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) i3 ]! F8 @7 ^8 \8 D9 ^$ Q1 l# l! M U( c8 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
~+ ]) Y+ Q3 ?5 y3 f& K, z- [6 G" X
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9 k4 S% a+ M1 X# ?( W
5 L4 A; |! ~$ |9 I8 U6 h2 d% e1 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。
1 Z; L7 d$ t1 m7 @
4 s3 i2 y) M) `! w. ? 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8 o( t& j- I& Z& n! s$ ^0 D
& ~6 U1 l$ V4 C+ 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
: a" L4 I, h, K6 I0 V
?1 o: s" G8 `2 W8 P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。
0 E2 N/ R$ Y% ], C/ O `" \- d
* T% \0 o' G7 B# X 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 r0 P5 L, o9 A9 A4 W
' q- Q1 o8 D! q0 Y- X 比特币协议最令人赞叹之处在于其优雅的简洁性:1 t& A2 Z% M S% T/ q' Q& O) q" x
; {- S4 X+ P1 S! ^
1 U# H7 P6 k' X5 z) I( X4 B 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 S* D6 Y% m0 G m; T
0 n+ x2 i2 s# ~. q$ k* 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。. i9 A |4 G9 P
% F1 J5 O- r/ o5 { 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 U4 |2 R& p. C4 _$ ?+ X- e
4 h$ Q* `9 p5 e. u. g8 C$ s
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。
& C* c6 z) G7 N1 ]" N/ y7 j/ u1 w$ r0 |2 ?$ f
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:
7 Z* S/ M2 h5 w0 F/ i7 V& G0 R/ \* R* }2 F% B0 K: 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。
5 f: F, H1 P1 v+ l2 s6 i% D
2 b# z; e' c/ C+ J* C 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。% [/ C6 d6 [% \( Q# f& o- ?9 t
: x q/ J3 C1 ~ D
3. 减少维护负担:降低长期协议维护的成本。* J6 m8 V2 {/ T7 h
" Z- |* s n! c3 }6 c/ N- l 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。0 k2 s7 F3 N6 u. E
7 v6 {! p M& c: ^, R: u 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。
* z8 J' p4 m* o- `
3 e. k5 W2 j- ]1 Z, Z 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。 A$ H& V8 h& _- u3 N
6 n _- _7 V* f9 y
本文将探讨五年后的以太坊如何接近比特币的简单性。
0 J! O+ s; ?+ `! f' E2 Z
' b, K$ ^0 ^* |: p) [7 N6 E6 Y 简化共识层) w& j1 Z0 ~' e0 E0 \
+ \3 [# a3 S6 ^% o+ |# G* a / H ~% o/ @5 b% v9 ]$ L. w
/ y& ?$ U) ^8 ?5 Q/ {6 l$ j4 ` 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。* E" N0 R6 R3 ]1 q; S3 u! W O" c
( t( ^6 s+ e: B7 j x- s1 i" x: J相比现有信标链,新设计显著简化:
9 { z% \$ }0 k/ N$ B* J' b+ [( d/ w
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/ R& Z o4 F: P6 R \
: Z/ z! w( L# v3 d! O7 x" c. Z约 200 行代码,且相比 Gasper,安全性接近最优。5 V6 R" R2 L8 W/ t* E4 O
- q7 a: i7 y) r$ \% [5 m% o 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。
( Z+ V/ v. [, e Y7 D' ]2 `% U
2 r% v' q8 d! p0 h% ~% H% S2 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,; F% g G" k& o; a6 h; [/ _
) i/ B& C4 `7 f k' ~# M* e
系统性风险较低。. c7 F8 o( ^, x1 {
6 z6 n) B+ t; w; u I: s8 S 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。
/ O$ u! Q: P X: O' p$ a: I+ R* L# F3 t8 S T& D
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)。% Y" A+ N8 K, m: D
$ ^$ l3 E9 q) n8 V1 ]0 Q 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 L8 y/ B' E% j) N8 S1 m
) h3 k$ z6 H9 f1 _
简化执行层! l( J8 O" J, d& X; H! m
! F& d1 K0 f6 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
) P. o6 w3 h3 ~& r* U
# F) I) i4 s9 L: p: N(precompiles)为单一用例优化却鲜被使用。
' [9 {' c: e0 {, C0 z. K/ m% m! s
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
# u1 E. U v( ~( o( Q) }& |
0 C# N# r$ v/ r( P: M" v3 }: I4 {示出类似挑战。
2 b: k; T0 l5 \! J/ h: r4 b9 ?' p3 w1 s: x* m: N8 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4 J! Q! P( p/ i8 D
& ]3 N' J: [9 z" V9 f2 j
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" j# u8 Y) O3 U: ~$ u, A% K
# E# I8 W2 [0 k* G6 O0 s
以太坊 ZK 证明器使用的另一种虚拟机。这将带来:9 b9 T' @4 ?* h \% t- o
Q3 Y; }1 \% e! q
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。
& w ^+ e% \5 n5 t7 k D
$ c1 h' |; j: c. m7 y; ?- [8 R 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。
* M; ` D+ [/ F( O* x
1 @' c, o" k+ ]0 R 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 Y" |5 K" A2 x. f" v" p- h: n* U' u$ E% D& w) b
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。
2 b: I4 M3 Q' G) X' y7 \) G+ F8 W: T" a e
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)。9 Z* U! n5 u$ o! f& K: J! W
( G7 r' S) T9 ? _6 I; I+ {, i7 a
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、
! q+ F% ~ N, h+ s+ s: g) f% j5 U c) K* }) C& P% t2 b6 t
支持 DUP/SWAP17–32)来缓解这一问题。8 ]( m/ s v9 T: v
) w8 C( H1 f/ C9 f
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?
! ^8 |( V! b0 w$ r; I7 l; {8 a0 h7 U- Q9 Y# L8 D
虚拟机过渡的向后兼容策略$ H! r' S4 s8 a" K' d2 k/ H' e. n
/ \% U2 U* }" d( ~+ Y 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。
8 `& _' H! l4 v1 g
/ f" j9 l' }7 B6 y 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。
6 G/ f" `4 c6 [4 k
$ H' X! r1 V4 ~8 g* A: X/ K7 V9 Z" R$ C9 f
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。
( [+ f7 {4 v. c4 e4 R
( F) V; f& [# c H* T& b+ y 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
& ]& k, p5 l" ?& \9 {2 k% q7 Z7 i
" q' f' w) y# h形式化证明器可完全忽略橙色区域。" K( p- F- ]/ d
$ ]1 S- |+ @ ^, 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
6 I& C$ G3 _7 s& M1 j
2 _5 r4 M/ g9 B/ I- s2 ^' n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。
' L2 w. [1 F- d- A( G2 B0 O4 g3 p, Y& L
4 Y7 t" [/ g5 T/ g. x! [$ X 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 {4 ^( \3 A4 C3 e% o+ n. c8 q
2 p6 L3 x: v; U: I. o: h
域的代码复杂性远比绿色区域的复杂性危害小。
^& P5 O" U& S2 N( Q Y1 c, M
' I. d9 a' q5 d& I/ Z5 B 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。3 h+ e/ l* u. H- _% M, n! [7 y" Z
' H+ B) n" |# |; N. K; _' W, |
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。8 t0 h5 v7 e% a5 b: d
9 d5 n# c- @" U* z* V! _ n2 @, J$ [ 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。9 m- T6 j V% o' ^. M2 Q) Q
1 Q8 a* [: R L# w, q# P, G8 K6 t
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4 H8 i5 n0 \9 L' D! P
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(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。
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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。2 T. u! I: Q1 v' D
4 p3 g. I& O, {0 V& Q
2 F2 Q3 r) R' T' b6 V d
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 v% A3 n3 H" E# s+ @% o; t9 g
4 p8 s9 x: m& W( O; y. @9 C% l5 f
通过共享协议组件简化
+ \" G4 K1 C/ C, p% i* G. d5 S! k1 @# _+ @6 s3 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& K n1 T: U4 |9 r3 ^; T
: i( W$ J0 m( T y# @! n1 X1 E
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。/ g7 C* v9 B" f7 D+ ~
" B. D5 I3 ~- b- K" q/ ~: ~9 U( L* T) _ 统一纠删码; K) e4 h8 x5 L4 N7 ~
3 _4 C0 b. P2 w5 T# z
6 y/ ^5 V; E! o) \ 我们在三个场景中需要纠删码:! A5 R E) m4 |2 m
0 [0 g6 l3 U$ `7 C! Z5 B 1. 数据可用性采样:客户端验证区块已发布。
. d; g, ~2 r @5 _9 g
0 K$ }. q6 v( n8 a8 S' K 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。# T( r4 l" S0 Y, C0 C& H
% ]5 s E; i7 P: w5 q: _
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。
0 b O* G9 L% M" z3 S/ r2 h& l. k9 k2 [+ o
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:
4 J, t/ O+ G: C
8 g1 i3 n( X1 Y3 I) A1 K 1. 最小化代码量:减少总代码行数。
/ V% N0 `: z; M: N2 ^1 S
5 Z6 Z+ \% D+ B1 @. `9 B 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 c9 c' y! }8 J' @7 B# Z$ \
Z! E8 Q# j, z# ^) X 3. 确保可验证性:所有场景的片段均可根据根验证。
1 N* A- q" M( B& [( ~7 \+ U6 {, ]4 J: ?5 v8 D' e6 P5 W$ R
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。
7 t* I+ n. L0 K$ d8 v3 }+ E6 N( Z/ b) B1 ]4 k: `3 q
统一序列化格式9 \! e% u: }5 w6 u) B
- t' u+ S! V. N. R
' {! Y2 B: t, j) j2 R) W6 g 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! ]/ ^% t" r* C
; q" n O. _6 F, ~" k8 e
度将因以下原因进一步提高:
9 {) D# q1 h; q3 y W0 o0 t+ A* }$ N4 n: H" l) D9 z6 B( c
1. 完全账户抽象(EIP-7701):交易完整内容对虚拟机可见。, R" B# l! ]4 H, j- C( Y+ T2 ^/ t; `
1 z1 o/ B2 c% o. @/ U5 L1 r 2. 更高的 Gas 限制:执行层数据需放入数据块(blobs)。, G) G+ k4 B1 s, g5 k6 h7 u
% c! @* s9 \* ?# b$ y2 x5 f
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。/ a' @8 w- m6 r; l: I0 @
- F, z( Q p3 j9 N2 n 我提议使用 SSZ,因为 SSZ:8 T8 T9 f# F1 W! M# C% |
- v5 k1 G# N& i7 K. M, e
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)。
' x: v% L b! O8 k) @! S& m, f' m# O9 q( ^4 N1 ]/ W' _
2. 已在共识层广泛使用。
4 X+ ^8 T% Y( d& u! A1 Q8 P) X" q) k* N, R8 \) |0 E( M
3. 与现有 ABI 高度相似:工具适配相对简单。- [3 ]& h# {6 z
D7 H6 t' s: x7 G7 b 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 \- ^+ D* M0 l, U0 R; X7 `6 Y; P6 [& w6 C: v6 ~
统一树结构
; |6 Z$ _* U# t6 O& I, w. }- ^1 v" u. j
3 @$ i) F9 J o 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* W k1 d8 J. s8 Q5 Y8 E8 d9 o
% }$ Z8 x2 ?% D+ U. R- h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。
3 Z$ ^0 R) g6 |$ U1 [& O6 P( F0 }# ^+ R! ^
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。
6 O% ? x9 u$ q
! C! |4 }' i5 A/ t' t! e$ o 从现在到未来# e8 S+ x1 [7 t0 Y. J
1 C( N, t% a* e2 Y# n' H1 q 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
: `5 p2 K# W% a+ c1 I n2 b3 w" l3 {
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。
1 r5 L; A/ c1 Y4 X
8 W4 r' B( {4 m9 y) Y9 i9 ] 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9 D4 E6 b3 L q" X
, H p+ ~0 A$ O2 j- I, B
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。8 ?- }( [& H5 Y. {* j
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