再見 EVM，你好 RISC-V

作者： 0xjaehaerys ，登鏈社區

引言

以太坊正準備進行自發布以來最重大的架構轉變：用 RISC-V 替換 EVM。原因很簡單------在 ZK 優先的未來，EVM 是瓶頸：

• 如今的 zkEVM 依賴於解釋器 → 減速 50-800 倍，
• 預編譯因複雜性和風險而使協議膨脹，
• 256 位堆疊設計在證明中效率極低。

RISC-V 解決了這個問題：

• 極簡主義（約 47 條基本指令）+ 成熟的 LLVM 生態系統（Rust、C++、Go），
• 已經是事實上的 zkVM 標準（10 個項目中的 9 個），
• 正式的 SAIL 規範（相對於不明確的黃皮書）→ 實現嚴格驗證，
• 硬體證明路徑（ASIC/FPGA）已經在測試中（SP1、Nervos、Cartesi）。

遷移分為 3 個階段：

1. RISC-V 作為預編譯替代品（低風險測試）。
2. 雙 VM 時代：EVM + RISC-V，具有完全的互操作性。
3. 在 RISC-V 內部重新實現 EVM（Rosetta 策略）。

生態系統影響：

• Optimistic Rollup 崩潰（Arbitrum/OP 必須重建欺詐證明）。
• ZK Rollup 大獲全勝（Polygon、zkSync、Scroll → 更便宜、更快、更簡單）。
• 開發者直接在 L1 上獲得 Rust/Go/Python 庫。
• 用戶獲得約 100 倍更便宜的證明 → 通往 Gigagas L1（約 1 萬 TPS）的道路。

最終，以太坊從"智能合約 VM"演變為互聯網的極簡、可驗證的信任層，其中"終點 = ZK-snark 一切"。

以太坊處於十字路口

終點包括…… ZK-snark 一切。" --- @VitalikButerin ZK 終局是不可避免的，並且論點很簡單：以太坊正在從零知識證明的基礎上從頭開始重建。這代表了協議的技術終點線 ------ 重新架構

有了這個願景作為終點線，以太坊現在正處於自發布以來最重大的架構演變的門檻。討論不再是關於增量升級，而是對其計算核心的根本性重新架構：替換以太坊虛擬機 (EVM)。該倡議是更廣泛的 "(Lean Ethereum)精益以太坊"願景的基石，該願景旨在系統地簡化整個協議，將其分解為三個核心組件：精益共識、精益數據和精益執行。精益執行的核心在於一個關鍵問題：EVM（為智能合約革命提供動力的引擎）現在是否是以太坊未來的主要瓶頸？

正如以太坊基金會的 Justin Drake 所說，長期目標一直是"Snarkify 一切"，這是一個強大的工具，可以增強協議的每一層。長期以來，這有點像是"空中樓閣，因為我們特別需要的是實時證明的概念"。現在實時證明正在成為現實，EVM 的理論低效率已成為一個實際且緊迫的問題需要解決。

本分析探討了將以太坊 L1 遷移到 RISC-V 指令集架構 (ISA) 的引人注目的技術和戰略論據，此舉有望釋放前所未有的可擴展性、簡化協議，並使以太坊與可驗證計算的未來保持一致。

到底在改變什麼？

在深入探討"原因"之前，了解"什麼"至關重要。

EVM 是以太坊上智能合約的運行時環境。它是處理交易並更新區塊鏈狀態的"世界計算機"。多年來，它的設計具有革命性，創建了一個無需許可的平台，催生了整個 DeFi 和 NFT 生態系統。然而，其定制的、近十年前的架構現在帶來了巨大的技術負擔。另一方面，RISC-V 不是產品，而是一個開放標準------一個免費且通用的"字母表"，用於設計處理器。正如 Jeremy Bruestle 在 Ethproofs 電話會議中強調的那樣，它的關鍵原則使其非常適合這個角色：

• 極簡主義：基本指令集非常簡單，僅包含大約 40-47 條指令。用 Jeremy 的話說，這使得它"幾乎非常適合我們擁有的超級簡約通用機器的用例"。
• 模塊化：通過可選擴展添加更複雜的功能。這至關重要，因為它允許一個簡單的核心可以根據需要進行擴展，而無需將不必要的複雜性強加到基本協議中。
• 開放生態系統：它受到大量的、成熟的工具鏈的支持，包括 LLVM 編譯器，這使開發人員可以使用 Rust、C++ 和 Go 等主流語言。正如 Justin Drake 提到的，"圍繞編譯器有很多工具，而編譯器非常難以構建……因此擁有這種編譯器工具鏈有很多價值"。 RISC-V 允許以太坊免費繼承這項工作。

解釋器開銷問題

替換 EVM 的必要性不是由單一缺陷驅動的，而是由一系列基本限制共同造成的，在 ZK 原生未來的背景下，這些限制已變得無法忽視。這些問題包括 ZK 證明系統中的嚴重性能瓶頸，以及協議本身內部危險複雜性的累積。

解釋器開銷問題

這種轉變最緊迫的驅動因素是 EVM 在零知識證明系統中的固有低效率。隨著以太坊轉向由 ZK 證明驗證 L1 狀態的模型，證明者性能成為最終的瓶頸。

"虛擬機不必複雜。" --- @VitalikButerin
對於大多數人來說，圍繞 Vitalik 的"長期 L1 執行層提案：用 RISC-V 替換 EVM"的議論聽起來像是黑魔法。但如果它實際上更簡單，並且影響到每個人呢？

問題在於當前 zkEVM 的工作方式。它們不直接證明 EVM。相反，它們證明 EVM 的解釋器本身被編譯為 RISC-V。Vitalik Buterin 直接解釋了這個根本問題：

"……如果 zkVM 的實現方式是採用 EVM 執行並將其編譯成最終變成 RISC-V 代碼的東西，那麼為什麼不直接向智能合約開發者公開底層的 RISC-V 呢？這樣你就可以完全消除整個虛擬機的外部層開銷。"

這額外的解釋層帶來了巨大的性能損失。估計表明，與證明原生程序相比，這會導致 50-800 倍的減速。在優化哈希等其他瓶頸（例如，通過切換到 Poseidon）之後，此"區塊執行"部分將消耗所有證明時間的 80-90%，從而使 EVM 成為擴展 L1 的最終也是最強大的障礙。通過消除這一層，Vitalik 估計執行效率可能會提高 100 倍。

關於從長遠來看用 RISC-V 替換 EVM 的新 @VitalikButerin 博客文章。我非常喜歡以太坊執行層的這個方向。如今，像 SP1 這樣的 RISC-V zkVM 顯然是"ZK-ifying"以太坊的最終解決方案，並且正在迅速成為事實上的解決方案

預編譯債務陷阱

為了解決 EVM 在特定加密操作中的糟糕性能，以太坊引入了預編譯合約------直接硬編碼到協議中的專用函數。雖然當時這是一個務實的解決方案，但這導致了 Vitalik Buterin 稱之為"可怕"的局面：

"預編譯對我們來說很糟糕……它們極大地膨脹了以太坊的可信代碼庫……它們對我們在共識失敗方面最嚴重的險些失誤負有責任。"

複雜性令人震驚。Vitalik 通過將單個預編譯 modexp 的包裝器代碼與整個 RISC-V 解釋器進行比較來說明了這一點------觀察到預編譯的邏輯實際上要複雜得多。添加新的預編譯需要一個緩慢且在政治上充滿爭議的硬分叉過程，這扼殺了需要新加密原語的應用程序的創新。這導致 Vitalik 得出一個堅定的結論：

"我實際上認為我們應該從今天開始暫停任何新的預編譯。"

以太坊的架構技術債務

EVM 的核心設計反映了一個逝去時代的優先事項，並且不適合現代計算。

256 位架構是為處理加密值而選擇的，對於大多數智能合約操作來說效率極低，這些操作通常使用 32 位或 64 位整數。這種低效率在 ZK 系統中尤其昂貴。正如 Vitalik 解釋的那樣：

"當你使用較小的數字時，你實際上並沒有從每個單獨的數字中獲得任何節省，並且複雜性會增加大約兩到四倍。"

此外，其基於堆疊的架構不如 RISC-V 和現代 CPU 的基於寄存器的模型高效。它需要更多的指令來執行相同的操作，並使編譯器優化複雜化。

這些綜合因素------ZK 證明瓶頸、預編譯的複雜性和過時的架構選擇------為以太坊超越 EVM 創造了一個引人注目且緊迫的理由。

RISC-V 藍圖------建立在更堅實的基礎上

VitalikButerin 簡化 L1

採用 RISC-V 的理由不僅僅是 EVM 的缺點；而是關於 RISC-V 設計理念的內在優勢。它的架構提供了一個強大、簡單且可驗證的基礎，非常適合像以太坊這樣的高風險環境。

為什麼開放標準優於定制設計

與需要從頭開始構建整個軟體生態系統的定制 ISA 不同，RISC-V 是一個成熟的開放標準。這提供了三個關鍵優勢：

成熟的生態系統。通過採用 RISC-V，以太坊可以利用計算機科學領域數十年的集體進步。正如 Justin Drake 解釋的那樣，這提供了對世界一流工具的即時訪問：

"有一個名為 LLVM 的基礎設施組件，它是一個編譯器工具鏈，允許你採用高級編程語言並將其編譯為各種後端。RISC-V 是受支持的後端之一。因此，如果你支持 RISC-V，你將自動支持 LLVM 啟用的所有高級語言。"

這大大降低了數百萬精通 Rust、C++ 和 Go 等語言的開發人員的入門門檻。

• 設計上的簡單性。RISC-V 的極簡主義是一種刻意的特性，而不是一種限制。基本指令只有約 47 條，虛擬機的核心仍然非常簡單。這種簡單性對於安全性來說是一個巨大的優勢，因為更小的可信代碼庫更容易審計和形式化驗證。
• ZK 領域的實際標準化。至關重要的是，zkVM 生態系統已經做出了選擇。正如 Justin Drake 強調的那樣，Ethproofs 的數據中出現了一種清晰的模式：

"RISC-V 是 zkVM 後端的領先 ISA。"

在能夠證明以太坊區塊的十個 zkVM 中，九個已經以 RISC-V 為目標。這種市場融合是一個強烈的信號；通過採用 RISC-V，以太坊不是在進行投機性押注，而是與已經通過構建其 ZK 未來的項目進行過實戰測試和驗證的標準保持一致。

為信任而設計，而不僅僅是執行

除了其生態系統之外，RISC-V 的內部架構非常適合構建安全且可驗證的系統。

首先，它有一個正式的、機器可讀的規範，稱為 SAIL。這是對 EVM 規範的巨大改進，EVM 規範主要以散文文檔（黃皮書）的形式存在，這可能會產生歧義。SAIL 規範充當"黃金標準"，可以實現對於保護巨大價值的協議必不可少的正確性數學證明。正如 EF 的 Alex Hicks 在 Ethproofs 電話會議中指出的那樣，這允許直接"根據官方 RISC-V 規範"驗證 zkVM 電路。

其次，RISC-V 包括一個特權架構，這是一個經常被忽視但對安全至關重要的功能。它定義了不同的操作級別，主要是用戶模式（用於不受信任的應用程序，如智能合約）和監管模式（用於受信任的"執行內核"）。Cartesi 的 Diego 解釋了它的重要性：

"操作系統本身必須保護自己免受其他代碼的侵害。它需要保持不同的程序彼此分離運行，並且所有這些機制都是 RISC-V 標準的一部分。"

在此模型中，在用戶模式下運行的智能合約無法直接訪問區塊鏈的狀態。相反，它必須通過特殊的 ECALL（環境調用）指令向在監管模式下運行的可信內核發出請求。這創建了一個硬體強制的安全邊界------比 EVM 的純軟體沙盒模型更強大且更可驗證的模型。

Vitalik 的願景

過渡被設想為一個漸進的、多階段的過程，以確保穩定性和向後兼容性。Vitalik Buterin 概述的這種方法旨在實現進化，而不是革命。

• 第 1 步：預編譯替換。第一個、最保守的步驟是以有限的容量引入新的 VM。正如 Vitalik 建議的那樣，"我們首先在有限的情況下使用新的 VM。例如，替換預編譯"。這將涉及暫停新的 EVM 預編譯，而是將任何所需的功能實現為白名單 RISC-V 程序。這允許新的 VM 在低風險環境中在主網上進行實戰測試。）接口，其中以太坊客戶端充當兩個執行環境之間的中介。
• 第 2 步：雙 VM 共存。下一個階段將"使這個新的 VM 直接可供用戶使用"。可以使用一個標誌來部署合約，該標誌指示其字節碼是 EVM 還是 RISC-V。關鍵特性是確保無縫互操作性："兩種類型的合約都能夠相互調用"。這將通過系統調用（ECALL）來實現。
• 第 3 步：作為模擬合約的 EVM（"Rosetta"策略）。最終目標是實現最終的協議簡化。在這個階段，"我們使 EVM 成為新 VM 內部的實現"。規範 EVM 將成為在原生 RISC-V L1 上運行的經過形式化驗證的智能合約。這確保了對舊應用程序的永久支持，同時允許客戶端開發人員僅維護一個最小的執行引擎。

整個生態系統的連鎖反應

擬議的從 EVM 到 RISC-V 的過渡遠遠超出了核心協議，對整個以太坊生態系統產生了深遠的連鎖反應。它有望重塑開發者的體驗，從根本上改變 Layer-2 解決方案的競爭格局，並為證明解鎖新的經濟模型。

Rollup 重新調整：Optimistic vs. ZK

L1 上執行層轉移到 RISC-V 將對兩種主要的 Rollup 類別產生深遠且不同的影響。

Optimistic Rollup（Arbitrum、Optimism）面臨著根本的架構挑戰。它們的安全性模型基於通過在 L1 EVM 上重新執行有争议的交易來解決欺詐證明的能力。如果 L1 EVM 被替換，則整個模型都會崩潰。這些項目將面臨一個嚴峻的選擇：進行大量的工程工作以設計一個針對新的 L1 VM 的新欺詐證明系統，或者完全脫離以太坊的安全模型。

相比之下，ZK Rollup 獲得了巨大的戰略優勢。絕大多數已經 converging 在 RISC-V 上作為其內部 ISA。一種說同一種母語的 L1 將能夠實現更緊密和更高效的集成。Justin Drake 描述了一個"原生 rollup"的未來，其中 L2 本質上是 L1 自身執行環境的一個專門實例，使用規定的 L1 VM 進行無縫結算。這種對齊將：

• 簡化技術堆疊：L2 團隊不再需要彌合其內部 RISC-V 執行和 EVM 之間複雜的差距。
• 啟用工具和代碼重用：為 L1 RISC-V 環境開發的編譯器、調試器和形式驗證工具可以直接被 L2 重用。
• 調整經濟激勵：L1 gas 成本將更準確地反映 ZK 證明 RISC-V 執行的實際成本，從而創建更合理的經濟模型。

開發者和用戶的新时代

對於那些在以太坊上構建的人來說，過渡有望是進化式的，而不是破壞性的。

• 對於開發者來說，關鍵好處是能夠訪問更廣泛、更成熟的軟體開發世界。正如 Vitalik Buterin 指出的那樣，開發者將"能夠用 Rust 編寫合約，並且這兩種選擇將開始彼此共存。"與此同時，他預測"由於 Solidity 和 Vyper 對於智能合約邏輯的優雅性，它們將在很長一段時間內繼續流行"。通過 LLVM 工具鏈使用主流語言及其龐大的庫的能力是一種變革性的轉變。它打開了通往他所描述的"NodeJS 類型的體驗，你基本上使用相同的語言來編寫鏈上代碼以及編寫鏈下代碼"的大門。
• 對於用戶來說，最終的回報是更便宜、功能更強大的網絡。預計證明成本將降低約 100 倍------從每筆交易幾美元降至幾美分------這直接轉化為 L1 和 L2 結算的更低費用。這種經濟可行性解鎖了"Gigagas L1"願景，目標是在 L1 上實現約 10,000 TPS，從而實現更複雜、更高價值的鏈上應用程序的未來。

ETH zkEVM-L1 100 倍擴展：以太坊揭示了其 10M TPS 的路線圖,實時 ZK 證明如何釋放以太坊的 Teragas 願景執行

Succinct Labs 和 SP1：證明未來，就在今天

https://blog.ethereum.org/2025/07/31/lean-ethereum

RISC-V 的理論優勢已經通過 Succinct Labs 等團隊的實踐得到了證明。他們的工作是整個提案的有力案例研究。

Succinct 的 SP1 是一個基於 RISC-V 構建的高性能開源 zkVM，它驗證了新的架構方法。它的"以預編譯為中心"的理念完美地說明了如何解決 EVM 的加密瓶頸。SP1 沒有依賴於緩慢的、硬編碼的預編譯，而是將 Keccak 哈希等密集型操作分流到通過標準 ECALL 指令調用的經過專門優化的 ZK 電路。這提供了自定義硬體的性能和軟體的靈活性。

@SuccinctLabs SP1 Hypercube 實時以太坊證明就在這裡。

實際影響已經可見。OP Succinct 產品使用 SP1 來"ZK-ify"Optimistic Rollup。正如 Succinct 的聯合創始人 Uma Roy 解釋的那樣：

"你的 OP Stack rollup，不再需要等待七天才能完成最終性和提款……現在實現了一小時的最終性。它的最終性更快，這太棒了。"

這解決了整個 OP Stack 生態系統的一個主要痛點。此外，Succinct 的基礎設施------Succinct Prover Network------被設計為一個用於證明生成的去中心化市場，展示了可驗證計算的未來可行經濟模型。他們的工作不僅僅是一個概念驗證；它是本文中描述的未來的一個可行藍圖。

以太坊如何降低風險

RISC-V 的一個關鍵優勢在於，它使形式驗證（通過數學方式證明系統的正確性）這一聖杯成為一個可以實現的目標。EVM 在黃皮書中以自然語言指定，因此很難形式化。相比之下，RISC-V 具有官方的、機器可讀的 SAIL 規範，該規範為其行為提供了一個明確的"黃金參考"。

這為實現更強的安全性提供了清晰的途徑。正如以太坊基金會的 Alex Hicks 指出的那樣，正式"根據提取到 Lean 中的官方 RISC-V 規範驗證 zkVM RISC-V 電路"的工作已經在進行中。這是一個巨大的進步，將信任從容易出錯的人工實現轉移到可驗證的數學證明。

過渡的主要風險

儘管 RISC-V 具有優勢，但基於 RISC-V 的 L1 引入了新的且令人畏懼的挑戰。

• Gas 計量。為通用 ISA 創建確定性且公平的 gas 模型是最難解決的問題之一。一個簡單的指令計數很容易受到拒絕-服務攻擊（例如，攻擊者可以製作一個重複錯過緩存的程序，從而以非常低的 gas 費用導致高資源使用率）。
• 工具鏈安全和可重現構建問題。這可能是最重要且未被充分認識的風險。安全模型從信任鏈上 VM 轉移到信任每個開發人員使用的鏈下編譯器（例如 LLVM）。這些編譯器非常複雜，並且已知包含 bug。攻擊者可能會利用編譯器 bug 從看似良性的源代碼生成惡意字節碼。此外，確保鏈上編譯後的二進制文件與特定的公共源代碼完全對應（"可重現構建"問題）非常困難，因為構建環境中的微小差異可能會產生不同的二進制文件。

緩解策略

前進的道路需要一個多層防禦策略。

• 分階段推出。漸進式、多階段的過渡計劃是主要的風險緩解策略。通過首先將 RISC-V 作為預編譯替換引入，然後在雙 VM 環境中引入，社區可以在做出任何不可逆轉的更改之前獲得運營經驗並建立對低風險環境的信心。
• 全面審計：模糊測試和形式化方法。雖然形式驗證提供了最終目標，但它必須輔以持續的、積極的測試。正如 Diligence Security 的 Valentine 在 Ethproofs 電話會議中演示的那樣，他們的 Argus 模糊測試器已經發現了領先的 zkVM 中的 11 個關鍵可靠性和完整性 bug。這證明即使是設計最完善的系統也存在漏洞，這些漏洞只能通過嚴格的對抗性測試才能發現。
• 標準化。為了避免生態系統碎片化，社區 converging 在單一標準 RISC-V 配置文件上至關重要。這很可能是帶有 Linux 兼容 ABI 的 RV64GC，因為這種組合提供了主流語言和工具最廣泛的支持，從而最大限度地提高了新生態系統的好處。

可驗證未來的曙光

用 RISC-V 替換以太坊虛擬機的提案代表了對網絡未來的一個關鍵且大膽的願景。它不僅僅是一個增量升級，而是以太坊執行層的根本性重新架構，旨在解決根深蒂固的可擴展性瓶頸、簡化協議複雜性，並將平台與更廣泛的通用計算世界保持一致。雖然這條道路充滿了巨大的技術和社會挑戰，但長期戰略利益足以證明這項雄心勃勃的嘗試是合理的。

過渡取決於一組核心權衡：ZK 原生架構的巨大性能提升與向後兼容性的關鍵需求；更簡單協議的安全性優勢與 EVM 龐大網絡效應的慣性；以及通用生態系統的力量與依賴複雜第三方工具鏈的風險。

最終，這種架構轉變是實現更廣泛的"精益以太坊"願景的"精益執行"承諾的關鍵。它將 L1 從一個簡單的智能合約平台轉變為一個高效且安全的結算和數據可用性層，專門用於支持可驗證計算的領域。旅程是漫長的，但方向是明確的。正如 Vitalik Buterin 所說，最終目標是：

"終點包括…… ZK-snark 一切。"

Ethproofs 等舉措提供了客觀數據和協作論壇，這是駕馭這條道路所必需的，而 Succinct Labs 等團隊及其 SP1 zkVM 的實際實施則為這個未來是什麼樣子提供了一個可行的藍圖。通過擁抱 RISC-V，以太坊不僅解決了自身的可擴展性瓶頸；它還在將自己定位為下一代互聯網的基礎信任層，該層由哈希和簽名之後的第三個偉大的加密原語提供支持：SNARK。

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