Vitalik分析：如何讓5年后的以太坊變得像比特幣一樣簡(jiǎn)單
太坊旨在成為全球賬本，需要可擴(kuò)展性和韌性。本文聚焦協(xié)議簡(jiǎn)單性的重要性，提出通過簡(jiǎn)化共識(shí)層（3-slot 最終性、STARK 聚合）和執(zhí)行層（替換 EVM 為 RISC-V 或類似虛擬機(jī)）大幅降低復(fù)雜性，減少開發(fā)成本、錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)和攻擊面。建議通過向后兼容策略（如鏈上 EVM 解釋器）平滑過渡，并統(tǒng)一糾刪碼、序列化格式（SSZ）和樹結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。目標(biāo)是讓以太坊共識(shí)關(guān)鍵代碼接近比特幣的簡(jiǎn)單性，提升韌性和參與度，需文化上重視簡(jiǎn)單性并設(shè)定最大代碼行數(shù)目標(biāo)。
Fusaka 硬分叉計(jì)劃將 L2 數(shù)據(jù)的可用空間增加 10 倍，而當(dāng)前提議的 2026 年路線圖也計(jì)劃為 L1 層帶來類似的大幅提升。與此同時(shí)，以太坊已完成向權(quán)益證明（PoS）的過渡，客戶端多樣性迅速提升，零知識(shí)（ZK）驗(yàn)證、量子抗性研究也在穩(wěn)步推進(jìn)，應(yīng)用生態(tài)日益穩(wěn)健。
本文旨在聚焦一個(gè)同樣重要卻易被低估的韌性（乃至可擴(kuò)展性）要素：協(xié)議的簡(jiǎn)單性。
比特幣協(xié)議最令人贊嘆之處在于其優(yōu)雅的簡(jiǎn)潔性：
1. 存在一條由區(qū)塊組成的鏈，每個(gè)區(qū)塊通過哈希與前一區(qū)塊相連。
2. 區(qū)塊的有效性通過工作量證明（PoW）驗(yàn)證，即檢查哈希值的前幾位是否為零。
3. 每個(gè)區(qū)塊包含交易，交易花費(fèi)的幣要么來自挖礦獎(jiǎng)勵(lì)，要么來自之前的交易輸出。
僅此而已！即便是一個(gè)聰明的高中生也能完全理解比特幣協(xié)議的運(yùn)作，而一個(gè)程序員甚至可以將其作為業(yè)余項(xiàng)目編寫一個(gè)客戶端。
協(xié)議的簡(jiǎn)單性為比特幣（以及以太坊）成為可信、中立的全球基礎(chǔ)層帶來了諸多關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：
1. 易于理解：降低協(xié)議的復(fù)雜性，讓更多人能夠參與協(xié)議研究、開發(fā)和治理，減少技術(shù)精英階層主導(dǎo)的風(fēng)險(xiǎn)。
2. 降低開發(fā)成本：簡(jiǎn)化協(xié)議大幅降低創(chuàng)建新基礎(chǔ)設(shè)施（如新客戶端、證明器、開發(fā)者工具等）的成本。
3. 減少維護(hù)負(fù)擔(dān)：降低長(zhǎng)期協(xié)議維護(hù)的成本。
4. 減少錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)：降低協(xié)議規(guī)范及實(shí)現(xiàn)中發(fā)生災(zāi)難性錯(cuò)誤的可能性，同時(shí)便于驗(yàn)證不存在此類錯(cuò)誤。
5. 縮小攻擊面：減少協(xié)議的復(fù)雜組件，降低被特殊利益集團(tuán)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。
歷史上，以太坊（有時(shí)因我個(gè)人的決策）常常未能保持簡(jiǎn)單，導(dǎo)致開發(fā)成本過高、安全風(fēng)險(xiǎn)增加以及研發(fā)文化的封閉性，而這些復(fù)雜性追求的收益往往被證明是虛幻的。本文將探討五年后的以太坊如何接近比特幣的簡(jiǎn)單性。
簡(jiǎn)化共識(shí)層
新的共識(shí)層設(shè)計(jì)（歷史上稱為 “信標(biāo)鏈”）旨在利用過去十年在共識(shí)理論、ZK-SNARK 開發(fā)、質(zhì)押經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建一個(gè)長(zhǎng)期最優(yōu)且更簡(jiǎn)單的共識(shí)層。相比現(xiàn)有信標(biāo)鏈，新設(shè)計(jì)顯著簡(jiǎn)化：
1. 3-slot 最終性設(shè)計(jì)：移除槽（slot）、周期（epoch）、委員會(huì)重組等概念，以及相關(guān)的高效處理機(jī)制（如同步委員會(huì)）。 3-slot 最終性的基本實(shí)現(xiàn)僅需約 200 行代碼，且相比 Gasper，安全性接近最優(yōu)。
2. 減少活躍驗(yàn)證者數(shù)量：允許使用更簡(jiǎn)單的分叉選擇規(guī)則實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)安全性。
3. 基于 STARK 的聚合協(xié)議：任何人都可成為聚合者，無需信任聚合者或?yàn)橹貜?fù)位域支付高昂費(fèi)用。聚合密碼學(xué)的復(fù)雜性較高，但其復(fù)雜性被高度封裝，系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)較低。
4. 簡(jiǎn)化 P2P 架構(gòu)：上述因素可能支持更簡(jiǎn)單、更穩(wěn)健的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
5. 重新設(shè)計(jì)驗(yàn)證者機(jī)制：包括進(jìn)入、退出、提款、密鑰轉(zhuǎn)換、 inactivity leak 等機(jī)制，簡(jiǎn)化代碼行數(shù)并提供更清晰的保證（如弱主觀性周期）。
共識(shí)層的優(yōu)勢(shì)在于其與 EVM 執(zhí)行層相對(duì)獨(dú)立，因此有較大空間持續(xù)改進(jìn)。更大的挑戰(zhàn)在于如何在執(zhí)行層實(shí)現(xiàn)類似簡(jiǎn)化。
簡(jiǎn)化執(zhí)行層
EVM 的復(fù)雜性日益增加，且許多復(fù)雜性被證明無必要（部分因我個(gè)人決策失誤）：256 位虛擬機(jī)過度優(yōu)化了如今已逐漸過時(shí)的特定密碼學(xué)形式，預(yù)編譯（precompiles）為單一用例優(yōu)化卻鮮被使用。
逐一解決這些問題效果有限。例如，移除 SELFDESTRUCT 操作碼耗費(fèi)巨大努力，卻僅帶來較小收益。近期關(guān)于 EOF（EVM Object Format）的爭(zhēng)論也顯示出類似挑戰(zhàn)。
我最近提出一個(gè)更激進(jìn)的方案：與其對(duì) EVM 進(jìn)行中等規(guī)模（但仍具破壞性）的更改以換取 1.5 倍的收益，不如向一個(gè)更優(yōu)、更簡(jiǎn)單的虛擬機(jī)過渡，以實(shí)現(xiàn) 100 倍的收益。類似于 “合并”（The Merge），我們減少破壞性變更的次數(shù)，但使每次變更更具意義。具體而言，我建議將 EVM 替換為 RISC-V，或以太坊 ZK 證明器使用的另一種虛擬機(jī)。這將帶來：
1. 效率大幅提升：智能合約執(zhí)行（在證明器中）無需解釋器開銷，直接運(yùn)行。Succinct 的數(shù)據(jù)顯示在許多場(chǎng)景下性能可提升 100 倍以上。
2. 簡(jiǎn)單性大幅改進(jìn)：RISC-V 規(guī)范相比 EVM 極其簡(jiǎn)單，替代方案（如 Cairo）同樣簡(jiǎn)潔。
3. 支持 EOF 的動(dòng)機(jī)：如代碼分區(qū)、更友好的靜態(tài)分析、更大代碼大小限制等。
4. 更多開發(fā)者選擇：Solidity 和 Vyper 可添加后端以編譯到新虛擬機(jī)。若選擇 RISC-V，主流語言開發(fā)者也能輕松將代碼移植到該虛擬機(jī)。
5. 移除大部分預(yù)編譯：可能僅保留高度優(yōu)化的橢圓曲線操作（量子計(jì)算機(jī)普及后連這些也將消失）。
主要缺點(diǎn)是，與已準(zhǔn)備就緒的 EOF 不同，新虛擬機(jī)的收益需較長(zhǎng)時(shí)間惠及開發(fā)者。我們可通過短期實(shí)施高價(jià)值的 EVM 改進(jìn)（如增加合約代碼大小限制、支持 DUP/SWAP17–32）來緩解這一問題。
這將帶來更簡(jiǎn)單的虛擬機(jī)。核心挑戰(zhàn)在于：如何處理現(xiàn)有的 EVM？
虛擬機(jī)過渡的向后兼容策略
簡(jiǎn)化（或在不增加復(fù)雜性的前提下改進(jìn)）EVM 的最大挑戰(zhàn)在于如何平衡目標(biāo)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有應(yīng)用的向后兼容性。
首先需要明確：以太坊代碼庫（即使在單一客戶端內(nèi)）并非只有一種定義方式。
目標(biāo)是盡量縮小綠色區(qū)域：節(jié)點(diǎn)參與以太坊共識(shí)所需的邏輯，包括計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)、證明、驗(yàn)證、FOCIL（分叉選擇規(guī)則）及 “普通” 區(qū)塊構(gòu)建。
橙色區(qū)域無法減少：若協(xié)議規(guī)范移除或更改某執(zhí)行層功能（如虛擬機(jī)、預(yù)編譯等），處理歷史區(qū)塊的客戶端仍需保留相關(guān)代碼。但新客戶端、ZK-EVM 或形式化證明器可完全忽略橙色區(qū)域。
新增的黃色區(qū)域：對(duì)理解當(dāng)前鏈或優(yōu)化區(qū)塊構(gòu)建非常有價(jià)值，但不屬于共識(shí)邏輯。
Etherscan 及部分區(qū)塊構(gòu)建者支持 ERC-4337 用戶操作。若我們用鏈上 RISC-V 實(shí)現(xiàn)替換某些以太坊功能（如 EOA 及其支持的舊交易類型），共識(shí)代碼將顯著簡(jiǎn)化，但專用節(jié)點(diǎn)可能繼續(xù)使用原有代碼進(jìn)行解析。
橙色和黃色區(qū)域的復(fù)雜性是封裝復(fù)雜性，理解協(xié)議的人可跳過這些部分，以太坊實(shí)現(xiàn)可忽略它們，這些區(qū)域的錯(cuò)誤不會(huì)引發(fā)共識(shí)風(fēng)險(xiǎn)。
橙色和黃色區(qū)域的代碼復(fù)雜性遠(yuǎn)比綠色區(qū)域的復(fù)雜性危害小。
將代碼從綠色區(qū)域移至黃色區(qū)域的思路，類似于蘋果通過 Rosetta 翻譯層確保長(zhǎng)期向后兼容的策略。
受 Ipsilon 團(tuán)隊(duì)近期文章啟發(fā)，我提出以下虛擬機(jī)變更流程（以 EVM 到 RISC-V 為例，但也可用于 EVM 到 Cairo 或 RISC-V 到更優(yōu)虛擬機(jī)）：
1. 要求新預(yù)編譯提供鏈上 RISC-V 實(shí)現(xiàn)：讓生態(tài)系統(tǒng)逐步適應(yīng) RISC-V 虛擬機(jī)。
2. 引入 RISC-V 作為開發(fā)者選項(xiàng)：協(xié)議同時(shí)支持 RISC-V 和 EVM，兩種虛擬機(jī)的合約可自由交互。
3. 替換大部分預(yù)編譯：除橢圓曲線操作和 KECCAK（因需極致速度）外，用 RISC-V 實(shí)現(xiàn)替換其他預(yù)編譯。通過硬分叉移除預(yù)編譯，同時(shí)將該地址的代碼（類似 DAO 分叉）從空更改為 RISC-V 實(shí)現(xiàn)。RISC-V 虛擬機(jī)極其簡(jiǎn)單，即使在此止步也凈簡(jiǎn)化協(xié)議。
4. 在 RISC-V 中實(shí)現(xiàn) EVM 解釋器：作為智能合約上鏈（因 ZK 證明器需要已進(jìn)行）。在初始發(fā)布數(shù)年后，現(xiàn)有 EVM 合約通過該解釋器運(yùn)行。
完成第 4 步后，許多 “EVM 實(shí)現(xiàn)” 仍將用于優(yōu)化區(qū)塊構(gòu)建、開發(fā)者工具和鏈分析，但不再是關(guān)鍵共識(shí)規(guī)范的一部分。以太坊共識(shí)將 “原生地” 僅理解 RISC-V。
通過共享協(xié)議組件簡(jiǎn)化
降低協(xié)議總復(fù)雜度的第三種方式（也最易被低估）是盡可能在協(xié)議棧的不同部分共享統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。不同協(xié)議在不同場(chǎng)景下做相同的事情通常毫無益處，但這種模式仍常出現(xiàn)，主要是因?yàn)閰f(xié)議路線圖的不同部分缺乏溝通。以下是幾個(gè)通過共享組件簡(jiǎn)化以太坊的具體示例。
統(tǒng)一糾刪碼
我們?cè)谌齻€(gè)場(chǎng)景中需要糾刪碼：
1. 數(shù)據(jù)可用性采樣：客戶端驗(yàn)證區(qū)塊已發(fā)布。
2. 更快的 P2P 廣播：節(jié)點(diǎn)接收 n/2 個(gè)片段后即可接受區(qū)塊，在延遲與冗余間取得平衡。
3. 分布式歷史存儲(chǔ)：以太坊歷史數(shù)據(jù)分片存儲(chǔ)，每組 n/2 個(gè)片段可恢復(fù)其余片段，降低單一片段丟失風(fēng)險(xiǎn)。
若在三種場(chǎng)景中使用同一糾刪碼（無論是 Reed-Solomon、隨機(jī)線性碼等），將獲得以下優(yōu)勢(shì)：
1. 最小化代碼量：減少總代碼行數(shù)。
2. 提高效率：若節(jié)點(diǎn)為某場(chǎng)景下載部分片段，這些數(shù)據(jù)可用于其他場(chǎng)景。
3. 確?？沈?yàn)證性：所有場(chǎng)景的片段均可根據(jù)根驗(yàn)證。
若使用不同糾刪碼，至少應(yīng)確保兼容性，例如數(shù)據(jù)可用性采樣的水平 Reed-Solomon 碼與垂直隨機(jī)線性碼在同一域操作。
統(tǒng)一序列化格式
以太坊的序列化格式目前僅部分固化，因數(shù)據(jù)可按任意格式重新序列化和廣播。例外是交易簽名哈希，需規(guī)范格式進(jìn)行哈希。未來，序列化格式的固化程度將因以下原因進(jìn)一步提高：
1. 完全賬戶抽象（EIP-7701）：交易完整內(nèi)容對(duì)虛擬機(jī)可見。
2. 更高的 Gas 限制：執(zhí)行層數(shù)據(jù)需放入數(shù)據(jù)塊（blobs）。
屆時(shí)，我們有機(jī)會(huì)統(tǒng)一以太坊三個(gè)層級(jí)的序列化格式：執(zhí)行層、共識(shí)層、智能合約調(diào)用 ABI。
我提議使用 SSZ，因?yàn)?SSZ：
1. 易于解碼：包括在智能合約內(nèi)（因其基于 4 字節(jié)的設(shè)計(jì)和較少的邊緣情況）。
2. 已在共識(shí)層廣泛使用。
3. 與現(xiàn)有 ABI 高度相似：工具適配相對(duì)簡(jiǎn)單。
已有向 SSZ 全面遷移的努力，我們應(yīng)在規(guī)劃未來升級(jí)時(shí)考慮并延續(xù)這些努力。
統(tǒng)一樹結(jié)構(gòu)
若從 EVM 遷移到 RISC-V（或其他可選的最小虛擬機(jī)），十六進(jìn)制 Merkle Patricia 樹將成為證明區(qū)塊執(zhí)行的最大瓶頸，即使在平均情況下也是如此。遷移到基于更優(yōu)哈希函數(shù)的二叉樹將顯著提升證明器效率，同時(shí)降低輕客戶端等場(chǎng)景的數(shù)據(jù)成本。
遷移時(shí)，應(yīng)確保共識(shí)層使用相同的樹結(jié)構(gòu)。這將使以太坊的共識(shí)層與執(zhí)行層可通過相同代碼訪問和解析。
從現(xiàn)在到未來
簡(jiǎn)單性在許多方面類似于去中心化，二者均為韌性目標(biāo)的上游。明確重視簡(jiǎn)單性需要一定的文化轉(zhuǎn)變。其收益往往難以量化，而額外努力和放棄某些耀眼功能的成本卻立竿見影。然而，隨著時(shí)間推移，收益將愈發(fā)顯著?—?— 比特幣本身就是絕佳例證。
我提議效仿 tinygrad，為以太坊長(zhǎng)期規(guī)范設(shè)定明確的最大代碼行數(shù)目標(biāo)，使以太坊共識(shí)關(guān)鍵代碼接近比特幣的簡(jiǎn)單性。處理以太坊歷史規(guī)則的代碼將繼續(xù)存在，但應(yīng)置于共識(shí)關(guān)鍵路徑之外。同時(shí)，我們應(yīng)秉持選擇更簡(jiǎn)單方案的理念，優(yōu)先選擇封裝復(fù)雜性而非系統(tǒng)性復(fù)雜性，并做出提供清晰屬性和保證的設(shè)計(jì)選擇。
以上就是Vitalik分析：如何讓5年后的以太坊變得像比特幣一樣簡(jiǎn)單的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于虛擬機(jī)過渡的向后兼容策略的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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