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$ z8 X. L& T# ]) m% e- E
; b, ], d; u+ ` 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 o- j$ B0 p8 K Q) V( Y( f: _
: f7 a8 V% b; I6 R2 t) U: w
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
8 s8 q0 ?4 a4 L/ ^1 e1 L4 Z0 [5 R6 X; J3 m# H8 e
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。1 D. C" i: K/ o9 a8 F9 q: F
0 j$ S1 ~. y6 ] `" R2 b% @ 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4 C9 @8 |* H, H2 i. Y
% t j O7 H% ~+ }: G
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9 B4 G' n+ O7 |
) c! ]# h, a' B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。+ D$ x) n7 \: u: t1 x2 U, q) o
. q2 p. R( ?+ E9 C# j 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。- s7 Z, ~2 i2 r1 e
5 k( } E! [' g
比特币协议最令人赞叹之处在于其优雅的简洁性:
' y" o1 G$ O. m+ T; P/ k2 X2 @ m) x) ]$ O1 j
; f) N; I: F4 c$ I( f" d 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: t" B' P) X- J4 R" @4 r) I/ k
+ J. Y8 s( `. F- S 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。
, z' m2 P' X" o; {$ u9 U, [( K: h* Z% j
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。
& C. N. e6 ]2 w e/ {& P9 O7 F
]# S: e# v/ n. l% j 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 ^# g( N: m4 |
) l5 d7 V( E6 [6 e 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:
. c8 t q+ v5 E+ v" o. h. x% m9 |6 C# B
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。 }" b, Z) F$ L- ^/ j. }3 g
) T7 ~6 h J1 B% R9 K9 d5 W/ c- b 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。# @' N* _. V4 ]: E# k# V3 L
' c$ B! _6 T. b, l2 E
3. 减少维护负担:降低长期协议维护的成本。
5 b5 R$ Y* X: L$ ~9 B8 [. Y5 e+ a x; E0 S
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。. O2 V! H2 v; T% y' l
% V* ]/ r5 y+ I }! V; {7 ] 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。
6 {: E5 _8 g9 L+ c4 p$ _# R+ m( D- b- n
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。
4 h! H. x5 b, v/ X% d$ a. [5 x, l. i" p0 N& ]- s. V
本文将探讨五年后的以太坊如何接近比特币的简单性。4 ~' |0 |7 ~8 F
3 z# M9 |8 `, W: a6 E
简化共识层& N9 R$ V8 A- _
* T. }. d$ Z* ]$ }. [" |) |" w7 Y) q
) r4 Y- {: E! m, ~- M* K
" R) T5 u. w6 J+ R% P
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。
2 I" w: A. F* D0 G/ c5 l& l9 d
9 X1 w. Z: e. G) Q相比现有信标链,新设计显著简化:! d1 `% M! d, `. ]: z t
2 v9 a, v& c" A" y2 G
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
p4 Y: F: I6 |8 k1 _# H5 D+ T S- g6 o) d/ L# N' l
约 200 行代码,且相比 Gasper,安全性接近最优。 r- B; Q% u3 z( y' W
2 n( W5 B: E; {0 a! ]3 T 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。
/ U& g% U# i* s3 T, a- T6 k
" D! t: I- m. h7 f- x 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,/ o" a* n: L% f
; P6 \8 f `' Y+ t& k+ |1 o; P
系统性风险较低。5 B; s1 e- S+ G9 S2 z
7 q6 E( g$ M% R& W5 o6 y4 w1 A, _3 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。8 G* `- J4 l- c
9 g) G; N3 y& P, i
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)。4 ?0 |7 H/ N0 e' S! A
& r- ?5 W6 a% ^* _ 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。) A( K" y9 `/ b5 \+ h
2 c8 [# {0 W8 ?' `
简化执行层, L( `0 |. v6 ] [, {, h6 Y9 P/ b
- N1 n- K$ c& B' F7 f; E 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
( _& o2 t4 ~; P/ U/ P2 B! |# L
- K8 T" r( O$ x" Y) m9 o(precompiles)为单一用例优化却鲜被使用。; n5 ?2 {* ]( @6 X$ b
/ q8 _5 y1 t2 k/ J p7 K( `; D
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
* |. K3 F7 _5 O* `) i- X3 L3 q$ T1 w8 a: q5 A0 @3 n1 Y
示出类似挑战。: H: g3 l. l) h$ |) h
7 h" L) O* _3 b# H
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
5 D' Q6 \ G# O5 M# z) @6 p2 P
4 x8 ^0 M' b: B7 R( [8 V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
3 l* `4 k" ?0 R5 o
S+ c! D7 B& `' S9 k! r以太坊 ZK 证明器使用的另一种虚拟机。这将带来:
3 @9 K% b ^" B: v6 C0 X6 o: l( t# u
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。( P0 `/ G/ m8 d) Y" g
$ ~% a' P/ C3 ]1 z- K1 b5 z | 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 i4 {1 Y6 ^7 J7 f( h
! H r/ U, `' b- K7 y
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 n7 o( O% t. ^) Y% J3 g0 z0 `
% k3 l9 ?6 Z2 _3 B0 s7 P! r
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。' v; Y# x; R2 D0 e0 [$ f
6 j1 G# g1 K; q. J; g 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)。
3 n# M5 |' E s' _2 X' z" H- C6 N8 }+ g( |3 ^
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、
* n8 Q* l+ q" Z4 Q" q! i$ g( ~" y j8 D- Q) I1 U4 _; E2 b$ l
支持 DUP/SWAP17–32)来缓解这一问题。: p6 _2 B3 Z1 V, W& z T& I
, | X8 B# C/ { 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?5 ?7 |% q! K Z& X, I1 x6 \
- b& X0 ]( z: i P) L( f 虚拟机过渡的向后兼容策略
6 l: ?. Y/ u$ j; W, E3 U0 e; I! Y) E) m
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。: |# `9 k3 l( j! _2 B
2 A7 }, H; O; A
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。9 R4 {& g$ U# \" r, j2 l: M2 e
" h+ e6 Y8 \3 ?, Y0 i
0 [5 `) h6 }9 g
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。& f1 c' n+ A- ^. T
2 q) S7 I$ J) j& z! v$ _5 j. ~4 H# v& X
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
- |7 ]7 G2 K0 f# E8 V8 c3 ]; \2 Q* J! j
形式化证明器可完全忽略橙色区域。
0 ~' w o @) n2 l. t
0 ~7 ]8 P) L9 Z% b/ `3 {0 J7 X 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; L/ v& D/ q% R) `" J1 {5 V
. ^6 c6 E0 V' i3 A; j; e
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。( b' N; h a r* C; [3 }: u7 p
4 ~; |0 F0 t+ E! A1 l# {% T 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* E# i% k/ \0 S; f" h$ J0 m
' j( a, d6 U2 f
域的代码复杂性远比绿色区域的复杂性危害小。# ?6 ^" h+ E. w! D
4 C R; j5 x, I7 B7 x% ` c0 R7 M& S
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。
- f* s. T. n* t, ^$ k, X0 r8 ]9 v) e/ g- J6 ]; R) G2 b
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。; N, A2 p3 q; ^
- ^, w; L, @, @
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。. P% {, _% y! X. R1 d
9 A! i J+ H3 j" _* L; M 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( ?% @; s# Z) P) b: m" _
8 r' }' m( S* e4 b' }(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。& V9 R7 M3 w) A. x
) B# K ^( q$ f- T& S4 K! p 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。, }* D3 d2 C M' N
2 k7 K5 U5 t4 _& l! A: R
4 e% I p2 y9 z; i8 Y 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。0 N, M: ]$ m9 i* y. Q. H
- s1 f2 Y/ g0 ?: ~- C0 m
通过共享协议组件简化
! c/ F+ P/ L: c0 j3 d% q" _( h- Q" N
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
( A9 o# W; x) w; C# {; W9 |
, y; S6 q( u' i# `7 K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。
* r1 W0 Y( D8 V b1 s' K3 a1 e7 [( |) r- M! F1 H# n" V, K
统一纠删码
: v2 G/ D0 j5 C' W$ F( _) O8 U8 Y, R: ^1 {9 y
7 d+ p7 P( G& F 我们在三个场景中需要纠删码:
3 N: P+ t6 H; }# K9 c# _
0 x7 G s5 |# R6 i8 ]1 C 1. 数据可用性采样:客户端验证区块已发布。
; r4 Z" o4 Q: k; w3 W% K4 W4 e1 X' W- r. L7 z1 O5 e
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。0 d2 r! q, }" Q8 q9 z6 b$ \: ^
3 }* V' f, j' O" j, L) Z
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。+ R$ O1 d2 Q+ U: m
+ A1 @$ k1 y- X. |4 M
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:2 B+ o. x8 U. o9 g# N9 j
P2 m, g# i6 R) {
1. 最小化代码量:减少总代码行数。
( S% w+ Z5 F# t! t# D4 C& w: L; f# |( `$ h. y8 y2 n
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。8 D, z* [; E4 r- l
$ G# o1 C" g7 _, [1 }# C" d 3. 确保可验证性:所有场景的片段均可根据根验证。/ K) J" M3 A0 a* o M
3 d; Y7 A& N* q7 {1 `1 W( s% w+ n0 T 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。3 K3 P8 T4 d/ \5 ?, b) r
7 t' r% O4 I2 A5 i' b. t- Q y$ [7 z 统一序列化格式. i+ {3 w2 F( F$ T1 S: W
4 ~) ^3 H' z" a& R$ g) i/ @' W; r2 \ E. J" B
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
; c [1 |. g5 T0 w6 F2 M3 @6 X3 G; x
度将因以下原因进一步提高:+ C/ [/ T* N) l: T+ e5 p
! P" D" o( d" t& t 1. 完全账户抽象(EIP-7701):交易完整内容对虚拟机可见。( ]7 D! f+ m5 j. P
, @) y9 ~+ j9 F5 [/ } 2. 更高的 Gas 限制:执行层数据需放入数据块(blobs)。! @+ G! d' y6 k: p
2 R, Z0 l: S$ J i) n5 }
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。
( X, k$ o: D3 ]: I
1 h/ l/ S, V/ _8 ^6 {7 s 我提议使用 SSZ,因为 SSZ:
- X( z& [2 V, g( u" c
1 p9 Z% K6 k4 O, R& t 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)。9 Y9 Q: z" a% [' e3 \6 |* l' T
& W7 m3 g% P, m+ {) s
2. 已在共识层广泛使用。* D9 l( Q* d/ H5 E: ~4 H5 y8 Q; B
o7 T N! S! [# k' j' g 3. 与现有 ABI 高度相似:工具适配相对简单。' N6 T! Q) w9 `- G" P4 h" ~! t8 A
. w+ J- c( I) e4 ]' t 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。
" o e7 X q p" f5 p* c- A6 v# F6 [ _$ F
统一树结构4 a3 |) k: x+ \6 P+ x* D( X
' g5 U! v# `; ?/ l+ b
- j( X. P6 |( n! j& P 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
4 }( J" ~6 |% |0 V; i1 `# l' A' s# R d) S
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。: J+ m* f# v; \3 N" C7 ?; b3 B
( a+ n3 w! b, P7 e4 d: } 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。
* X8 P: {& U% B& k$ W- V2 c5 [9 T" _! ?
从现在到未来! u7 K1 O7 C& h4 j6 Y2 h4 O
8 y: x% T ^5 O! I
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
' k) V9 ~. c9 G. p
8 e4 u/ p9 @2 Z* Q$ C6 g9 n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。! U% D1 T' J+ A! }
+ |: D" z: _9 z" ~( `
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8 B/ N$ T- u" x) X) k5 r0 `
4 @! h1 x/ }* h$ l% R4 M/ A' H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。
; l2 Y% l+ }- B2 U8 L5 A
5 |4 X* y, I6 o* u4 a. W _8 w
2 C c2 Q, Q; Y, P) k: W& R
0 x9 X. h1 {& H |
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