Innovación en la capa de ejecución de Ethereum: Perspectivas y desafíos de la arquitectura RISC-V

El cofundador de Ethereum propuso recientemente una idea visionaria en la comunidad: reemplazar la actual máquina virtual de la capa de ejecución (EVM) con la arquitectura de conjunto de instrucciones de código abierto RISC-V. Esta idea se compara con Beam Chain de la capa de ejecución, con el objetivo de superar los cuellos de botella de rendimiento y simplificar la lógica del protocolo. Especialmente en términos de eficiencia de pruebas de conocimiento cero (ZK Proof), se espera que se logre una mejora de hasta 100 veces. Esta propuesta tiene como objetivo abordar los problemas de cuellos de botella actuales de Ethereum en la eficiencia de las pruebas ZK, la complejidad de la construcción de bloques y la disponibilidad de datos.

Limitaciones actuales de EVM y ventajas de RISC-V

Problema de EVM:

• Arquitectura anticuada: la estructura de pila de 256 bits es incompatible con las CPU modernas, lo que afecta la eficiencia de ejecución de ZK-EVM.
• Limitaciones de prueba ZK: aproximadamente la mitad de los recursos de ZK-EVM se utilizan para ejecutar EVM en sí, lo que limita la eficiencia de la prueba.
• Mantenimiento deficiente: la acumulación de funciones lleva a la confusión de normas, como la dificultad para abolir SELFDESTRUCT.
• Desarrollo limitado: las restricciones del conjunto de instrucciones no estándar limitan el soporte multilingüe, lo que dificulta la compilación eficiente de los lenguajes de programación más utilizados.

Ventajas de RISC-V:

• Alto rendimiento: conjunto de instrucciones simplificado, amigable con el hardware, que puede ser utilizado para optimización JIT e incluso aceleración por hardware.
• Optimización ZK: generación de circuitos directamente para instrucciones RISC-V, simplificando el proceso de prueba ZK.
• Cadena de herramientas madura: soporta lenguajes principales, reduce la barrera de entrada al desarrollo y amplía el ecosistema.
• Estándar universal: Ya hay proyectos de blockchain que lo utilizan, con casos de éxito.

La propuesta sostiene que adoptar directamente RISC-V como arquitectura de ejecución de contratos es más capaz de mejorar fundamentalmente la eficiencia de ejecución y el potencial de escalabilidad que compilar EVM a RISC-V en ZK-EVM.

Ruta de reemplazo y desafíos

Tres soluciones de reemplazo:

1. Doble VM en paralelo (conservador): EVM y RISC-V funcionan en paralelo, asegurando compatibilidad durante el período de transición.
2. Solución del intérprete en cadena (radical): todos los contratos EVM son interpretados y ejecutados por contratos RISC-V en la cadena.
3. Mecanismo de plugins del intérprete (compromiso): se utiliza el intérprete como elemento del protocolo, permitiendo la inserción de otras VM en el futuro.

Desafíos técnicos que enfrenta la implementación:

• Riesgo de deterioro del rendimiento de ejecución: RISC-V debe simular la ejecución en chips x86, y la eficiencia inicial puede ser inferior a la del EVM optimizado.
• Reconstrucción de la valoración del Gas: se necesita definir un nuevo modelo de Gas para las instrucciones RISC-V.
• Diseño de sandbox seguro: limitar las llamadas al sistema, prevenir la auto-modificación del código, garantizar la ejecución determinista.
• Herramientas de desarrollo compatibles: actualización de compiladores, depuradores y herramientas de auditoría de seguridad, soporte para bytecode RISC-V.
• Compatibilidad de migración: algunos contratos dependen de las características de EVM, por lo que se debe diseñar cuidadosamente la capa de compatibilidad o el mecanismo de retroceso.

La propuesta tiende a adoptar la coexistencia de dos VM como camino de transición, comprometiéndose a mantener la interoperabilidad entre los contratos nuevos y antiguos, asegurando que la experiencia del desarrollador permanezca sin cambios y que la actualización sea imperceptible para los usuarios.

Impacto en las rutas de escalado existentes

RISC-V es una optimización de infraestructura y no reemplazará las rutas de escalado existentes:

• Capa 2: RISC-V mejora la eficiencia de procesamiento de L1 y el rendimiento de verificación ZK, lo que ayuda a Rollup a presentar datos a un costo más bajo y de manera más rápida.
• Fragmentación de datos y EIP-4844: El cuello de botella de la disponibilidad de datos aún necesita ser resuelto a través de blob y Danksharding.
• FaaS, MEV: no están relacionados con la arquitectura de la máquina virtual y no se ven afectados por el avance de RISC-V.

RISC-V es "cambiar motor", L2/fraccionamiento es "red de expansión", ambos son de dimensiones diferentes y no se contradicen en paralelo.

Comentarios de la comunidad y esfuerzos relacionados

Discrepancias en la comunidad:

• Partidarios: creen que es una actualización necesaria para enfrentar los desafíos de rendimiento y ayudar a atraer a desarrolladores tradicionales.
• Conservadores: preocupados por la dificultad de implementación, la carga histórica, el costo de actualización de la cadena de herramientas ecológicas, y cuestionan la relación costo-beneficio.

Proyectos similares de referencia:

• Move VM (Aptos/Sui): VM orientado a recursos, con fuerte seguridad de lenguaje, pero incompatible con EVM.
• FuelVM: diseñado para el procesamiento en paralelo, con el lenguaje Sway, compatibilidad limitada.
• WASM (Stylus): Introducción de WASM como lenguaje de contrato en L2, ya implementado en una plataforma.
• Un proyecto de blockchain: la red principal utiliza RISC-V como VM de contratos, proporcionando una referencia práctica para Ethereum.

La propuesta no excluye otras opciones y considera que el mecanismo de intérprete del futuro puede utilizarse para insertar VMs como Move, WASM, etc., construyendo un ecosistema de ejecución diverso.

Perspectivas de impacto futuro

Experiencia del desarrollador:

• Lenguajes como Solidity/Vyper siguen siendo utilizables, solo se cambia el backend del compilador.
• Podría abrirse la posibilidad de escribir contratos en nuevos lenguajes como Rust/C, pero no será obligatorio migrar.

Costos de operación y rendimiento:

• La mejora en la eficiencia de ejecución traerá un límite de Gas más alto y tarifas más bajas.
• Los contratos RISC-V pueden reducir la dependencia de contratos precompilados, el modelo de Gas está más alineado con el costo de la prueba ZK.

Compatibilidad ecológica y desarrollo:

• Durante el período de coexistencia de las dos VM, los contratos existentes pueden seguir funcionando y los nuevos contratos adoptarán gradualmente RISC-V.
• La infraestructura debe soportar el nuevo formato de bytecode, lo que podría provocar cambios en la compatibilidad entre cadenas.

Seguridad y estabilidad:

• La nueva arquitectura necesita ser ampliamente probada y verificada formalmente para mejorar la fiabilidad del protocolo.
• Una capa de ejecución más sencilla es beneficiosa para la auditoría y el control de la superficie de ataque.

Conclusión

Los desarrolladores principales de Ethereum han propuesto reemplazar el EVM con RISC-V, lo que refleja una profunda reflexión sobre los límites de rendimiento futuros y la simplicidad del protocolo. Esta propuesta aún se encuentra en una etapa inicial de discusión, y se espera que su implementación sea un proceso que dure varios años, enfrentando múltiples desafíos técnicos, comunitarios y ecológicos. No se trata de derrocar la ruta existente, sino de fortalecer la base y preparar el futuro.

Como dice el proponente: "Para lograr un aumento de magnitud, este cambio radical puede ser el único camino viable."

Esta es una apuesta por el futuro y una profunda exploración sobre si "la base merece ser reestructurada".