 \" v5 L! _2 d
) B0 {, K: `1 Z( k j* Z! x) N# Y 5. 重新设计验证者机制:包括进入、退出、提款、密钥转换、 inactivity leak 等机制,简化代码行数并提供更清晰的保证(如弱主观性周期)。
* M! T' [1 i, z, [1 P! E. M6 D* p( E& H0 N. z+ u& R
共识层的优势在于其与 EVM 执行层相对独立,因此有较大空间持续改进。更大的挑战在于如何在执行层实现类似简化。
5 I9 ^ `( W. Z8 h( N1 I# [) K4 w/ a7 M! }
简化执行层/ ~/ s3 A5 R7 V- N0 z
; R) m/ s! N; p2 E5 g8 w" F: `" y
EVM 的复杂性日益增加,且许多复杂性被证明无必要(部分因我个人决策失误):256 位虚拟机过度优化了如今已逐渐过时的特定密码学形式,预编译# v5 q- g/ j) u
. k. t- Q) C( e& F! [0 w f! a(precompiles)为单一用例优化却鲜被使用。! f0 M: T. G4 C- ^% _+ t
- V9 q$ S* R% p9 m W! w+ l, S 逐一解决这些问题效果有限。例如,移除 SELFDESTRUCT 操作码耗费巨大努力,却仅带来较小收益。近期关于 EOF(EVM Object Format)的争论也显% r- B3 G- M2 M, a( `% r& ^" G
. G1 f0 o! p+ ~- v5 |8 \示出类似挑战。# y% k: O' Y. `9 ^
; `4 i% \3 f) u3 [8 K
我最近提出一个更激进的方案:与其对 EVM 进行中等规模(但仍具破坏性)的更改以换取 1.5 倍的收益,不如向一个更优、更简单的虚拟机过渡,以* k6 Z! L, Y. N
/ b/ d5 U. `+ \( z1 s6 K% }$ X- S9 D# W
实现 100 倍的收益。类似于 “合并”(The Merge),我们减少破坏性变更的次数,但使每次变更更具意义。具体而言,我建议将 EVM 替换为 RISC-V,或
; J9 T% R5 U1 P7 m4 t1 u! a. n
6 ?! T+ \; P5 T" `: Q( ?( ^以太坊 ZK 证明器使用的另一种虚拟机。这将带来: Y6 ]* d9 w# `
# F3 V% E, b- ^4 H) p* o 1. 效率大幅提升:智能合约执行(在证明器中)无需解释器开销,直接运行。Succinct 的数据显示在许多场景下性能可提升 100 倍以上。( a4 _' Z0 s6 G* i1 m, H
+ Y* O; T. p1 ?6 Y l 2. 简单性大幅改进:RISC-V 规范相比 EVM 极其简单,替代方案(如 Cairo)同样简洁。5 h9 ?3 u0 |0 p, W
8 N6 r& X1 Y+ S; B5 B' S4 o 3. 支持 EOF 的动机:如代码分区、更友好的静态分析、更大代码大小限制等。
3 n/ \% f* t; X; R; G! V2 f4 x; G* c- s
4. 更多开发者选择:Solidity 和 Vyper 可添加后端以编译到新虚拟机。若选择 RISC-V,主流语言开发者也能轻松将代码移植到该虚拟机。( {3 c* ]+ m) u+ f; A
$ H/ e1 i% i6 s0 s9 i1 \" s$ r 5. 移除大部分预编译:可能仅保留高度优化的椭圆曲线操作(量子计算机普及后连这些也将消失)。0 N. Y6 Z4 u8 e R" B; |: C
3 b0 H9 C6 X: S- c4 j# k! c4 i3 R
主要缺点是,与已准备就绪的 EOF 不同,新虚拟机的收益需较长时间惠及开发者。我们可通过短期实施高价值的 EVM 改进(如增加合约代码大小限制、
' `. Z4 i8 D6 H& C% i# b# Z0 G @4 z8 A6 h2 \; z. g! R
支持 DUP/SWAP17–32)来缓解这一问题。; x+ w! ]1 {& U$ x
# a6 A6 v4 [2 l* `4 l$ I4 S 这将带来更简单的虚拟机。核心挑战在于:如何处理现有的 EVM?' A. h3 |7 X0 ^( {" j
/ X: E# `8 y' b, w# S 虚拟机过渡的向后兼容策略
& r: Q d* V3 }$ K0 x7 k3 h" c# W6 V$ |5 a
简化(或在不增加复杂性的前提下改进)EVM 的最大挑战在于如何平衡目标实现与现有应用的向后兼容性。/ u0 e; F( c7 ]$ C6 G. `+ C
3 V8 S+ ]6 J1 }( }
首先需要明确:以太坊代码库(即使在单一客户端内)并非只有一种定义方式。
+ Z4 w9 F$ I: E) M9 L3 r2 H x' c# z1 O1 }6 S& F; `6 e
/ v, ~, J: h% v; S9 x 目标是尽量缩小绿色区域:节点参与以太坊共识所需的逻辑,包括计算当前状态、证明、验证、FOCIL(分叉选择规则)及 “普通” 区块构建。
. ^+ _" I/ H+ {1 f
8 |, y4 B8 a1 p2 I- y 橙色区域无法减少:若协议规范移除或更改某执行层功能(如虚拟机、预编译等),处理历史区块的客户端仍需保留相关代码。但新客户端、ZK-EVM 或* t. x5 n1 D) y( w* `7 q
7 n4 f! q9 P* m" c R: Z7 R* X形式化证明器可完全忽略橙色区域。
8 j: K+ B, ~) j) n! | A
9 Y. K. _7 ~* q 新增的HS区域:对理解当前链或优化区块构建非常有价值,但不属于共识逻辑。例如,Etherscan 及部分区块构建者支持 ERC-4337 用户操作。若我们) T8 u5 ]# Q4 y3 D5 R8 n" L0 Q
& ?+ z T; I; t' B0 `
用链上 RISC-V 实现替换某些以太坊功能(如 EOA 及其支持的旧交易类型),共识代码将显著简化,但专用节点可能继续使用原有代码进行解析。 x [, ^0 b7 f) t: q$ E
: F, R/ E U6 f+ a# C+ O 橙色和HS区域的复杂性是封装复杂性,理解协议的人可跳过这些部分,以太坊实现可忽略它们,这些区域的错误不会引发共识风险。因此,橙色和HS区
# w: H) N; x; Q J8 x f+ o) J! e' G4 p5 M+ c- [! C
域的代码复杂性远比绿色区域的复杂性危害小。
; g" N5 G: E' O, I9 _7 N
3 M! ^8 M6 K$ ]/ J 将代码从绿色区域移至HS区域的思路,类似于苹果通过 Rosetta 翻译层确保长期向后兼容的策略。
) o0 H2 e, H/ D5 ^! N! | b7 L5 _3 H, C! U$ F" P6 O- b# T1 W
1. 要求新预编译提供链上 RISC-V 实现:让生态系统逐步适应 RISC-V 虚拟机。1 `, B5 k3 ~ m# T1 z
+ C5 T5 l% _1 ^7 s* L- c- h4 W
2. 引入 RISC-V 作为开发者选项:协议同时支持 RISC-V 和 EVM,两种虚拟机的合约可自由交互。
7 ~; b$ L+ E4 G# G) q/ E' E
3 i3 w7 ^, c% H7 ?! c. c 3. 替换大部分预编译:除椭圆曲线操作和 KECCAK(因需极致速度)外,用 RISC-V 实现替换其他预编译。通过硬分叉移除预编译,同时将该地址的代码% l- }0 i& R' f/ F. [# I
# u* E$ i3 F( X) F; `4 ?(类似 DAO 分叉)从空更改为 RISC-V 实现。RISC-V 虚拟机极其简单,即使在此止步也净简化协议。6 j" o$ W* M5 ^& p7 W$ }& q* `" F
) I6 d. e1 i' g. H# k 4. 在 RISC-V 中实现 EVM 解释器:作为智能合约上链(因 ZK 证明器需要已进行)。在初始发布数年后,现有 EVM 合约通过该解释器运行。
% j8 i: P- B; G8 i# l* M- R1 H/ o* y) O3 M3 Y0 Y/ g
1 p% v5 J; a# ^# P; ^9 l# g! v
完成第 4 步后,许多 “EVM 实现” 仍将用于优化区块构建、开发者工具和链分析,但不再是关键共识规范的一部分。以太坊共识将 “原生地” 仅理解 RISC-V。
B' ]1 d9 k- g, ?1 H: m& K+ a
8 n5 H0 O& v( R$ |; y# n( [ 通过共享协议组件简化
9 G* m) D, X# L G) b. K5 V$ J# i1 v- \, X c+ c6 ^5 I& J. }
降低协议总复杂度的第三种方式(也最易被低估)是尽可能在协议栈的不同部分共享统一标准。不同协议在不同场景下做相同的事情通常毫无益处,但这种# g6 Y' Q+ D& n3 Y
4 q4 x5 y6 c3 \0 u9 b
模式仍常出现,主要是因为协议路线图的不同部分缺乏沟通。以下是几个通过共享组件简化以太坊的具体示例。
}& M+ G+ ?, s3 F& L/ o$ ~8 ?
. I6 }5 {0 x6 |+ z 统一纠删码
_! \* F2 j% M! i' ^, F' m0 T( H5 |4 Q
1 _4 i& |- b5 X
我们在三个场景中需要纠删码:
2 A- B8 L4 S( m: _5 W# p N+ b1 \8 Z+ u& r1 k
1. 数据可用性采样:客户端验证区块已发布。" d U* O- V9 z, l. w- o* V* ~6 j
( a0 {9 g* G. m4 b2 z& Z
2. 更快的 P2P 广播:节点接收 n/2 个片段后即可接受区块,在延迟与冗余间取得平衡。
, O6 I+ V7 f. ^6 M f
+ y( g! w. C% W1 G2 T4 q 3. 分布式历史存储:以太坊历史数据分片存储,每组 n/2 个片段可恢复其余片段,降低单一片段丢失风险。+ Q3 s8 Z/ H) Q: i8 t! E* U
/ Z+ W2 h# z7 R2 F- L 若在三种场景中使用同一纠删码(无论是 Reed-Solomon、随机线性码等),将获得以下优势:
: S1 A( I; H7 }8 O
7 W$ @ E( l/ I7 S1 w a 1. 最小化代码量:减少总代码行数。
4 V5 O6 _* u" ~ G$ h: I1 q7 H% v _! @$ G2 P. s( F9 H, @( d4 N. R
2. 提高效率:若节点为某场景下载部分片段,这些数据可用于其他场景。
4 g1 ?, H, @3 z* U
5 _- b. m7 H# }* ^ 3. 确保可验证性:所有场景的片段均可根据根验证。
; Q H `- Q8 m% H0 u0 s7 S
6 T1 I) q/ ?" x" ^2 M' B3 S 若使用不同纠删码,至少应确保兼容性,例如数据可用性采样的水平 Reed-Solomon 码与垂直随机线性码在同一域操作。- U! C: K+ k- @% t& F: O/ X' \ c
- F9 d0 j1 ~8 `; {/ W 统一序列化格式- W* Q, {2 O+ V& M6 G8 C: B2 F6 f
. ?% R# z( t, r5 D$ [! k
! V, T3 T* t1 c& c j 以太坊的序列化格式目前仅部分固化,因数据可按任意格式重新序列化和广播。例外是交易签名哈希,需规范格式进行哈希。未来,序列化格式的固化程( O/ N4 ]: q1 Z+ P! i: J/ q" ?
: w' N* X) {1 M1 O度将因以下原因进一步提高:
& x% y: o$ h2 j, g- f" g% B
- Y# s) N: f0 S 1. 完全账户抽象(EIP-7701):交易完整内容对虚拟机可见。
6 |, N( D5 ^( ~! H/ b( [7 [$ X# F; d
2. 更高的 Gas 限制:执行层数据需放入数据块(blobs)。
/ `- c3 {6 Y* L( S; C9 h: b6 E, o1 M2 ^$ o
届时,我们有机会统一以太坊三个层级的序列化格式:执行层、共识层、智能合约调用 ABI。
/ y( f. u/ ^5 X! J6 J# {# W8 M2 f+ i, k G7 _
我提议使用 SSZ,因为 SSZ:
' f0 V7 q, J4 i" a, z: X2 a- E3 h+ A/ a/ }! B
1. 易于解码:包括在智能合约内(因其基于 4 字节的设计和较少的边缘情况)。6 q0 {0 x" L5 o0 X4 K+ N# C
0 \, B4 @9 ]: `7 ^2 F: o+ @
2. 已在共识层广泛使用。0 Q+ W0 k: S! p! i: H! ^" D3 L! y
/ ~1 e; Y2 r3 H6 h0 @
3. 与现有 ABI 高度相似:工具适配相对简单。+ `( {1 y! }% R) r8 N2 w
. T/ O C& Z; L% o* i
已有向 SSZ 全面迁移的努力,我们应在规划未来升级时考虑并延续这些努力。/ k; G3 r/ R5 Z j4 ~
3 j+ j3 H O; ?" q. j; \$ M/ x5 D
统一树结构
, [0 ~" M7 b" R9 k" n( d- _$ A9 R& T7 R5 I1 f, Z. B
5 q! h2 L4 d2 {" W( k# R; v 若从 EVM 迁移到 RISC-V(或其他可选的最小虚拟机),十六进制 Merkle Patricia 树将成为证明区块执行的最大瓶颈,即使在平均情况下也是如此。迁移+ v {3 U- l) w3 D
. U9 h1 J3 k" f$ w3 Q4 D到基于更优哈希函数的二叉树将显著提升证明器效率,同时降低轻客户端等场景的数据成本。
; C; y$ m y6 ^2 n9 {% Z6 [; L- d/ y$ E% ^$ `
迁移时,应确保共识层使用相同的树结构。这将使以太坊的共识层与执行层可通过相同代码访问和解析。; v, X& V. s: R3 ^9 W, ]% T
; u4 J- ~5 r( E. K6 Z0 G. B 从现在到未来7 O' w+ P; w p
' c( @* }1 h. y" @$ Y; F
简单性在许多方面类似于去中心化,二者均为韧性目标的上游。明确重视简单性需要一定的文化转变。其收益往往难以量化,而额外努力和放弃某些耀眼功' G' Q2 Y0 F3 c5 U: t
$ c+ V: L: s$ M6 g0 M能的成本却立竿见影。然而,随着时间推移,收益将愈发显著 — — 比特币本身就是绝佳例证。
" W6 H1 k* [1 \7 _- y
8 [# s) k. W3 T! k# Y 我提议效仿 tinygrad,为以太坊长期规范设定明确的最大代码行数目标,使以太坊共识关键代码接近比特币的简单性。处理以太坊历史规则的代码将继续存
* U( w& B/ ^% }$ j6 R8 k
) r0 T/ E, M+ ]在,但应置于共识关键路径之外。同时,我们应秉持选择更简单方案的理念,优先选择封装复杂性而非系统性复杂性,并做出提供清晰属性和保证的设计选择。
3 I* M4 r1 x( a% h# q- X$ z% R4 N) q) f3 J
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