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、高價值數(shù)據(jù)認證等的基礎(chǔ)層。這需要具備兩個條件：可擴展性和韌性。Fusaka硬分叉旨在將二層（L2）數(shù)據(jù)的可用空間增加10倍，當前擬定的2026年路線圖也提出對一層（L1）進行類似的大幅擴容。與此同時，以太坊完成合并升級至權(quán)益證明機制（Proof of Stake），其客戶端多樣性迅速提升，零知識證明（ZK Verifiability）可驗證性以及抗量子計算能力方面的工作也在推進，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制驗證，即驗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)議的核心機制即在于此。即便是聰明的中學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，同時降低技術(shù)壟斷風險。
- 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)計有效降低長期維護成本。
- 協(xié)議規(guī)范及其實現(xiàn)中的嚴重漏洞風險顯著減少，并便于驗證系統(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）中對三時隙最終性進行模擬
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)濟學等領(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)共識機制。相較于現(xiàn)有的信標鏈，該方案具備顯著簡化的特性，具體體現(xiàn)在以下方面：
- 三時隙最終性（3-slot finality）架構(gòu)革新：消除了獨立時隙（slot）與紀元（epoch）的概念劃分，取消委員會輪換機制及同步委員會等復雜組件，大幅簡化協(xié)議規(guī)范。核心實現(xiàn)僅需約200行代碼，較Gasper協(xié)議在安全性上達到近乎最優(yōu)水平。
- 驗證節(jié)點管理優(yōu)化：通過限制活躍驗證節(jié)點數(shù)量，使得分叉選擇規(guī)則（fork choice rule）可采用更簡化的實現(xiàn)方案，同時保障系統(tǒng)安全性。
- 聚合協(xié)議升級：基于STARK的聚合機制允許任意節(jié)點擔任聚合角色，規(guī)避了對聚合器的信任依賴及重復比特字段（bitfield）的資源浪費問題。盡管聚合密碼學本身復雜度較高，但其高度封裝的特性顯著降低了系統(tǒng)性風險。
- P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)改進：上述兩項優(yōu)化為構(gòu)建更簡潔高效的點對點網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供了可能性。
- 驗證流程重構(gòu)：重新設(shè)計驗證節(jié)點準入、退出、提款、密鑰遷移及怠惰懲罰等機制，在降低代碼量的同時，明確核心參數(shù)（如弱主觀周期）的保障機制。
- 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)行層的同類改進面臨更大挑戰(zhàn)。
簡化執(zhí)行層
以太坊虛擬機（EVM）的復雜性持續(xù)增長，其中許多復雜設(shè)計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，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)計的預編譯合約，這些場景的實際使用率極低。
試圖通過零散修補解決現(xiàn)存問題已不可行。移除SELFDESTRUCT操作碼耗費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進行漸進式修改的困難。
作為替代方案，我近期提出更激進的轉(zhuǎn)型路徑：與其對EVM進行中等規(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)的虛擬機架構(gòu)，以實現(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，智能合約可直接運行于目標架構(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。
- 預編譯合約優(yōu)化：大部分預編譯功能將不再必要，僅保留高優(yōu)化的橢圓曲線運算（隨量子計算發(fā)展或?qū)⑻蕴?/li>
主要挑戰(zhàn)在于：不同于可立即實施的EOF方案，新虛擬機需要更長時間才能惠及開發(fā)者?？赏ㄟ^同步實施部分高價值的EVM改進（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)？
虛擬機遷移的向后兼容策略??
簡化（或優(yōu)化而不增加復雜度）EVM任何部分的最大挑戰(zhàn)在于，如何平衡實現(xiàn)預期目標與維護現(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"并不存在唯一標準。
目標是最小化綠色區(qū)域：即節(jié)點為參與以太坊共識所需運行的邏輯，包括計算當前狀態(tài)、證明生成與驗證、FOCIL（注：需確認是否為專業(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、預編譯合約或其他機制）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或形式化驗證工具）可完全忽略此部分。
??新增黃色區(qū)域：指對當前鏈上數(shù)據(jù)解析或最優(yōu)區(qū)塊構(gòu)建極具價值，但不屬于共識機制的代碼。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實現(xiàn)，則共識代碼將大幅簡化，但專用節(jié)點可能仍需沿用原有代碼進行解析處理。
橙色和黃色區(qū)域的復雜性屬于封裝性復雜度，任何希望理解協(xié)議的人員均可跳過這些部分，Ethereum實現(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)共識風險。這意味著，相較于綠色區(qū)域的代碼復雜度，橙色和黃色區(qū)域的復雜度對系統(tǒng)整體的負面影響顯著更低。?
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翻譯層實現(xiàn)長期向后兼容的技術(shù)方案。
要求所有新開發(fā)的預編譯合約必須包含規(guī)范的鏈上RISC-V實現(xiàn)。此步驟旨在推動生態(tài)逐步適應(yīng)RISC-V虛擬機環(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)虛擬機的遷移）：
- 雙虛擬機并行支持：在協(xié)議層面同時原生支持RISC-V和EVM兩種虛擬機。開發(fā)者可自由選擇開發(fā)語言，不同虛擬機編寫的合約可實現(xiàn)無縫交互。
- 預編譯合約分階段替換：除橢圓曲線運算和KECCAK哈希算法（因其對性能要求極致優(yōu)化）外，所有預編譯合約均通過硬分叉替換為RISC-V實現(xiàn)。
- 具體操作為：移除原預編譯合約的同時，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)整體復雜度仍將降低。
- EVM解釋器鏈上部署：基于RISC-V實現(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的平滑過渡。
??通過共享協(xié)議組件實現(xiàn)簡化?
步驟四完成后，眾多“EVM實現(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，但這些實現(xiàn)將不再屬于核心共識規(guī)范的組成部分。屆時，以太坊共識機制將“原生”僅支持RISC-V架構(gòu)。
通過共享協(xié)議組件實現(xiàn)簡化?
??減少協(xié)議總體復雜度的第三種方法（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)一標準。通常而言，在不同模塊中采用不同協(xié)議實現(xiàn)相同功能既無必要也無收益，但此類設(shè)計模式仍普遍存在，主要原因在于協(xié)議路線圖各部分之間缺乏有效協(xié)同。以下是可通過強化組件跨層復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：
- 數(shù)據(jù)可用性采樣：客戶端驗證區(qū)塊是否已發(fā)布時需使用糾刪碼，確保數(shù)據(jù)完整性。
- 高效P2P廣播：節(jié)點在接收到n個分片中n/2個時即可確認區(qū)塊，實現(xiàn)延遲降低與冗余度之間的最優(yōu)平衡。
- 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)塊可獨立驗證
- 任一分組中n/2個數(shù)據(jù)塊即可恢復剩余n/2個數(shù)據(jù)塊
該設(shè)計顯著降低單點數(shù)據(jù)丟失風險。
若在以下三個場景中采用相同的糾刪碼（如里德-所羅門碼、隨機線性碼等），將帶來顯著優(yōu)勢：
- 代碼精簡；
- 效率提升：當節(jié)點因某一場景需要下載分片數(shù)據(jù)（而非完整區(qū)塊）時，該數(shù)據(jù)可直接用于其他場景，避免重復傳輸；
- 所有場景下的數(shù)據(jù)塊均可通過根哈希進行統(tǒng)一校驗
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）分片中可同時使用橫向里德-所羅門碼與縱向隨機線性碼，但兩種編碼必須基于同一有限域進行運算。
統(tǒng)一序列化格式?
當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)范化程度將進一步強化，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（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)
當上述轉(zhuǎn)變發(fā)生時，我們可借此契機統(tǒng)一以太坊三個關(guān)鍵層級的序列化標準：（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)計及較少的邊界條件處理
- 共識層應(yīng)用廣泛，已在共識層實現(xiàn)深度集成
- 與現(xiàn)有ABI高度相似，便于工具鏈適配升級
當前已有相關(guān)技術(shù)團隊推進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)有成果進行擴展。
統(tǒng)一共享樹結(jié)構(gòu)
當從EVM遷移至RISC-V（或其他精簡虛擬機架構(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)點及其他應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)存儲成本。
在實施該遷移時，應(yīng)同步采用相同的樹狀結(jié)構(gòu)實現(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行數(shù)據(jù)訪問與解析。
從現(xiàn)狀到目標的演進路徑
簡潔性在諸多方面與去中心化具有相似性，二者均為實現(xiàn)系統(tǒng)韌性的基礎(chǔ)前提。明確將簡潔性作為核心價值需要文化層面的轉(zhuǎn)變：其收益往往難以即時顯現(xiàn)，而追求復雜功能帶來的短期收益卻顯而易見。然而隨著時間推移，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的有力印證。
我提議以太坊協(xié)議設(shè)計參考TinyGrad項目的實踐經(jīng)驗，為長期以太坊規(guī)范設(shè)定明確的代碼行數(shù)上限目標，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)計理念，優(yōu)先封裝復雜性而非擴散系統(tǒng)性復雜度，并確保所有設(shè)計決策都能提供清晰可驗證的特性與保證，從而在整體上形成一種以簡潔性為導向的技術(shù)文化。
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