簡化 Layer1

特別感謝 Fede、Danno Ferrin、Justin Drake、Ladislaus 和 Tim Beiko 提供的反饋與審閱

以太坊的目標是成爲全球帳本——一個承載人類資產與記錄的平台，是金融、治理、高價值數據驗證等應用的基礎層。要實現這一目標，必須同時具備可擴展性與韌性。Fusaka 硬分叉計劃將 L2 數據可用空間提升 10 倍，而當前擬議中的 2026 路線圖也包含了類似規模的 L1 數據擴容。與此同時，“合並”（The Merge）已將以太坊升級爲權益證明（PoS），客戶端多樣性迅速提升，ZK（零知識證明）可驗證性和抗量子攻擊性研發也在穩步推進，應用生態日益成熟強健。

本文的目標，是強調一項同樣關鍵卻常被低估的**韌性（以及最終的可擴展性）**要素： 協議的簡潔性。 比特幣最令人稱道的一點，就是它的協議設計極其優雅且簡單：

系統是一條區塊鏈，由一系列區塊組成。每個區塊通過哈希與前一個區塊相連。每個區塊的有效性通過工作量證明（PoW）驗證，也就是說……只需檢查其哈希前幾位是否爲零。每個區塊包含交易。交易要麼花費通過挖礦獲得的幣，要麼花費之前交易輸出的幣。基本就是這樣。 即便是一個聰明的高中生，也有能力完全理解比特幣協議的全部運作原理。而一個程序員甚至可以把開發比特幣客戶端當作業餘項目來完成。 保持協議簡單，帶來了一系列關鍵優勢，使比特幣和以太坊有潛力成爲可信中立、全球信任的基礎層：

• 讓協議邏輯更容易理解，擴大能夠參與協議研究、開發和治理的羣體，降低技術壁壘，避免“技術官僚階層”主導協議。 - 大幅降低與協議集成的新基礎設施（如新客戶端、新證明器、新日志工具等）的開發成本。- 減少協議長期維護成本。- 降低出現災難性漏洞的風險，無論是在協議規範還是實現代碼中；同時也更易於驗證協議不存在此類漏洞。 - 縮小社會攻擊面：組件越少，可被特定利益方利用和把控的地方越少。 過去，以太坊在這方面做得並不理想（有時甚至是因爲我個人的決策），這導致了我們過度的開發支出、@vbuterin/selfdestruct">各種安全風險以及研發文化的封閉性，而這些努力往往換來的只是虛幻的收益。 本文將闡述，五年後的以太坊如何有可能實現接近比特幣般的簡潔性。

簡化共識層

3-slot finality（3槽終結性）模擬圖 — 3sf-mini 新的共識層設計（過去被稱爲「beam chain」）旨在整合過去十年我們在共識理論、ZK-SNARK 開發、質押經濟學等領域積累的經驗，打造一個長期最優的以太坊共識層。這個新共識層，相較現有信標鏈（Beacon Chain），有望實現更高的簡潔性。尤其體現在：

3槽終結性（3-slot finality）重構 這一設計取消了“slot（槽）”與“epoch（週期）”的區分、委員會洗牌（committee shuffling）及其他與這些機制相關的協議規範細節（如同步委員會等）。一個基本版本的 3-slot finality，大約只需要 200 行代碼即可實現。與當前 Gasper 協議相比，3-slot finality 也具備接近最優的安全性。 活躍驗證者數量減少 使得採用更簡單的分叉選擇規則（fork choice rule）變得更安全可行。 基於 STARK 的聚合協議 意味着任何人都可以成爲聚合者，無需擔心信任聚合者、重復比特字段的過度費用等問題。雖然聚合加密本身存在一定復雜度，但這種復雜性高度封裝，對協議整體系統性風險遠低得多。 以上兩點 也很可能支持更簡單且更穩健的點對點（p2p）架構。

• 我們有機會重新思考驗證者的進場、退出、提現、密鑰切換、惰性懲罰等機制，並加以簡化 —— 不只是降低代碼行數（LoC），還包括提供更清晰的機制保障，例如更明確的「弱主觀性（weak subjectivity）」期限。 共識層的優勢在於，它與 EVM 執行相對解耦，因此我們有較大空間持續推進這些改進。 更具挑戰的是：如何在執行層（execution layer）實現同樣的簡化。

簡化執行層以太坊虛擬機（EVM）的復雜度正不斷攀升，而其中不少復雜性已被證明並非必要（很多情況下也與我個人的決策有關）：我們有一個 256 位虛擬機，過度優化了某些極爲特定的加密形式，而這些形式如今正逐漸邊緣化；還有一些預編譯合約（precompiles）過度聚焦於極少使用的單一用例。

試圖逐步修修補補地解決這些現實問題，行不通。移除 @vbuterin/selfdestruct">SELFDESTRUCT 指令就耗費了巨大精力，收效卻有限。最近關於 EOF（EVM Object Format）的辯論，更顯示了對虛擬機進行類似改動的困難。

因此，作爲替代方案，我近期提出了一個更激進的思路：與其爲了 1.5 倍提升不斷做中等規模（但仍具破壞性）的改動，不如直接遷移到一個全新且遠優且更簡潔的虛擬機，爭取 100 倍的收益。 就像「合並」（The Merge）一樣，我們減少變革次數，但每一次都意義重大。具體而言，我建議用 RISC-V（或其他以太坊 ZK 證明器將使用的虛擬機）替代現有 EVM。這樣我們將獲得：

• 效率大幅提升：因爲（在證明器內）智能合約可直接運行，無需解釋器開銷。Succinct 的數據表明，許多場景下性能可提升 100 倍以上。- 極致簡潔性：相較 EVM，RISC-V 規範極其簡單。其他備選方案（如 Cairo）同樣簡潔。- 繼承 EOF 預期優勢：如代碼分段、更友好的靜態分析、更大代碼容量上限等。 - 開發者選擇更多元： Solidity 和 Vyper 可支持編譯到新虛擬機後端。若選擇 RISC-V，主流語言開發者也能輕鬆移植代碼。 - 大幅減少預編譯需求：可能僅保留極少數高度優化的橢圓曲線運算（不過一旦量子計算普及，這些也將不復存在）。 這種路徑的主要缺點是：與 EOF（已可立即部署）不同，新虛擬機需要更長時間才能讓開發者受益。爲緩解這一點，我們可以短期內適當引入一些小但高價值的 EVM 改進（如提高合約代碼大小上限、增加 DUP/SWAP17-32 指令等）。

最終，這將賦予我們一個大幅簡化的虛擬機。但最大的問題是：現有的 EVM 怎麼辦？

VM 過渡的向後兼容策略在有意義地簡化（甚至只是改善而不增加復雜度）以太坊虛擬機（EVM）任何部分時，最大的挑戰在於：如何在實現目標的同時，保持對現有應用程序的向後兼容性。

首先要明確的一點是：並不存在一種單一的方式來界定“以太坊代碼庫”的範圍（即使是在同一個客戶端內部）。

目標是盡量縮小綠色區域的範圍：也就是節點爲了參與以太坊共識所必須運行的邏輯，包括計算當前狀態、證明、驗證、FOCIL（First-Order Consensus Integrity Layer）、基礎版區塊構建等。

橙色區域無法縮減：如果某個執行層特性（無論是虛擬機、預編譯還是其他機制）被移除出協議規範，或者其功能被更改，關心歷史區塊處理的客戶端仍然必須保留它——但重要的是，新客戶端（比如ZK-EVMs或形式化驗證器）可以完全忽略橙色區域。

新增的類別是黃色區域：這類代碼對理解和解析當前鏈狀態、以及進行最優區塊構建來說非常重要，但它並不是共識的一部分。現有一個例子是 Etherscan（以及部分區塊構建者）對ERC-4337用戶操作的支持。如果我們用鏈上RISC-V實現來取代以太坊某些大型功能（例如EOA帳戶及其對各種舊交易類型的支持），那麼盡管共識代碼大幅簡化，但一些專業節點仍可能會沿用原來的代碼來解析這些功能。

重要的是，橙色和黃色區域屬於“封裝復雜度”，任何希望理解協議的人都可以跳過它們，實現以太坊的客戶端也可以選擇不實現它們，而且這些區域的Bug不會帶來共識風險。這意味着，橙色和黃色區域的代碼復雜度，帶來的負面影響遠小於綠色區域。

將代碼從綠色區域轉移到黃色區域，這個思路類似於蘋果公司通過 Rosetta 翻譯層來保障長期兼容性。

我提出（借鑑了@ipsilon/eof-ethereums-gateway-to-risc-v"> Ipsilon 團隊最近的觀點）以下虛擬機遷移流程（以EVM遷移至RISC-V爲例，但同樣適用於EVM遷移至Cairo，甚至未來遷移至更優VM）：

• 所有新預編譯必須用標準的鏈上RISC-V實現編寫，這樣可以讓生態開始熟悉並使用RISC-V作爲虛擬機。- 引入RISC-V，作爲開發者與EVM並行的合約編寫選項。協議原生支持RISC-V和EVM，兩種語言編寫的合約可以自由交互。 - 將所有預編譯（除橢圓曲線運算和KECCAK外）替換爲RISC-V實現。我們通過一次硬分叉移除這些預編譯，並同時把對應地址的代碼（DAO分叉式）改爲空轉RISC-V實現。由於RISC-V VM極度簡潔，即使僅做到這一步，整體也是淨簡化。- 實現一個用RISC-V編寫的EVM解釋器，並作爲智能合約部署到鏈上。在初步發布數年後，現有EVM合約會通過這個解釋器來處理。

完成第4步後，仍然會有很多“EVM實現”繼續用於優化區塊構建、開發工具和鏈上分析，但它們將不再屬於關鍵共識規範。屆時，以太坊共識將“原生”只理解RISC-V。

通過共享協議組件來簡化第三種、且最容易被低估的簡化方法，就是盡可能在協議棧的各個部分共享統一標準。通常，沒什麼理由要在不同場景使用不同協議來做相同的事，但現實中這種情況仍然頻繁出現，主要是因爲協議路線圖的不同部分彼此缺乏溝通。以下是一些通過“最大化組件共享”來簡化以太坊的具體例子：

一個統一的糾刪碼

我們需要糾刪碼的場景有三處：

• 數據可用性抽樣 - 客戶端驗證區塊是否已發布- 更快的 P2P 廣播 - 節點能夠在收到 n 塊中的 n/2 後接受塊，從而在減少延遲和冗餘之間建立最佳平衡- 分布式歷史存儲 - 以太坊的每一段歷史記錄都存儲在許多塊中，這樣（i）這些塊可以被獨立驗證，並且（ii）每組中的n/2個塊可以恢復剩餘的n/2個塊，大大降低了任何單個塊丟失的風險 如果我們在三個用例中使用相同的糾刪碼（無論是 Reed-Solomon、隨機線性碼還是其他），我們將獲得一些重要的優勢：

• 最小化總代碼行數- 提高效率 因爲如果各個節點必須爲其中一個用例下載塊的各個部分（而不是整個塊），則該數據可以用於另一個用例- 確保可驗證性： 所有三個上下文中的塊都可以根據根進行驗證 如果確實需要不同糾刪碼，至少應保證“兼容性”：比如DAS場景中，橫向使用Reed-Solomon，縱向使用隨機線性碼，但兩者都基於相同的數學域。

一個統一的序列化格式

目前以太坊的序列化格式嚴格來說只是“半標準化”，因爲數據可以用任意格式重新序列化並廣播。唯一例外是交易籤名哈希，這裏需要規範格式用於哈希計算。 但未來序列化格式的標準化程度會進一步提升，原因有二：

• 全面帳戶抽象（EIP-7701）：虛擬機將能看到完整交易內容 - Gas上限提高：執行區塊數據需打包進 blob 屆時，我們有機會統一目前三個層面都需要的序列化方案：1）執行層；2）共識層；3）智能合約調用ABI。

我建議採用 SSZ（Simple Serialize），因爲SSZ具備以下優勢：

• 易於解碼：包括在智能合約內部（基於4字節設計，邊界情況少） - 已廣泛用於共識- 與現有ABI高度相似：工具鏈遷移成本低 目前已有將更多組件遷移至SSZ的工作，我們在規劃未來升級時，應充分考慮並利用這些進展。

一個統一的樹結構

一旦我們從EVM遷移至RISC-V（或其他極簡VM），十六進制Merkle Patricia樹將成爲證明區塊執行的最大瓶頸，即使在平均場景下也是如此。遷移至基於更優哈希函數的二叉樹，將極大提升證明器效率，並降低輕節點和其他場景的數據成本。

完成樹結構遷移時，我們還應讓共識層使用同一樹結構，確保整個以太坊——共識與執行兩層——均可用同一套代碼訪問和解析。

從現在到未來簡化與去中心化有許多相似之處。兩者都是爲了實現系統韌性這一更高目標所必須的上遊條件。明確地重視簡化，實際上需要一種文化上的轉變。簡化帶來的好處往往在初期難以看見，但拒絕那些“光鮮亮麗的新功能”所帶來的機會成本與額外工作量卻是立竿見影的。然而，隨着時間推移，簡化的長期價值會變得愈加明顯——比特幣本身就是一個絕佳例子。

我建議我們借鑑 tinygrad 的做法，爲以太坊的長期規範設定一個明確的代碼行數上限目標，目標是讓以太坊的共識關鍵代碼盡量接近比特幣那種極簡風格。處理以太坊歷史規則的代碼仍然會存在，但應當被隔離在共識關鍵路徑之外。與此同時，我們應當形成一種普遍的設計理念：在可能的情況下選擇更簡單的方案，優先採用封裝式復雜性而非系統性復雜性，並傾向於那些能提供清晰可驗證屬性與保障的設計決策。

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