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+ i; e3 Q1 h- m3 Z- m7 |) ^( B& \: G& F- L; D( R
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
- w2 G8 S4 l ]( b9 c' M( b5 Z$ a6 P, A$ K$ h
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
+ M2 B, f; h$ T. r" ?2 v5 u+ X2 _+ U6 L% W2 S! Z
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 R. P4 p- h+ o3 E/ W+ }( ~6 |0 @5 m, g7 N# l
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 ]+ J0 c$ t; {5 {
- \) l& X+ Z0 A3 O% l" i. ~5 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
* p, w4 H8 S$ B' V
- w* O ~ r6 v1 o% r8 n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。- f B. \% V/ A# }; N
( L) W/ V# v% B8 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。
4 C( f ^ f% ]( Q* w/ R+ ~& R7 q
比特币协议最令人赞叹之处在于其优雅的简洁性:# B2 A. j* L7 }
8 L& A7 Y* J4 S6 r, L8 d# h% l F6 v( q$ ^, @$ i" e. N( _
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。2 \& r$ O" y" v# b. F7 b
: B' w( h! O: k: Q/ Y, b8 Z! |* E 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。0 Q* P2 |9 }" S: T* n# S; n
0 k; x: v9 q8 ^. R8 g% 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。- w6 L9 P# m8 F8 E- C; e8 m
& |9 ~: _6 Z: }( j+ @5 r 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。- P- ^3 L" u3 b5 y9 u: |
8 @' W( H( ~9 o, O/ h% @- }+ 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:) x# l n$ Y% E6 n9 A; n3 A
4 {: L/ V% ]* d- L! ` 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。 j0 @3 |! V3 G: A0 P9 ^
( d4 x5 x' C W' f$ f T5 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。
8 i U2 J- d+ Q8 }9 f
7 }! k( ]0 Y) u! K7 l: y" `- ] 3. 减少维护负担:降低长期协议维护的成本。
0 t% C6 O, Z5 y& G3 Y' G3 V/ {0 M6 L+ D
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。 q& K) Z& Q! y Q/ S6 \4 ]/ D
; D: m' h2 P/ R3 U1 l 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。
7 s( J1 s7 B) J# N4 T6 P- d% ^ p
& ^ H# U) A' \5 ^ 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。7 w" t$ g4 j' i# m1 k
' I7 w8 @" a3 F: e
本文将探讨五年后的以太坊如何接近比特币的简单性。
6 [+ ^ w' y2 l
- g4 I: x. }7 D9 i& l: ~ 简化共识层
) n. i; x% S8 U: L* c
4 `# Z4 X5 s1 f$ |/ `
g7 z8 R* [- j
3 Z9 K, \* J- w) S& U& M& K 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。 \6 S, G' D3 W* N
4 Y" C8 h* F7 }1 i4 W* E' r
相比现有信标链,新设计显著简化:$ Y4 }9 F, P4 J" X% C
5 \1 ^) T7 Q6 [% a) W6 l 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# T: @( D# G$ |8 W/ x6 m
# d+ d' b. {5 T1 B约 200 行代码,且相比 Gasper,安全性接近最优。5 l& I2 K$ J& a# H, }
) i1 _! D7 z5 Z) _) |& Q+ 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。* ] e6 F v; {0 K2 e
% K& F/ X6 C' P' r! t4 ?+ w 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,
2 k. x9 G' _" ]6 \( e
2 K$ ~8 r; ~4 Z* {2 N7 ], o% _% Z Q系统性风险较低。& `5 p: G! c: q# s: `: k% g
, q+ K7 w; @+ Z' ?2 B
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。
4 N. t: i) T$ ]
# Z' H/ s$ j/ g: [+ s 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)。
6 n- H2 K* `+ `- C8 [: {: |! G; _/ F+ ]7 B
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。
8 I- U4 z) [$ i* G# T* F& i1 G& D1 l: @- ]9 q
简化执行层8 \" F0 F! t& z$ z) T
# j. [# A& q9 P( H6 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& D, H* ]5 E0 ]) b$ X
3 L! K. ~, v6 v# f0 m. t4 _% F(precompiles)为单一用例优化却鲜被使用。# v E: n, ?1 |+ W
/ R p9 S @/ N% n- }) H _
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9 ~' w& ~/ T5 @7 O2 {# ^
# [; C0 |; U9 v4 }, ?$ p% T示出类似挑战。2 Q, D. p5 z# ^
+ x$ K8 Q( J7 R8 `8 C! F" c- _
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7 b! H6 [) h$ X
# u; X. f% i/ u7 [! I1 m2 A3 d
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 f5 {8 y0 m, P
8 T( a3 {3 X. c以太坊 ZK 证明器使用的另一种虚拟机。这将带来:# @: l' E E1 {8 u
0 Y t b" L6 F! }% I4 R- 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。+ L( n4 s- _6 k7 h+ A$ F6 B4 O
$ F5 x; b1 Y9 h/ b% R9 S# M0 P5 E! w 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。
1 _. J8 S5 |% [. `! p" j! S2 S. `/ Z p, \& I
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。
$ t) Z k5 [$ P' o
) r j0 |! S0 v& q4 W: X9 c! ^ 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。
9 W5 L5 V" H; J9 R/ l" e
5 V2 X9 r: G0 L- O% } 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)。; G; K" x7 y% z$ G
. E; E. s! J4 \ o) P 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、3 }4 ]6 `9 {+ C- V) t, ^! @5 k! f
1 }% R% y3 f' G! f支持 DUP/SWAP17–32)来缓解这一问题。# ^9 ~- B/ c# U1 Z. K8 p
' S k8 u; n* ~; |" K 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?, p* Z" G0 I5 X7 E& b9 ^: Y
) v7 }9 `5 k0 T6 n 虚拟机过渡的向后兼容策略
/ D$ C( b5 c: p/ j
5 O0 @7 {$ \; b- X& \ 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。 t- R; y1 W. c m! Z' t& U
* z& c/ f4 W# A6 n7 W- ~- v
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。3 I5 o7 H+ F8 L" v/ g4 D$ o
" o( u7 a2 B! ?
- F! z% C1 H/ S& } R$ s 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。- o, \$ i, m4 n) S
; V! Z* Z; L! q! p" W 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( _1 f) J2 D) j8 h5 f
- C _$ g5 C; y形式化证明器可完全忽略橙色区域。, G$ w, P$ t1 X9 s7 r& D" w
$ Z4 S0 \4 L! u; v1 e 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 u- K6 B6 E& D
8 M# u: v" J6 _& o; m9 f
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。$ s& i" f0 W: f# l( u
; t4 f/ M) M% j: D8 U- @
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8 q& z* ^4 ^- h9 H5 Y- F
1 o& U. W0 `- z! |2 \8 x! l
域的代码复杂性远比绿色区域的复杂性危害小。7 o) @* E5 x+ T1 v ~
, `/ ?1 z+ C' k3 U/ H3 |7 G& ? 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。
, s( p' c/ [7 z I0 C& |' l* f* ? K5 c/ a. S. W# H& y
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。, |, G; y6 U& K) E, \ j _9 K
, [- E8 W& V/ J1 M: W' }- t" x
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。
; n' ]1 K/ F* V% w2 _$ ^+ ]9 i3 R6 X( Z2 p( Q$ s
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0 S/ w0 I. v7 P$ i, X/ n' W
5 O" q6 P: a( G% y0 m6 I
(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。
9 _9 B9 ?& ~! E" m v u! k" `5 ?0 _ ?
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。
, H. ?: s9 d" n6 A! A7 ?, {0 V
6 e0 Z4 c# l. Z% ^' ]7 |6 d S! e" T
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。
4 B) t. _0 T' a
1 E5 @% c$ H6 v/ T8 x 通过共享协议组件简化/ Y' S, v7 `! m" L( R
, p- k4 E9 D' k& X; y, K 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8 Z/ t* h9 s; Z9 N
7 O8 r) M5 l- J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。
. X& P! o- h' }) M
$ C% u$ l U7 j* r 统一纠删码7 r/ B" o0 T1 i* W" M: a" O
' n. F, J9 B- z+ s# N% L: }5 G
' N& A6 N7 G$ z* B) I 我们在三个场景中需要纠删码:' e& ^$ n* r8 G# t& x$ D7 Z
9 t2 n0 {9 |" B9 \! h
1. 数据可用性采样:客户端验证区块已发布。+ }+ X3 ?6 r/ ^( I, {4 Y" I
# Q2 z {, y! W; t+ ^/ 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。' v6 }2 O+ V9 O: {) V
- f+ d" w M- _- s* ^" J 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。
- Q$ o$ A9 d. E& [* D* s, Q3 r; C2 H* t( 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:2 J! R. S8 R: u7 j9 W
: L/ ~ s0 V0 Q8 z1 G2 x 1. 最小化代码量:减少总代码行数。
* i& x: C4 P# u( V+ F
# Q0 c- L3 H9 Z2 D 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。( a+ F) H$ o6 m
) [. {5 Y7 g; k! I" c/ v7 F 3. 确保可验证性:所有场景的片段均可根据根验证。
5 K' b1 z4 U- I% o1 ^2 f; j
& f- H1 ]; `# \% ^ 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。
9 y( y, y5 j2 o7 c
6 x+ ^/ @( v" N 统一序列化格式7 X% L7 R& V( H" f6 d. ~ I$ X8 B8 `
: J" _: j" x! x, y6 a
/ k; T" L, q5 b8 N) Q' P
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# s& v7 X8 \! {3 N- l1 o) {
3 m1 {, s( [" @4 Q度将因以下原因进一步提高:
% E- {( `) [) K( @5 h+ M$ {( a. ^2 s1 {9 E
1. 完全账户抽象(EIP-7701):交易完整内容对虚拟机可见。3 T: T+ ~2 _3 X4 i2 l1 M; x
k% m, n- _8 [/ h
2. 更高的 Gas 限制:执行层数据需放入数据块(blobs)。
4 h% B& d% R% W1 G9 f
- C2 J4 N3 g7 l7 f0 J& z 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。+ i5 `8 u$ N) q) R# y
$ o- S) i( C: P/ `# H1 V; }2 _ 我提议使用 SSZ,因为 SSZ:) f4 `: w* c3 k5 }4 f
0 q! z4 P/ U; G5 C3 Q5 Z* X: X 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)。
# ^" ]: L8 P7 `) O; S
. d& e' ?# w0 Q9 ^ 2. 已在共识层广泛使用。
2 q7 o) J$ I6 m5 J+ r y( i8 [
, G# [ b0 ~& ^5 \8 r7 l* n4 g 3. 与现有 ABI 高度相似:工具适配相对简单。6 [7 W+ X0 n- j$ J& r+ K4 ]
3 E6 A L$ F% B4 ]$ G 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。
& } d, f+ [. J* N$ k% B& D) ?
# E5 _7 `" X- q1 @3 x3 g) [ 统一树结构5 L; p1 W+ \0 h1 E. G
K- H: t) s5 M2 M8 _" m
7 }8 b0 }5 L, R. j 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0 \1 \1 o2 h+ V+ g9 c* z2 k2 o
* {3 L% j3 y" Q+ F& K6 R1 j
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。9 N1 f" P% m z- {
+ Y5 ]2 ^( o6 m i) T1 i
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。" M, V7 t: G) p
9 J& h* k2 \ h& f0 @6 k
从现在到未来
/ |4 S5 i/ N6 {* |! D# [% }
7 x' u- {6 r4 l 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 V8 \; d1 j& M! n/ i# M
9 Y a* d8 |8 E9 V) r& G8 @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 N7 s7 h2 o. L. Z; J2 J3 ]
7 b. p2 v7 z& |% R& f+ l 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6 j3 B5 b2 F) i2 J; Q- [+ }" G
3 A( C5 k0 w8 g* H. b0 {. u
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。
, O( @( M2 S6 Y+ p$ m
: {) T& F& u, o! }2 g; q* C4 e5 n/ U: T
2 }6 \% J3 K3 b- D
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