技术债压顶，以太坊选择用 RISC-V「推倒重来」

以太坊计划用 RISC-V 取代 EVM，以解决 ZK 未来中的效能瓶颈，并将自身定位为下一代网路的基础信任层，实现可验证计算的愿景。本文源自 jaehaerys.eth所着文章，由深潮 TechFlow整理、编译及撰稿。
（前情提要：以太坊「改 RISC-V」吓跑开发者？OG警告：ETH生态将重分配，小项目会出走Solana ）
（背景补充：技术》什么是 Vitalik 推崇的 RISC-V？CKB-VM 为什么选择 RISC-V？ ）

本文目录

• 摘要
• 以太坊的十字路口
• 究竟发生了什么变化？
• 直译器开销问题
  • 直译器开销问题
  • 转型的主要风险
  • 缓解策略

   

  透过拥抱 RISC-V，以太坊不仅解决了自身的扩展性瓶颈，还将自身定位为下一代网路的基础信任层。

   

  摘要

  以太坊正準备迎来自诞生以来最重要的架构转型：将 EVM 替换为 RISC-V。

  原因很简单——在一个以零知识 (ZK) 为核心的未来，EVM 已经成为效能瓶颈：

  • 当前 zkEVM 依赖直译器，导致 50–800 倍的效能减慢；
  • 预编译模组让协议变得複杂且风险增加；
  • 256 位元堆叠设计在生成证明时效率极低。

  RISC-V 的解决方案：

  • 极简设计 (约 47 个基础指令) + 成熟的 LLVM 生态系 (支援 Rust、C++、Go 等语言)；
  • 已成为事实上的 zkVM 标準 (90% 的专案採用)；
  • 具备正式的 SAIL 规範 (相比模糊的黄皮书) → 实现严格验证；
  • 硬体证明路径 (ASICs/FPGAs) 已在测试中 (SP1、Nervos、Cartesi 等)。

  迁移过程分为三个阶段：

  1. 将 RISC-V 作为预编译模组替换 (低风险测试)；
  2. 双虚拟机时代：EVM 与 RISC-V 并存并完全互操作；
  3. 在 RISC-V 内重新实现 EVM (Rosetta 策略)。

  生态系影响：

  • 乐观型 Rollup (如 Arbitrum 和 Optimism) 需重建诈欺证明机制；
  • 零知识型 Rollup (如 Polygon、zkSync、Scroll) 将获得巨大优势 → 更便宜、更快、更简单；
  • 开发者可直接在 L1 层使用 Rust、Go 和 Python 等语言库；
  • 用户将享受约 100 倍更低成本的证明 → 通往 Gigagas L1 (约 10,000 TPS)。

  最终，以太坊将从一个「智慧合约虚拟机」进化为网路的极简、可验证信任层，其终极目标是「让一切都被 ZK-Snark 化」。

  以太坊的十字路口

  Vitalik Buterin 曾说过：「终点包括……让一切都被 ZK-Snark 化。」

  零知识证明 (ZK) 的终局已不可避免，而其核心论点很简单：以太坊正从零开始，以零知识证明为基础重塑自身。这标誌着协议的技术终点——透过对 L1 的重构，达成其最终形态，由核心开发团队 (如 Succinct) 提供支援的高效能 zkVM 驱动。

  

  以此愿景为终点，以太坊正处于自诞生以来最重要的架构转型关口。这次讨论已不再是关于逐步升级，而是对其计算核心进行全面重构——替换以太坊虚拟机 (EVM)。这一举措是更广泛的「精简以太坊」(Lean Ethereum) 愿景的基石。

  精简以太坊 (Lean Ethereum) 愿景旨在系统性简化整个协议，将其拆分为三个核心模组：精简共识 (Lean Consensus)、精简资料 (Lean Data) 和精简执行 (Lean Execution)。而在精简执行的核心问题中，最关键的一点是：作为推动智慧合约革命的引擎，EVM 是否已成为以太坊未来发展的主要瓶颈？

  

  正如以太坊基金会的 Justin Drake 所言，以太坊的长期目标始终是「让一切都被 Snark 化」(Snarkify everything)，这是一种能够增强协议各层的强大工具。然而，长期以来，这个目标更像是「遥不可及的蓝图」，因为实现它需要即时证明 (real-time proving) 的概念。而现在，随着即时证明逐渐成为现实，EVM 的理论低效已转化为一个亟待解决的实际问题。

  本文将深入分析将以太坊 L1 迁移至 RISC-V 指令集架构 (ISA) 的技术和战略论点。这一举措不仅有望释放前所未有的可扩展性，还将简化协议结构，并使以太坊与可验证计算的未来保持一致。

  究竟发生了什么变化？

  在探讨「为什么」之前，首先需要明确「什么」正在发生变化。

  EVM (以太坊虚拟机) 是以太坊智慧合约的运行环境，被称为处理交易并更新区块链状态的「世界计算机」。多年来，它的设计堪称革命性，为去中心化金融 (DeFi) 和 NFT 生态系的诞生奠定了基础。然而，这套近十年前的客製化架构如今已累积了大量技术债。

  相比之下，RISC-V 并非一个产品，而是一种开放标準——一种免费的、通用的处理器设计「字母表」。正如 Jeremy Bruestle 在 Ethproofs 会议上所强调的，它的关键原则使其成为这一角色的绝佳选择：

  • 极简主义：RISC-V 的基础指令集极其简单，仅包含约 40 到 47 条指令。正如 Jeremy 所言，这使它「几乎完美适用于我们所需的超级简约通用机器的用例」。
  • 模组化设计：更複杂的功能透过可选扩展来添加。这一特性至关重要，因为它允许核心保持简单，同时根据需求扩展功能，而不会将不必要的複杂性强加到基础协议中。
  • 开放生态系：RISC-V 拥有庞大且成熟的工具链支援，包括 LLVM 编译器，使开发者能够使用主流程式语言，如 Rust、C++ 和 Go。正如 Justin Drake 所提到的：「围绕编译器的工具非常丰富，而编译器的构建极其困难……因此拥有这些编译器工具链的价值极高。」RISC-V 让以太坊能够免费继承这些现成的工具。

  

  直译器开销问题

  推动替换 EVM 的原因并非某个单一缺陷，而是多个根本性限制的汇合，这些问题在以零知识证明为核心的未来背景下已无法忽视。这些限制包括零知识证明系统中的效能瓶颈，以及协议内部累积的日益複杂性所带来的风险。

  直译器开销问题

  这一转型最紧迫的驱动力是 EVM 在零知识证明系统中的固有低效性。随着以太坊逐步转向透过 ZK 证明验证 L1 状态的模型，证明者效能成为最大的瓶颈。

  

  问题出在当前 zkEVM 的工作方式上。它们并非直接对 EVM 进行零知识证明，而是对 EVM 的直译器进行证明，而该直译器本身又被编译为 RISC-V。Vitalik Buterin 直言不讳地指出了这一核心问题：

  「……如果 zkVM 的实现方式是将 EVM 的执行编译为最终成为 RISC-V 程式码的内容，那为什么不直接将底层的 RISC-V 暴露给智慧合约开发者？这样可以完全减免整个外层虚拟机的开销。」

  

  这一额外的解释层带来了巨大的效能损失。估算表明，与证明原生程式相比，这一层可能导致 50 到 800 倍的效能下降。在优化其他瓶颈 (如透过切换到 Poseidon 杂凑演算法) 后，这部分「区块执行」仍会佔据所有证明时间的 80-90%，使 EVM 成为扩展 L1 的最终且最棘手的障碍。透过移除这一层，Vitalik 预计执行效率可能会提升 100 倍。

  技术债陷阱

  为了弥补 EVM 在特定密码学操作中的效能不足，以太坊引入了预编译合约——直接硬编码到协议中的专用功能。虽然这一解决方案在当时显得务实，但如今却引发了 Vitalik Buterin 所称的「糟糕」局面：

  「预编译对我们来说是灾难性的……它们极大地膨胀了以太坊的可信程式码库……并且它们曾导致我们几次几乎发生共识失败的严重问题。」

  这种複杂性令人震惊。Vitalik 举例说明，单个预编译合约 (如 modexp) 的包装程式码比整个 RISC-V 直译器还要複杂，而预编译的逻辑实际上更为繁琐。添加新的预编译合约需要透过缓慢且充满政治争议的硬分叉过程，这严重阻碍了需要新密码学原语的应用创新。对此，Vitalik 得出了明确的结论：

  「我认为我们应该从今天开始停止添加任何新的预编译合约。」

  以太坊的架构技术债

  EVM 的核心设计反映了过去时代的优先级，但它已不适用于现代计算需求。 EVM 选择了 256 位元架构以处理密码学值，但对于智慧合约中通常使用的 32 位元或 64 位元整数来说，这种架构效率极低。这种低效在 ZK 系统中尤为昂贵。正如 Vitalik 所解释的：

  「当使用较小的数字时，每个数字实际上不会节省任何资源，而複杂性则会增加两到四倍。」

  除此之外，EVM 的堆叠架构比 RISC-V 和现代 CPU 的暂存器架构效率更低。它需要更多指令才能完成相同的操作，同时也使编译器优化更加複杂。

  这些问题——包括 ZK 证明的效能瓶颈、预编译的複杂性以及过时的架构选择——共同构成了一个令人信服且紧迫的理由：以太坊必须超越 EVM，迎接更适合未来的技术架构。

  RISC-V 蓝图：以更强基础重塑以太坊未来

  

  RISC-V 的优势不仅在于 EVM 的不足，更在于其设计哲学的内在强大。其架构提供了一个稳健、简单且可验证的基础，非常适合以太坊这样高风险的环境。

  为什么开放标準优于客製化设计？

  与需要从零开始构建整个软体生态的客製化指令集架构 (ISA) 不同，RISC-V 是一个成熟的开放标準，具备以下三大关键优势：

  成熟的生态系

  透过採用 RISC-V，以太坊能够借助计算机科学领域数十年的集体进步。正如 Justin Drake 所解释的，这为以太坊提供了直接使用世界级工具的机会：

  「有一个基础设施组件叫 LLVM，它是一套编译器工具链，允许你将高阶程式语言编译为多种后端目标之一。其中一个支援的后端就是 RISC-V。所以如果你支援 RISC-V，就可以自动支援所有 LLVM 支援的高阶语言。」

  这极大降低了开发门槛，使数百万熟悉 Rust、C++ 和 Go 等语言的开发者能够轻鬆上手。

  极简主义的设计哲学 RISC-V 的极简主义是刻意为之的特性，而非局限性。其基础指令集仅包含约 47 条指令，使虚拟机的核心保持极度简洁。这种简洁性在安全性方面具有显着优势，因为更小的可信程式码库更容易进行审计和形式化验证。

  零知识证明领域的事实标準 更重要的是，zkVM 生态系已经做出了选择。正如 Justin Drake 指出，从 Ethproofs 资料中可以看到一个清晰的趋势：

  「RISC-V 是 zkVM 后端的领先指令集架构 (ISA)。」

  在能够证明以太坊区块的十个 zkVM 中，已有九个选择了 RISC-V 作为目标架构。这一市场趋同释放了强而有力的讯号：以太坊透过採用 RISC-V 并非在进行投机性尝试，而是与一个已经过实际验证并被建构其零知识未来的专案所认可的标準保持一致。

  为信任而生，不仅仅是执行

  除了广泛的生态系，RISC-V 的内部架构也特别适合建构安全且可验证的系统。 首先，RISC-V 拥有一个正式化、机器可读的规範——SAIL。这相比于 EVM 的规範 (主要以文字形式存在的《黄皮书》)，是一个巨大的进步。《黄皮书》存在一定的模糊性，而 SAIL 规範提供了「黄金标準」，能够支援关键的数学正确性证明，这对保护价值巨大的协议至关重要。正如以太坊基金会 (EF) 的 Alex Hicks 在 Ethproofs 会议上提到的，这使得 zkVM 电路能够直接「与官方 RISC-V 规範进行验证」。 其次，RISC-V 包含一个特权架构，这是一个常被忽视但对安全性至关重要的特性。它定义了不同的操作级别，主要包括用户模式 (用于不可信应用，如智慧合约) 和监督模式 (用于可信的「执行内核」)。Cartesi 的 Diego 对此进行了深入解释：

  「作业系统本身必须保护自己免受其他程式码的影响。它需要将不同的程式运行彼此隔离，而所有这些机制都是 RISC-V 标準的一部分。」

  

  在 RISC-V 的架构中，运行在用户模式 (User Mode) 下的智慧合约无法直接存取区块链的状态。相反，它需要透过一个特殊的 ECALL (环境呼叫) 指令向运行在监督模式 (Supervisor Mode) 中的可信内核发出请求。这种机制构建了一个由硬体强制执行的安全边界，比 EVM 纯粹依赖软体沙盒的模型更加稳健且易于验证。

  Vitalik 的愿景

  这一转型被设想为一个渐进的、多阶段的过程，以确保系统的稳定性和向后相容性。正如以太坊创办人 Vitalik Buterin 所阐述的，这种方法旨在实现一种「演化式」的发展，而非彻底的「革命性」变革。

  

  第一步：预编译替代

  初始阶段採取最保守的方式，引入新虚拟机 (VM) 的有限功能。正如 Vitalik Buterin 所建议的：「我们可以从有限的场景开始使用新 VM，例如替代预编译功能。」具体来说，这将暂停新增 EVM 预编译功能，取而代之的是透过白名单批准的 RISC-V 程式实现所需功能。这种方法允许新 VM 在主网中以低风险环境进行实战测试，同时透过以太坊客户端充当两种执行环境间的中介。

  第二步：双虚拟机共存

  下一阶段将「让新 VM 直接对用户开放」。智慧合约可以透过标记来指示其位元组码是 EVM 还是 RISC-V。关键特性是实现无缝的互操作性：「两种类型的合约能够相互呼叫。」这一功能将透过系统呼叫 (ECALL) 实现，使两种虚拟机能够在同一生态系中协作。

  第三步：EVM 作为模拟合约 (“Rosetta” 策略)

  最终目标是实现协议的极简化。在这一阶段，「我们将 EVM 作为新 VM 中的一种实现。」规範化的 EVM 将成为运行在原生 RISC-V L1 上的经过形式验证的智慧合约。这不仅确保了对旧版应用的永久支援，同时允许客户端开发者仅维护一个简化的执行引擎，从而显着降低複杂性和维护成本。

  生态系的涟漪效应

  从 EVM 向 RISC-V 的过渡不仅仅是核心协议的变革，它将对整个以太坊生态系产生深远影响。这一转型不仅会重塑开发者体验，还将根本性地改变 Layer-2 解决方案的竞争格局，并解锁新的经济验证模式。

  Rollup 的重新定位：Optimistic 与 ZK 的对决

  在 L1 层採用 RISC-V 执行层将对两种主要类型的 Rollup 产生截然不同的影响。

  Optimistic Rollup (如 Arbitrum、Optimism) 面临架构挑战。它们的安全模型依赖于透过 L1 EVM 重新执行有争议的交易来解决诈欺证明。如果 L1 的 EVM 被替换，这一模型将彻底瓦解。这些专案将面临艰难选择：要么进行大规模的工程改造，设计一个针对新 L1 VM 的诈欺证明系统，要么完全脱离以太坊的安全模型。

  相比之下，ZK Rollup 将获得巨大的战略优势。绝大多数 ZK Rollup 已经将 RISC-V 作为其内部指令集架构 (ISA)。一个「讲同一种语言」的 L1 将使其能够实现更紧密、更高效的整合。Justin Drake 提出了「原生 Rollup」的未来愿景：L2 实际上成为 L1 自身执行环境的专业化实例，利用 L1 的内置 VM 实现无缝结算。这种对齐将带来以下变化：

  

  技术栈简化：L2 团队将不再需要在内部的 RISC-V 执行环境与 EVM 之间建构複杂的桥接机制。

  工具和程式码複用：针对 L1 RISC-V 环境开发的编译器、除错器和形式化验证工具可以直接被 L2 使用，大幅降低开发成本。

  经济激励对齐：L1 的 Gas 费用将更準确地反映出基于 RISC-V 的 ZK 验证实际成本，从而形成更合理的经济模型。

  开发者与用户的新纪元

  对以太坊开发者而言，这一转型将是渐进的，而非破坏性的。

  对于开发者，他们将能够接触到更广泛、更成熟的软体开发生态。正如 Vitalik Buterin 所指出，开发者将「能够用 Rust 编写合约，同时这些选项可以共存」。与此同时，他预测「Solidity 和 Vyper 仍会因其在智慧合约逻辑上的优雅设计而长期受欢迎」。透过 LLVM 工具链使用主流程式语言及其庞大的库资源，这种转变将是革命性的。Vitalik 将其比喻为一种「NodeJS 式体验」，开发者可以用同一种语言编写链上程式码和链下程式码，实现开发的一体化。

  对用户而言，这一转型最终将为用户带来更低成本、更高性能的网路体验。预计证明成本将降低约 100 倍，从每笔交易几美元降至几分钱甚至更少。这直接转化为更低的 L1 费用和 L2 结算费用。这种经济可行性将解锁「Gigagas L1」的愿景，目标实现约 10,000 TPS 的效能，为未来更複杂、更高价值的链上应用铺平道路。

  Succinct Labs 与 SP1：在当下建构证明未来

  

  以太坊正在蓄势待发。「扩展 L1，扩展块」是 EF 协议集群内的战略紧迫任务。预计未来 6 至 12 个月将实现显着的效能提升。

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

  像 Succinct Labs 这样的团队已经在实践中展示了 RISC-V 的理论优势，他们的工作成为验证这一提案的有力案例。

  Succinct Labs 开发的 SP1 是一款基于 RISC-V 的高效能、开源 zkVM，它验证了新的架构方法的可行性。SP1 採用「预编译中心化」(precompile-centric) 的哲学，完美解决了 EVM 的密码学瓶颈问题。与传统依赖缓慢、硬编码的预编译方式不同，SP1 将诸如 Keccak 杂凑等密集型操作卸载到专门设计、手动优化的 ZK 电路中，并透过标準的 ECALL 指令呼叫。这种方法结合了客製化硬体的效能与软体的灵活性，为开发者提供了更高效且可扩展的解决方案。

  Succinct Labs 的实际影响已经显现。他们的 OP Succinct 产品利用 SP1 为 Optimistic Rollups 赋予零知识证明能力 (ZK-ify)。正如 Succinct 联合创办人 Uma Roy 所解释的：

  「使用 OP Stack 的 Rollup，不再需要等待七天才能完成最终确认和提现……现在只需一小时即可完成确认。这种速度提升非常棒。」

  这一突破解决了整个 OP Stack 生态系的关键痛点。此外，Succinct 的基础设施——Succinct Prover Network——被设计为一个去中心化的证明生成市场，展示了未来可验证计算的可行经济模式。他们的工作不仅是一个概念验证，更是一个切实可行的未来蓝图，正如本文所描述的那样。

  以太坊如何降低风险

  RISC-V 的一大优势在于，它使形式化验证的圣杯——透过数学证明系统的正确性——成为可实现的目标。EVM 的规範以自然语言编写于 Yellow Paper 中，难以形式化。而 RISC-V 则拥有官方的、机器可读的 SAIL 规範，为其行为提供了明确的「黄金参考」。

  这为更强的安全性铺平了道路。正如以太坊基金会的 Alex Hicks 所指出，目前已经在进行将「zkVM RISC-V 电路与官方 RISC-V 规範提取到 Lean 中进行形式化验证」的工作。这是一个里程碑式的进展，将信任从容易出错的人类实现转移到可验证的数学证明上，为区块链安全性开闢了新的高度。

  转型的主要风险

  儘管 RISC-V 架构的 L1 具有诸多优势，但它也带来了新的複杂挑战。

  Gas 计量问题

  为通用指令集架构 (ISA) 创建一个确定性且公平的 Gas 模型是一个尚未解决的难题。简单的指令计数方法容易受到拒绝服务攻击的威胁。例如，攻击者可以设计一个程式反覆触发快取未命中，从而以极低的 Gas 费用造成高资源消耗。这种问题对网路稳定性和经济模型提出了严峻挑战。

  工具链安全与「可複现建构」问题

  这是转型过程中最重要且常被低估的风险。安全模型从依赖链上虚拟机转向依赖链下编译器 (如 LLVM)，而这些编译器複杂度极高且已知包含漏洞。攻击者可能利用编译器漏洞，将看似无害的原始码转化为恶意位元组码。此外，确保链上的编译后二进制档案与公开的原始码完全一致，即「可複现建构」问题，也极为困难。建构环境中的微小差异可能导致生成不同的二进制档案，从而影响透明性与信任。这些问题对开发者和用户的安全性提出了严峻考验。

  缓解策略

  前进的道路需要多层次的防御策略。

  分阶段推广

  採用逐步、多阶段的过渡计画是应对风险的核心策略。透过首先将 RISC-V 引入作为预编译替代方案，然后在双虚拟机环境中运行，社群可以在低风险的环境中累积操作经验并建立信心，避免任何不可逆的变更。这种渐进式方法为技术转型提供了稳定的基础。

  全面审计：模糊测试与形式化验证

  儘管形式化验证是最终目标，但它必须与持续的、高强度测试相结合。正如 Diligence Security 的 Valentine 在 Ethproofs 电话会议中展示的那样，他们的 Argus 模糊测试工具已经发现了领先 zkVM 中 11 个关键的健全性与完整性漏洞。这表明，即使是设计最完善的系统，也可能存在只有透过严格的对抗性测试才能发现的漏洞。模糊测试与形式化验证的结合为系统安全性提供了更强的保障。

  标準化

  为避免生态系的碎片化，社群需统一採用单一、标準化的 RISC-V 配置。这可能会是 RV64GC 与相容 Linux 的 ABI 组合，因为这一组合在主流程式语言和工具中拥有最广泛的支援，能够最大化新生态系的优势。标準化不仅能提升开发者的效率，还能为生态系的长期发展奠定坚实基础。

  以太坊的可验证未来

  以 RISC-V 取代以太坊虚拟机 (EVM) 的提议不仅仅是一次渐进式升级，而是对以太坊执行层的根本性重构。这一雄心勃勃的愿景旨在解决深层次的扩展性瓶颈、简化协议複杂性，并将平台与通用计算领域的更广泛生态对齐。儘管这一转型面临巨大的技术和社会挑战，其长期战略收益足以为这项大胆的努力提供正当性。

  此次转型聚焦于一系列核心权衡：

  • ZK 原生架构带来的巨大效能提升与对向后相容性的迫切需求之间的平衡；
  • 简化协议带来的安全性优势与 EVM 庞大的网路效应惯性之间的权衡；
  • 通用生态系的强大能力与依赖複杂第三方工具链的风险之间的选择。

  最终，这种架构转型将是实现「精简执行」(Lean Execution) 承诺的关键，也是「精简以太坊」(Lean Ethereum) 愿景的重要组成部分。它将以太坊的 L1 从一个简单的智慧合约平台转变为一个高效且安全的结算与资料可用性层，专为支援可验证计算的广阔宇宙而设计。

  正如 Vitalik Buterin 所言，「终点是……为一切提供 ZK-snark。」

  像 Ethproofs 这样的专案为这一转型提供了客观资料和协作平台，而 Succinct Labs 团队透过其 SP1 zkVM 的实际应用，则为这一未来提供了可操作的蓝图。透过拥抱 RISC-V，以太坊不仅解决了自身的扩展性瓶颈，还将自身定位为下一代网路的基础信任层——由杂凑和签名之后的第三大密码学原语 SNARK 驱动。

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  了解更多：

  Vitalik 的解读：点击观看

  ETHProofs 第四次讨论：点击观看

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