原文：Simplifying the L1

作者：Vitalik

編譯：lenaxin，bitget交易平臺

以太坊旨在成為世界賬本：一個存儲文明資產(chǎn)與記錄的平臺，是金融、治理、高價(jià)值數(shù)據(jù)認(rèn)證等的基礎(chǔ)層。這需要具備兩個條件：可擴(kuò)展性和韌性。Fusaka硬分叉旨在將二層（L2）數(shù)據(jù)的可用空間增加10倍，當(dāng)前擬定的2026年路線圖也提出對一層（L1）進(jìn)行類似的大幅擴(kuò)容。與此同時(shí)，以太坊完成合并升級至權(quán)益證明機(jī)制（Proof of Stake），其客戶端多樣性迅速提升，零知識證明（ZK Verifiability）可驗(yàn)證性以及抗量子計(jì)算能力方面的工作也在推進(jìn)，各類應(yīng)用也愈發(fā)穩(wěn)健。

本文旨在聚焦于韌性（最終也會影響可擴(kuò)展性）的一個方面，這一方面同樣重要卻容易被低估，即協(xié)議的簡潔性。

比特幣的一大優(yōu)點(diǎn)在于其協(xié)議極為簡潔優(yōu)美。

區(qū)塊鏈由一系列區(qū)塊構(gòu)成，每個區(qū)塊通過哈希值與前一區(qū)塊相連。區(qū)塊的有效性通過工作量證明機(jī)制驗(yàn)證，即驗(yàn)證其哈希值的前幾位是否為零。每個區(qū)塊包含若干交易，這些交易消耗的幣要么通過挖礦產(chǎn)生，要么來源于先前交易的輸出。比特幣協(xié)議的核心機(jī)制即在于此。即便是聰明的中學(xué)生也能完全理解這一協(xié)議，程序員甚至可以將其作為業(yè)余項(xiàng)目編寫客戶端。

保持協(xié)議的簡潔性為比特幣或以太坊成為全球公認(rèn)的中立基礎(chǔ)層提供了關(guān)鍵優(yōu)勢：

• 簡潔的協(xié)議更易于分析，能夠吸引更多參與者投身協(xié)議研究、開發(fā)及治理工作，同時(shí)降低技術(shù)壟斷風(fēng)險(xiǎn)。
• 簡化協(xié)議結(jié)構(gòu)顯著減少與新基礎(chǔ)設(shè)施（如客戶端、證明器、日志工具及其他開發(fā)工具）對接的開發(fā)投入。
• 協(xié)議的簡潔設(shè)計(jì)有效降低長期維護(hù)成本。
• 協(xié)議規(guī)范及其實(shí)現(xiàn)中的嚴(yán)重漏洞風(fēng)險(xiǎn)顯著減少，并便于驗(yàn)證系統(tǒng)安全性。
• 減少社會攻擊面：組件精簡使系統(tǒng)更易于防護(hù)特殊利益滲透，提升整體安全性。

歷史上，以太坊在協(xié)議設(shè)計(jì)上常未能貫徹簡潔性原則（部分原因源于本人決策），這直接導(dǎo)致研發(fā)成本居高不下、安全隱患頻發(fā)，以及研發(fā)文化的封閉性。這些問題的根源往往在于追逐被實(shí)踐證明無效的短期收益。本文將闡述未來五年以太坊如何實(shí)現(xiàn)接近比特幣的協(xié)議簡潔性。

簡化共識層

在3sf - mini（以太坊測試網(wǎng)絡(luò)代號）中對三時(shí)隙最終性進(jìn)行模擬

新版共識層方案（曾命名為“光束鏈”）旨在融合過去十年在共識理論、零知識證明（ZK-SNARK）、質(zhì)押經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域的研究成果，為以太坊構(gòu)建面向長期發(fā)展的最優(yōu)共識機(jī)制。相較于現(xiàn)有的信標(biāo)鏈，該方案具備顯著簡化的特性，具體體現(xiàn)在以下方面：

• 三時(shí)隙最終性（3-slot finality）架構(gòu)革新：消除了獨(dú)立時(shí)隙（slot）與紀(jì)元（epoch）的概念劃分，取消委員會輪換機(jī)制及同步委員會等復(fù)雜組件，大幅簡化協(xié)議規(guī)范。核心實(shí)現(xiàn)僅需約200行代碼，較Gasper協(xié)議在安全性上達(dá)到近乎最優(yōu)水平。
• 驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)管理優(yōu)化：通過限制活躍驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)數(shù)量，使得分叉選擇規(guī)則（fork choice rule）可采用更簡化的實(shí)現(xiàn)方案，同時(shí)保障系統(tǒng)安全性。
• 聚合協(xié)議升級：基于STARK的聚合機(jī)制允許任意節(jié)點(diǎn)擔(dān)任聚合角色，規(guī)避了對聚合器的信任依賴及重復(fù)比特字段（bitfield）的資源浪費(fèi)問題。盡管聚合密碼學(xué)本身復(fù)雜度較高，但其高度封裝的特性顯著降低了系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。
• P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)改進(jìn)：上述兩項(xiàng)優(yōu)化為構(gòu)建更簡潔高效的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供了可能性。
• 驗(yàn)證流程重構(gòu)：重新設(shè)計(jì)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)入、退出、提款、密鑰遷移及怠惰懲罰等機(jī)制，在降低代碼量的同時(shí)，明確核心參數(shù)（如弱主觀周期）的保障機(jī)制。
• 技術(shù)優(yōu)勢：共識層與EVM執(zhí)行層的相對解耦特性，為持續(xù)優(yōu)化提供了更大的技術(shù)空間。相較之下，執(zhí)行層的同類改進(jìn)面臨更大挑戰(zhàn)。

簡化執(zhí)行層

以太坊虛擬機(jī)（EVM）的復(fù)雜性持續(xù)增長，其中許多復(fù)雜設(shè)計(jì)已被證明是不必要的（在很多情況下是我的決策失誤）：一個為特定加密算法過度優(yōu)化的256位虛擬機(jī)，而這些算法如今已逐漸失去重要性；以及為單一使用場景過度設(shè)計(jì)的預(yù)編譯合約，這些場景的實(shí)際使用率極低。

試圖通過零散修補(bǔ)解決現(xiàn)存問題已不可行。移除SELFDESTRUCT操作碼耗費(fèi)巨大努力卻僅獲得有限收益，近期關(guān)于EOF的爭論更凸顯了對虛擬機(jī)進(jìn)行漸進(jìn)式修改的困難。

作為替代方案，我近期提出更激進(jìn)的轉(zhuǎn)型路徑：與其對EVM進(jìn)行中等規(guī)模（但仍具破壞性）的修改以換取1.5倍的性能提升，不如直接過渡到全新且顯著更優(yōu)的虛擬機(jī)架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)百倍級的性能躍升。如同合并（The Merge）一樣，我們通過減少破壞性變更次數(shù)，但提升每次變更的戰(zhàn)略價(jià)值。具體而言，建議采用RISC-V架構(gòu)或以太坊ZK證明程序所使用的虛擬機(jī)替代現(xiàn)有EVM。這一轉(zhuǎn)型將帶來：

• 效率革命性提升：在ZK證明環(huán)境中，智能合約可直接運(yùn)行于目標(biāo)架構(gòu)，無需解釋器開銷。Succinct數(shù)據(jù)顯示，在多數(shù)場景下性能可提升百倍以上。
• 架構(gòu)極致簡化：RISC-V規(guī)范相較于EVM極為精簡，其他候選方案（如Cairo）同樣具備簡潔特性。
• 繼承EOF的核心優(yōu)勢：包括代碼分段管理、更友好的靜態(tài)分析支持以及更大的代碼容量限制。
• 開發(fā)者工具鏈擴(kuò)展：Solidity和Vyper可通過新增后端編譯支持新架構(gòu)；若選擇RISC-V，主流語言開發(fā)者可直接移植現(xiàn)有代碼。
• 預(yù)編譯合約優(yōu)化：大部分預(yù)編譯功能將不再必要，僅保留高優(yōu)化的橢圓曲線運(yùn)算（隨量子計(jì)算發(fā)展或?qū)⑻蕴?/li>

主要挑戰(zhàn)在于：不同于可立即實(shí)施的EOF方案，新虛擬機(jī)需要更長時(shí)間才能惠及開發(fā)者。可通過同步實(shí)施部分高價(jià)值的EVM改進(jìn)（如提升合約代碼大小限制、優(yōu)化DUP/SWAP指令集）作為短期過渡方案。

這一轉(zhuǎn)型將顯著簡化虛擬機(jī)架構(gòu)。核心問題在于：如何妥善處理現(xiàn)有EVM生態(tài)？

虛擬機(jī)遷移的向后兼容策略??

簡化（或優(yōu)化而不增加復(fù)雜度）EVM任何部分的最大挑戰(zhàn)在于，如何平衡實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)與維護(hù)現(xiàn)有應(yīng)用的向后兼容性。??

首先需要明確的是：甚至對于單一客戶端而言，界定何為"以太坊代碼庫"并不存在唯一標(biāo)準(zhǔn)。

目標(biāo)是最小化綠色區(qū)域：即節(jié)點(diǎn)為參與以太坊共識所需運(yùn)行的邏輯，包括計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)、證明生成與驗(yàn)證、FOCIL（注：需確認(rèn)是否為專業(yè)術(shù)語縮寫）以及"基礎(chǔ)"區(qū)塊構(gòu)建流程。

??橙色區(qū)域無法縮減：若執(zhí)行層功能（無論是虛擬機(jī)、預(yù)編譯合約或其他機(jī)制）從協(xié)議規(guī)范中移除或其功能發(fā)生變更，需要處理歷史區(qū)塊的客戶端必須保留該功能；但新客戶端（包括ZK-EVM或形式化驗(yàn)證工具）可完全忽略此部分。

??新增黃色區(qū)域：指對當(dāng)前鏈上數(shù)據(jù)解析或最優(yōu)區(qū)塊構(gòu)建極具價(jià)值，但不屬于共識機(jī)制的代碼。典型案例如Etherscan及部分區(qū)塊構(gòu)建器對ERC-4337用戶操作的支持。若將以太坊核心功能（如外部賬戶EOA及其支持的各類舊式交易類型）替換為鏈上RISC-V實(shí)現(xiàn)，則共識代碼將大幅簡化，但專用節(jié)點(diǎn)可能仍需沿用原有代碼進(jìn)行解析處理。

橙色和黃色區(qū)域的復(fù)雜性屬于封裝性復(fù)雜度，任何希望理解協(xié)議的人員均可跳過這些部分，Ethereum實(shí)現(xiàn)方案也可自由選擇忽略。此外，這些區(qū)域的代碼缺陷不會引發(fā)共識風(fēng)險(xiǎn)。這意味著，相較于綠色區(qū)域的代碼復(fù)雜度，橙色和黃色區(qū)域的復(fù)雜度對系統(tǒng)整體的負(fù)面影響顯著更低。?

將代碼從綠色區(qū)域遷移至黃色區(qū)域的思路，類似于蘋果公司通過Rosetta翻譯層實(shí)現(xiàn)長期向后兼容的技術(shù)方案。

要求所有新開發(fā)的預(yù)編譯合約必須包含規(guī)范的鏈上RISC-V實(shí)現(xiàn)。此步驟旨在推動生態(tài)逐步適應(yīng)RISC-V虛擬機(jī)環(huán)境（以EVM向RISC-V遷移為例，該方案同樣適用于EVM至Cairo或其他更優(yōu)虛擬機(jī)的遷移）：

1. 雙虛擬機(jī)并行支持：在協(xié)議層面同時(shí)原生支持RISC-V和EVM兩種虛擬機(jī)。開發(fā)者可自由選擇開發(fā)語言，不同虛擬機(jī)編寫的合約可實(shí)現(xiàn)無縫交互。
2. 預(yù)編譯合約分階段替換：除橢圓曲線運(yùn)算和KECCAK哈希算法（因其對性能要求極致優(yōu)化）外，所有預(yù)編譯合約均通過硬分叉替換為RISC-V實(shí)現(xiàn)。
3. 具體操作為：移除原預(yù)編譯合約的同時(shí)，將該地址的代碼（采用DAO分叉模式）從空狀態(tài)修改為對應(yīng)的RISC-V實(shí)現(xiàn)。由于RISC-V架構(gòu)的高度簡潔性，即便僅完成此步驟，系統(tǒng)整體復(fù)雜度仍將降低。
4. EVM解釋器鏈上部署：基于RISC-V實(shí)現(xiàn)EVM解釋器（ZK證明工具鏈已推動此類開發(fā)），并將其作為智能合約部署至鏈上。在初始版本發(fā)布數(shù)年后，現(xiàn)有EVM合約將通過該解釋器執(zhí)行，從而完成向新虛擬機(jī)的平滑過渡。

??通過共享協(xié)議組件實(shí)現(xiàn)簡化?

步驟四完成后，眾多“EVM實(shí)現(xiàn)方案”仍將保留，并用于優(yōu)化區(qū)塊構(gòu)建、開發(fā)者工具及鏈上數(shù)據(jù)分析等場景，但這些實(shí)現(xiàn)將不再屬于核心共識規(guī)范的組成部分。屆時(shí)，以太坊共識機(jī)制將“原生”僅支持RISC-V架構(gòu)。

通過共享協(xié)議組件實(shí)現(xiàn)簡化?

??減少協(xié)議總體復(fù)雜度的第三種方法（也是最易被低估的方式）??是盡可能在不同協(xié)議棧層級間共享統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。通常而言，在不同模塊中采用不同協(xié)議實(shí)現(xiàn)相同功能既無必要也無收益，但此類設(shè)計(jì)模式仍普遍存在，主要原因在于協(xié)議路線圖各部分之間缺乏有效協(xié)同。以下是可通過強(qiáng)化組件跨層復(fù)用來簡化以太坊的具體場景示例。

統(tǒng)一共享糾刪碼方案

糾刪碼的三類應(yīng)用場景：

1. 數(shù)據(jù)可用性采樣：客戶端驗(yàn)證區(qū)塊是否已發(fā)布時(shí)需使用糾刪碼，確保數(shù)據(jù)完整性。
2. 高效P2P廣播：節(jié)點(diǎn)在接收到n個分片中n/2個時(shí)即可確認(rèn)區(qū)塊，實(shí)現(xiàn)延遲降低與冗余度之間的最優(yōu)平衡。
3. 分布式歷史存儲：以太坊歷史數(shù)據(jù)被分割為多個數(shù)據(jù)塊，滿足：

• 各數(shù)據(jù)塊可獨(dú)立驗(yàn)證
• 任一分組中n/2個數(shù)據(jù)塊即可恢復(fù)剩余n/2個數(shù)據(jù)塊

該設(shè)計(jì)顯著降低單點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)。

若在以下三個場景中采用相同的糾刪碼（如里德-所羅門碼、隨機(jī)線性碼等），將帶來顯著優(yōu)勢：

1. 代碼精簡；
2. 效率提升：當(dāng)節(jié)點(diǎn)因某一場景需要下載分片數(shù)據(jù)（而非完整區(qū)塊）時(shí)，該數(shù)據(jù)可直接用于其他場景，避免重復(fù)傳輸；
3. 所有場景下的數(shù)據(jù)塊均可通過根哈希進(jìn)行統(tǒng)一校驗(yàn)

若采用不同糾刪碼，需滿足兼容性要求：例如，在數(shù)據(jù)可用性采樣（DAS）分片中可同時(shí)使用橫向里德-所羅門碼與縱向隨機(jī)線性碼，但兩種編碼必須基于同一有限域進(jìn)行運(yùn)算。

統(tǒng)一序列化格式?

當(dāng)前以太坊的序列化格式尚處于半規(guī)范化狀態(tài)——數(shù)據(jù)可被重新序列化為任意格式并進(jìn)行傳播，唯一的例外是交易簽名哈希，該場景需采用規(guī)范格式以確保哈希一致性。然而未來，序列化格式的規(guī)范化程度將進(jìn)一步強(qiáng)化，主要原因包括：

• 賬戶抽象化（EIP-7701）：完整交易內(nèi)容將對虛擬機(jī)（VM）完全可見
• 高Gas限制場景：隨著區(qū)塊Gas上限提升，執(zhí)行層數(shù)據(jù)需存儲至blob結(jié)構(gòu)

當(dāng)上述轉(zhuǎn)變發(fā)生時(shí)，我們可借此契機(jī)統(tǒng)一以太坊三個關(guān)鍵層級的序列化標(biāo)準(zhǔn)：（i）執(zhí)行層（ii）共識層（iii）智能合約調(diào)用ABI

建議采用SSZ序列化格式，SSZ具備以下優(yōu)勢：

• 解碼高效，包括智能合約在內(nèi)的場景均可快速解碼，得益于其基于4字節(jié)的設(shè)計(jì)及較少的邊界條件處理
• 共識層應(yīng)用廣泛，已在共識層實(shí)現(xiàn)深度集成
• 與現(xiàn)有ABI高度相似，便于工具鏈適配升級

當(dāng)前已有相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)推進(jìn)SSZ的全面遷移工作。建議在后續(xù)升級規(guī)劃中延續(xù)這一技術(shù)路線，并基于現(xiàn)有成果進(jìn)行擴(kuò)展。

統(tǒng)一共享樹結(jié)構(gòu)

當(dāng)從EVM遷移至RISC-V（或其他精簡虛擬機(jī)架構(gòu)）后，六叉Merkle Patricia樹將成為區(qū)塊執(zhí)行證明的最大性能瓶頸（即使在常規(guī)場景下亦如此）。轉(zhuǎn)向基于更優(yōu)哈希函數(shù)的二叉樹結(jié)構(gòu)，將顯著提升證明效率，并降低輕節(jié)點(diǎn)及其他應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)存儲成本。

在實(shí)施該遷移時(shí)，應(yīng)同步采用相同的樹狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)共識層與執(zhí)行層的統(tǒng)一。此舉可確保以太坊全棧（包括共識層與執(zhí)行層）均采用同一套代碼邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問與解析。

從現(xiàn)狀到目標(biāo)的演進(jìn)路徑

簡潔性在諸多方面與去中心化具有相似性，二者均為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)韌性的基礎(chǔ)前提。明確將簡潔性作為核心價(jià)值需要文化層面的轉(zhuǎn)變：其收益往往難以即時(shí)顯現(xiàn)，而追求復(fù)雜功能帶來的短期收益卻顯而易見。然而隨著時(shí)間推移，簡潔性的優(yōu)勢將愈發(fā)顯著——比特幣的發(fā)展歷程便是這一觀點(diǎn)的有力印證。

我提議以太坊協(xié)議設(shè)計(jì)參考TinyGrad項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為長期以太坊規(guī)范設(shè)定明確的代碼行數(shù)上限目標(biāo)，力求使以太坊共識關(guān)鍵代碼的簡潔程度接近比特幣水平。具體而言，處理以太坊歷史規(guī)則的相關(guān)代碼可繼續(xù)保留，但必須嚴(yán)格隔離于共識關(guān)鍵路徑之外，確保其不對核心共識邏輯產(chǎn)生影響；同時(shí)在技術(shù)方案選擇中應(yīng)貫徹"優(yōu)先選擇更簡單方案"的設(shè)計(jì)理念，優(yōu)先封裝復(fù)雜性而非擴(kuò)散系統(tǒng)性復(fù)雜度，并確保所有設(shè)計(jì)決策都能提供清晰可驗(yàn)證的特性與保證，從而在整體上形成一種以簡潔性為導(dǎo)向的技術(shù)文化。

AD：

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如作者信息標(biāo)記有誤，請第一時(shí)間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。