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" ]# a! a6 ~, Z/ A2 t& z) b5 i9 H* ^
/ q8 ^# v0 Q# u5 v% V! u6 n 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 * I: W R' m; i# s
3 z. c: a0 _" f7 J5 g+ y9 U* q
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! O- ^! l: ^+ P, }1 F* z
3 [) {, |0 g% A4 \" H, u4 j i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。, U7 g! K l) T( c9 I. ?0 @- m+ Y7 z
& t- w5 f+ I! Z- U 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$ ]6 e4 R% S8 N+ x, k
& p0 Q- G7 [7 ]+ V5 J" P' y- K
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2 G. a) _6 S* @" N' g" @- K
4 S8 k/ b7 W! W, v# ?
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。* O2 y5 p( X% k* }; h8 m
5 R- L5 G0 I) O% `4 m- K8 v
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。
2 L* e# n+ [ r! y$ P' u2 v# F; l9 o" k$ N; l, V# d
比特币协议最令人赞叹之处在于其优雅的简洁性:
, n3 d- d- f( |0 ?( l; e! r0 @
7 U# N. c( a0 G8 z$ |& C) y+ p/ F2 K* p& {0 o' A4 b0 O8 ]
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。7 T. v) A0 i9 ]
4 g7 N1 N5 b% N( H% x- D0 x
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。- o6 i3 w( B$ ^& W# E4 X
% u9 I7 s3 `( A. L; B: A
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。5 t0 d& B7 ]& p. H/ n
3 e7 k, G* a( R9 e7 x* z 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。
Z' e2 ]- b, }' x; I$ p7 g4 ^
/ \ k$ H7 w; i5 T 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:
2 I! ~0 u4 B; ^0 O) `& v9 g5 F# T
1 T" |6 u- _% }' Z 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。: I) U e0 j7 l1 j: m2 a( x
6 a) B4 `& E6 C/ G1 i. n" E 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。0 u5 G/ G& F) m' V3 {- m3 \
8 R4 v% D; i4 q; E, X3 v- y- J. s
3. 减少维护负担:降低长期协议维护的成本。7 k' z3 [( [0 X" G
5 h7 _: A+ m( }$ N
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。$ B I( t5 @8 G/ Z# I
4 m( Z1 q! Q. k h$ i 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。
" A3 F, g. q2 Y$ X
! c: w* }; Z0 p6 {+ y: s 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。) W; f7 J* ^3 D! t- \) M/ U. N. ^; d
& q2 k' B' m6 y$ ]) D& N. d0 }& T
本文将探讨五年后的以太坊如何接近比特币的简单性。
8 b) j2 ?' Z. j8 _
7 W9 K1 T+ S+ X( f 简化共识层
/ X" r6 U. R* i: ?2 U- R
, W2 S. i0 F9 I: w1 }
/ l Z6 i( B% S7 C+ j
" p! Y' A L& B! s8 F) y8 T6 {! m 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。
1 }( ~' F# L K$ |
+ S; @ F% o$ z& n相比现有信标链,新设计显著简化:' c1 S+ _5 A5 M" s$ `
/ S5 W4 `9 F% \2 J8 P$ d6 S 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
( y' F0 P& ?# V/ o1 `: L
G8 |" B" z; k约 200 行代码,且相比 Gasper,安全性接近最优。3 p, [# _' l% a( S" r6 ?' u3 ]
5 x& k+ M2 u% ]" U 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。
' R8 `: P4 h( V1 d6 i- U2 |- E( ?5 M( l' M8 r
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,5 U, E# v% o7 X3 N* N7 h* m
6 d4 m6 t* o$ j3 }6 Q# r5 ~- S
系统性风险较低。
0 Z; h$ p6 R! ~9 C0 ~* e
. Q% p& w! Y6 I' |2 k6 h1 Y4 D 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。
6 ?* P+ _7 o; Z% Y9 z# i8 Y) L
6 |6 J$ v, H# E1 C) \' `7 q9 \4 a 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)。7 W: L. a. i. ^3 I( l2 B
$ G% T) f m% T r' L& g7 T
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。$ h6 a. \" V, E) T
; d' [7 ?+ b4 q 简化执行层2 N9 A& z4 ^5 `% @' V* A# d
% v- \( |+ I" V 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( d2 Y* ]' w) A' Q( e1 l7 a" I& A
7 F" W' E2 q4 N S* L% @1 y(precompiles)为单一用例优化却鲜被使用。& m+ C. ~& [3 c
8 U# j% s$ E, m 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( u* { ]5 d1 U& A6 j+ y9 A& I+ |
a0 U) H6 |) \& W+ p0 T示出类似挑战。4 q! Y' U" r4 T3 {
1 w9 D' m5 R& P
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8 p( P$ o9 m, Z( ?
& B: [: n. }7 H1 y
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9 X1 o/ y# t w1 A) M. y# n8 b3 l
% o. z/ ?" ^8 b& C' P以太坊 ZK 证明器使用的另一种虚拟机。这将带来:
0 H: s. u! J( B- T( y+ k3 H" d1 g, `, ~* G5 t* x; z! }
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。
$ f' b0 w9 `# Q
3 b! a! l1 ]2 O4 P. k" m: M 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。
9 x+ g3 O4 }0 ?7 l! q6 Q
) C5 W1 q D3 i0 L1 Z 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。
* l/ W5 S6 k* ] P: Z; v" u
8 c; X4 l$ k% y' F# K( J 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。
) ]+ H5 `7 v. h0 ]+ o; d" t7 @& q& x: N. G9 S3 U/ `
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)。
$ | y V- y9 z& ]4 l8 q! G2 B) r! I( }- C4 o" I
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、& g+ c! s9 T6 R# Q% G
2 h$ |: R( ]' `1 ?4 b) l支持 DUP/SWAP17–32)来缓解这一问题。& S/ B3 o4 l- L* E& `4 u; |
3 e, n' F' O# l2 `8 C; R9 q. ^/ 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?
, x) y0 A' I' A; R( T# P# [: S3 C3 P+ ? d
虚拟机过渡的向后兼容策略9 O" p' t4 @7 a( \9 V; [+ J
8 M+ y: @0 F z& |6 o$ L 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。; n1 m. t" P9 u8 W" u
- g H+ ~; l6 @9 u6 L$ K E
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。& a6 m- o: Q9 o" C& K3 r6 ]
( u9 t1 R/ G* t4 c# F
8 Q4 N+ s& \ v
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。
$ T) [. L# R2 m5 F6 ?
6 `' J/ m6 [* F 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
5 M- g- i4 E, V& @; v+ W, X9 F& {" O W/ y, C% q3 Q) B6 `
形式化证明器可完全忽略橙色区域。
6 g8 ]/ G: P1 L7 }/ w4 L# { Q, _6 r5 w
( ~0 g( H) r; p. Y& ~ 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
) S' z* `. e/ f. G( D7 ]& H n3 q, T$ `% k% b, V
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。$ Q* ]$ U: @; J0 P8 l( }
9 D9 s+ U% n3 O9 Y+ ^1 m 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4 B$ o( R$ c/ W, |% M
5 w! ]8 ?+ E. q
域的代码复杂性远比绿色区域的复杂性危害小。- K+ O* }- n6 S. Q9 F% u, X
$ E) A$ @. x7 Y6 N 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。
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$ _; D+ X& K. i& f6 x8 g; E 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。. T3 v5 v, g2 K* O6 _& t
) w a" T( T4 G: y1 A. p, B 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。- H4 c4 Y: m! g( e
) _+ ]7 e5 b8 }! l; J
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
6 C3 t. u$ ~# p5 t
' J& P- J$ W5 k(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。
$ V* v) K# r# X" M) Y2 N0 R
- C9 c; i: z/ f, l& _ 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。% [5 {2 r N; S7 y
8 Q/ e. Y' {9 R0 E8 M, J' B; ^' w) D' q$ O) E [- S
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。
6 s' k& c4 `4 ^, Y! n5 m- h9 n8 M6 j1 A& \% y; N( L
通过共享协议组件简化, `2 a% L# k+ \
$ K0 Z4 X% [& g 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. R" E8 ]* C% k$ Y6 w; ?' A
$ p; U0 ?8 P' c0 m& I% l7 J! N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。
: [$ E" R5 V Y
$ t4 O3 n- l( X( f4 Q 统一纠删码* T+ w7 K1 r9 X" `0 W' d
, o k% a; F' x3 b0 J* [+ C4 [0 g$ N- ~9 Q# H+ l0 n
我们在三个场景中需要纠删码:# T8 d( j" o1 Y5 k V
" k7 S* X- b1 N 1. 数据可用性采样:客户端验证区块已发布。- H' w" D2 w0 F2 C
3 J% F: r0 {, t7 U4 g& 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。' x. `6 _, p7 \% d
# u& O* R5 k3 q: k5 M 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。1 N7 o) O8 E& o6 {2 W( |, p
- x. N$ E0 w' 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:
( n, z) V5 Y- m4 ]3 B; G S7 `$ V9 H, b' _
1. 最小化代码量:减少总代码行数。) @3 M% K9 _' J7 d; K
! {/ V; t/ }6 e& g8 o( c: W/ W; ^- 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。
9 h+ F4 t0 y1 Y' z. C9 N' R. Q m9 I# w9 @
3. 确保可验证性:所有场景的片段均可根据根验证。
8 {5 o# S6 R2 q& w& Y: M
- h* d( h& |1 X, e 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。5 h6 y# u) t. H# n1 Q
1 T$ J9 ^7 W* `. w4 u% P- T
统一序列化格式
+ _7 b0 E7 W2 A! \* j
3 }7 I* N& e1 }* D
( W9 j( a3 S$ ^4 N! E1 d 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
6 r0 }8 @/ R8 D" K! v- Y* e8 W% k: J# g% K3 n
度将因以下原因进一步提高:6 ^6 K1 w1 |& z- o* d8 h7 S1 I+ k
3 b5 k$ q; r# n5 |
1. 完全账户抽象(EIP-7701):交易完整内容对虚拟机可见。' q' Q9 L8 z3 ^' T3 z7 E. x8 M
& j1 Z. z) ?# r! _" f 2. 更高的 Gas 限制:执行层数据需放入数据块(blobs)。
" D ^$ Y# p- n
( b, t; R# d; ]1 f. Z2 r' g2 W 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。6 o; U0 B3 O( d0 T( Q/ [; @
& d/ i8 @' \* s+ k 我提议使用 SSZ,因为 SSZ:( l4 [ j( A5 M& ]
' Y) i* H3 G2 X: Q! Z
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)。! o% L1 O$ I3 v9 V4 A1 ^ F" n
8 u; y; k+ t N; ^; l
2. 已在共识层广泛使用。( R. ^% T- }0 p: J1 `7 C- `4 i7 j
( c" n q! O- o2 N) b5 w 3. 与现有 ABI 高度相似:工具适配相对简单。) V( V4 b0 B" D. I1 l; e6 e/ ~" E
! G2 o6 X) v8 p4 ~, _* C0 Q 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。
% c B0 Y9 W2 E5 G9 x$ M; S
# j! H5 ?$ F$ R9 U/ B 统一树结构
) o4 k$ `$ Z" |! Q9 M# X" Q+ V7 c' N( J) q/ T! n
" C& M7 M/ ^+ C) 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% h( k6 {, s+ ?3 i
* @3 _2 }; J3 V/ v. B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。
; h. \/ L& v9 B4 v4 M
9 y$ e( ~9 n$ R ^' g& ^- T( [3 N 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$ R8 f# ^. V/ Y d
/ k, [6 Q2 l8 [ 从现在到未来; t) T3 A! ~: m! }7 }& [
F& w; m# N4 Z6 k
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
" O9 h$ @- p' w! l4 r& n2 a1 u0 f4 d: R1 n6 p9 z3 F
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。9 {7 P, w |% B" H2 n
8 S/ P3 W3 L8 P! F& L. v 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; c+ a- y1 @: K& A9 C% Q$ o
+ _' v, h1 m2 Y; q' Q% s( K) h c
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。" S8 C" s/ R3 [0 u, x; p( z# D
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