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# Y# j, y! l8 @/ b. ^" Z
- q2 P" G' x9 f- ?4 s- l 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
- ~- Q6 H1 y, u# _1 y/ s" H2 Y0 c# Z
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( u6 V% ]% g% T/ D+ T- N. S, Y! A
7 m- |. u$ I+ S# `! }
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。! ^0 D' |5 G9 Q; D* @, O; I8 D
$ q, G3 @: T' X! E* n
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
9 s* o- Q) r2 `' m W$ f8 r& k; T( ?* k3 a4 m
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3 f9 T1 K8 M; E+ e" v% H0 ~
/ S1 O& V( f! K' o/ w$ I0 V& o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。' W% Z' s7 k1 F6 t4 T6 Q
j I4 K! w. | c1 K. S1 M0 \ d
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。& z& S6 ?: m: I% u* z V& v; t, O
4 }0 {0 a A: S: ]
比特币协议最令人赞叹之处在于其优雅的简洁性:! k4 B9 z0 b6 b! K! x! L% l
# S0 H& D+ z" C8 @2 y% m2 l5 _+ R2 F4 C7 J8 q$ N) S* E
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。
. h8 D! X3 } O2 a6 W+ o& j# h( w; L5 p, {
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。( G+ V) _" E7 Y* u" X
4 ]2 U9 w2 A7 [: \ 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。
' G1 k, J: g. m+ _+ i8 R! x8 C2 e1 D0 c2 K% k% q7 G
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。
1 `' X0 ~! a/ ]8 [1 C9 G
/ y& o+ J M9 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:/ ]/ e! Z% A$ ^% n8 _
" q. R" p& Y7 l5 z6 u4 x" n
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。
, e8 d: ]+ l1 u
( ~: D% L- k/ ^; a, { 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。9 \" q, l2 |: Q. {) O! n
* G) k/ o! a8 ^. d N! a3 B P# J/ G 3. 减少维护负担:降低长期协议维护的成本。1 s5 L( H8 I8 V8 [
4 K' B# F5 m c+ _) | 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。! `! P" h* b7 C" g( Q
3 C; W; ^; J) B" o9 T, A+ \ 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。
. E; f0 R/ O, j$ X! s- Y$ \8 M0 C* N+ n, s2 g
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。" d2 x2 c/ _7 i3 @9 W
# N9 \; j0 @2 m) M
本文将探讨五年后的以太坊如何接近比特币的简单性。 x* v; }- S. O$ C9 V i
" o' v& X. o& R; K$ B8 E 简化共识层
j2 k2 B2 {" e) w% h! B6 O; _ h, ~' c0 F. K
T& \1 k7 l4 v& Q; @' y8 f
3 h) }# h5 f2 k( b 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 ?+ z' T! I& G% Y. Q! R& w
) c1 o4 f# ^+ \+ t1 h3 N相比现有信标链,新设计显著简化:- C' c" M9 d: ~6 R
! g9 h- c/ e$ x9 H6 o
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
6 P3 @6 F1 M5 `$ X! R3 |% L9 U; n0 U! l; l- L2 j
约 200 行代码,且相比 Gasper,安全性接近最优。7 ]9 p. ?# @% U1 D3 }3 V
' ^( r& r0 |- k+ d 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。
2 y4 P% ]* t' o# u( }: @8 q0 h3 D! Y1 G: ^
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,0 l _( u; }" Q9 I$ G2 i
: S% e5 P2 U' P9 a系统性风险较低。
, R e0 \- }* x0 Q; A& T7 a3 Y% B
$ P1 d6 u* ?( c) A7 }/ \- i 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。
. q* k x o! ]: g4 m2 k8 y# k; y" T) J+ C+ }
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)。
H; c2 v# p+ I0 r# }" x$ k" [+ V$ f* I1 V9 A8 L `! I
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。
& f X. g# x i7 c. u. H5 P
9 c; b) F& |1 k7 y. q; q: p& `: p( y& d 简化执行层, w$ K5 E$ ?* V6 H. ~: P. H9 G
5 a1 u Q( {+ ~# P; n3 m6 q5 A" r
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
2 I' ]6 B0 j5 ~7 U0 @1 s% L
. p1 a0 M7 J# R7 G. ](precompiles)为单一用例优化却鲜被使用。
' k, g% t( H. H9 T: X! a( I/ B9 Z& V+ o1 k/ J0 O0 F
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6 z7 J/ V- ?1 @3 ]. R9 z! k& p
8 W, P+ W$ h- Y示出类似挑战。
3 O4 ]0 b+ |! I
- o2 M6 ~' N* U5 b: a6 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
1 u( S% m5 c: ]$ A3 n8 n& g& l/ |# o" \* M
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0 N) z* _+ L6 U
3 \# i" m& c7 D# X8 X: W
以太坊 ZK 证明器使用的另一种虚拟机。这将带来:
9 z' R' H% r/ v& o6 M: N# q- O: K5 s) v0 S
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。
/ a! e: V) `% V5 n8 n' H/ N! G$ ^' L- ?' Q+ p" O8 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。9 P. ?$ f; l2 h# B
: x# C, g% T" w! R" y I! ] n 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。; ^% P$ ^7 b& b& r) J/ D! n
0 {8 M" M: N. S2 ^3 T$ \# N3 K% i 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。+ Y3 u% o/ ~2 [! D, R
# e" c* m' l. O: _1 a3 u* 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)。
3 _" D2 g( q1 U$ `6 P$ j/ {- m9 S4 y* `% ~7 _- @: {. \- w
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、 a! z) W+ W G5 U- u3 Q! k3 |
3 ~- M8 [# {# f% y3 I支持 DUP/SWAP17–32)来缓解这一问题。
( C2 U4 s7 D0 Z$ _% j. z/ I( I. i
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?
% y1 E6 C% Z0 l7 m, W7 x' h$ L8 g" q
虚拟机过渡的向后兼容策略' u$ H' F8 n' E# v! \. H% \
~0 ]+ O+ n" J! x* P |( 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。$ v* C) U3 T8 }5 U" a
/ ~& O! }" W' \; [% J, Z9 W 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。8 i4 C) }1 E" i/ w
1 h8 S$ d5 D/ Q
6 `( h& V0 L4 O 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。
8 y4 r8 K( ?5 G1 j
3 g" ] S y1 Y0 N) b 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
! v x7 e) D8 }. ?* T7 m7 B; ~" N- b3 C% c/ O. p
形式化证明器可完全忽略橙色区域。
: M5 b$ R m- i! u& f% g+ _1 O' E% S, e, k
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2 R# G' ^7 t5 \2 g5 R V
: `" R# w% I: |' o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; p% G4 Z3 h
& `& T$ F" k* e$ N* P# 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
6 L- p3 U. Z* d: n- C7 I% t+ Z7 E/ w' a1 r) y+ `4 z
域的代码复杂性远比绿色区域的复杂性危害小。/ C8 U6 w9 e- e* Z/ ^, P8 ^: l
/ r9 D# D- B' D$ E; g! g) e 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。
! R, m7 u, o' O2 n' m- l
. Z1 ^2 }8 A5 R7 G7 i4 ]/ ? 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。$ Q' C& F& c. O; p8 q/ F1 S
N0 k; V5 T2 r# 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。
' J5 X$ t4 \& r0 W' {: c3 K0 G$ H
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; r% j& H; l1 m
6 }+ g" i: w3 p(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。- @* S, D6 D0 p) }0 `
k* T: D9 }7 S/ ^' ^2 Q1 f
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。! k" P- V Y; M+ B
6 }, L( I: y( T. l. F
! j6 @" ^) h" O5 W5 n
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。& h2 {* O [! }. W
$ J6 g' c6 r9 P. C' f) B
通过共享协议组件简化3 m: T2 s) }1 p; B. e
( @ N# j( f# s- L 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
; B. U! B9 G3 ?: |& R p
7 U+ \/ t& ~' ]/ `$ G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。( w* D4 |7 `! }0 Z5 V. d' k
' _5 {1 e1 T" ^9 k2 x 统一纠删码
$ k+ W$ `0 h# Q& ~% G3 s" t( p
! H8 L: ?* B G3 Q- m. @/ s5 y9 e$ c/ B E) `- a0 ^- I; Y/ {
我们在三个场景中需要纠删码:! j {' I/ c2 P# j& \& Q0 z& ]9 i
/ R) x) f$ A5 z 1. 数据可用性采样:客户端验证区块已发布。
9 ` X7 q1 ~. t5 |/ x V+ ^& N" N2 k" a" [
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。
8 E# h8 w. _& ~! i0 g: ]: n; Z; ?4 ^8 u: f+ [: w" x, i1 p8 k
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。9 @7 L9 b! p/ {
) t$ _( u; N' [* X- a/ g
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:0 Z' [/ X2 y( Y' m, g
5 X7 d6 X# z r9 T* \( |/ d" T
1. 最小化代码量:减少总代码行数。! u2 E2 S* b5 b$ q
j; E0 Z' ^$ f9 ^
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。! ^% z; W$ V* j0 x$ B& l
3 G/ a/ S5 ~% a7 a; }- W- ^ 3. 确保可验证性:所有场景的片段均可根据根验证。& }8 f" c2 L( [3 x: K
! `6 y% Q5 |8 P! N4 }/ J6 k( \ 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。+ B5 J: b q' N/ B4 M: D: T
- @" u0 R- W* l; G+ g 统一序列化格式
, V$ a( L7 ~2 T, }" `8 E; r% c7 x5 t# b/ u. N' a
2 ^# ^2 k& y5 v) w& n4 R% h7 B1 \- h
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
N- z' C' T! t" h- W% u) v* @
. c" a/ ^/ e5 H度将因以下原因进一步提高:
W9 ^" H9 b! }! o3 N7 I
8 v2 |& v. Z# T% l# a8 x 1. 完全账户抽象(EIP-7701):交易完整内容对虚拟机可见。9 a# b! [/ Q3 L0 d
0 \: n: |5 d$ C+ |/ }
2. 更高的 Gas 限制:执行层数据需放入数据块(blobs)。
u, _* s% P3 @3 B$ n: b. v4 N* Q1 q* z3 F. S' a
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。9 f0 P, @, }1 ] c, @2 H
. u& l& }4 W( S+ D9 N 我提议使用 SSZ,因为 SSZ:( U! ~' S! M+ z3 m
" v& H/ i8 u) P0 D/ 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)。5 p1 L/ t& ^0 R% o& N
& B5 g' P" U$ R& u9 t3 e7 G) N9 V3 T! E- C
2. 已在共识层广泛使用。. N4 Q! `9 Y o( J+ g6 G
& B2 ]0 S. ?7 [0 [' N# G) i 3. 与现有 ABI 高度相似:工具适配相对简单。/ u1 U% G5 ~* ]( J1 W
3 W% {( B- K' o% q. E* r$ k+ a
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。4 m! ~% J: T/ p5 D. I/ r
% ]& A, i0 y' m ^6 t8 V+ z 统一树结构
9 J& V- O2 N# u Y+ f
) a4 _ {& [: m7 `
: H- E4 k! q' ?* D- t' M 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
7 E" d5 H( O! |. v! p3 j5 g- P0 z9 o% j- Y& K7 F
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。
+ w6 |6 {" s' T. _7 r
% Y; A: C {$ R0 { 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。0 X. `, {* Y, s3 N. _' o) j
. `- I* g# \# X9 O! d+ |. @0 c
从现在到未来+ `. A$ b* G4 ]0 s
7 d/ g' @- z; C7 `" Y0 h- w9 _ 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
2 k/ G0 r5 }; O0 {/ ~- ?5 h2 g0 L* Z
5 E, T! i) a( w2 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。
# x8 N. W$ L9 R
$ ~5 O" G, E6 T p% \! e 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 ^/ k2 h9 ?8 b1 V0 y) P, E
) t6 c. K; ]: x6 c& ~" g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。% R4 |( V2 p2 U a
7 \9 [5 o; Z( h) [, b& m% U
6 s7 l: j: w! w: Z. Q, a
+ A: D8 \+ O& W3 i8 n0 j' P
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