Vitalik Buterin提出EIP-7864：二進(jìn)制樹結(jié)構(gòu)變革劍指80%證明成本

奔跑財(cái)經(jīng)3月3日消息，以太坊聯(lián)合創(chuàng)始人Vitalik Buterin提出兩項(xiàng)技術(shù)變革，旨在解決區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的證明效率挑戰(zhàn)，相關(guān)內(nèi)容已在EIP-7864及相關(guān)文檔中概述。

被指定為近期提案的EIP-7864，擬將以太坊當(dāng)前的十六進(jìn)制keccak默克爾帕特里夏樹，替換為采用更高效哈希函數(shù)的二進(jìn)制樹結(jié)構(gòu)。提案指出，現(xiàn)有的十六進(jìn)制結(jié)構(gòu)是為與當(dāng)前以太坊開發(fā)者追求的"證明密集型"架構(gòu)不同的優(yōu)先級(jí)而設(shè)計(jì)的。

根據(jù)提案中的技術(shù)規(guī)范，二進(jìn)制樹結(jié)構(gòu)生成的默克爾分支將比當(dāng)前系統(tǒng)短四倍，因?yàn)槎M(jìn)制操作需要32log(n)，而十六進(jìn)制需要 (512log(n)) / 4。

提案稱，這一縮減將降低客戶端側(cè)分支驗(yàn)證的成本，并使包括Helios和私有信息檢索系統(tǒng)在內(nèi)的工具的數(shù)據(jù)帶寬需求按相同比例減少。

證明效率的提升將不僅限于分支長(zhǎng)度的改進(jìn)。提案指出，不考慮哈希函數(shù)優(yōu)化，更短的分支本身就能帶來三到四倍的效率提升。文件顯示，用blake3替換keccak哈希可額外帶來三倍的改進(jìn)，而采用Poseidon變體則可能帶來100倍的提升，不過在部署Poseidon前需進(jìn)行額外的安全性分析。

該二進(jìn)制樹設(shè)計(jì)包含一個(gè)基于頁面的存儲(chǔ)系統(tǒng)，將相鄰的存儲(chǔ)槽分組到包含64至256個(gè)槽的頁面中（約2至8 KB）。區(qū)塊頭以及代碼和存儲(chǔ)的前1至4 KB將共享同一頁面，這使得從初始存儲(chǔ)槽讀取數(shù)據(jù)的合約能夠受益于批量處理的效率，而非承擔(dān)單個(gè)訪問成本。提案估計(jì)，對(duì)于從初始存儲(chǔ)槽加載數(shù)據(jù)的去中心化應(yīng)用（這占據(jù)了已部署活躍合約的相當(dāng)一部分），此舉每筆交易可節(jié)省超過1萬Gas。

提案認(rèn)為，二進(jìn)制樹提供了更簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)和審計(jì)流程。該結(jié)構(gòu)在不同規(guī)模的合約間提供了更可預(yù)測(cè)的訪問深度，減少了執(zhí)行成本的差異，并為未來狀態(tài)過期功能所需的元數(shù)據(jù)嵌入創(chuàng)造了空間。

另一項(xiàng)長(zhǎng)期提案涉及用以太坊虛擬機(jī)之外的更高效虛擬機(jī)（如RISC-V）進(jìn)行替換。該提案指出，EVM的架構(gòu)并非為"證明密集型"區(qū)塊鏈而優(yōu)化，替換它將從根本上解決低效問題，而不是通過不斷累積預(yù)編譯和變通方法來管理這些問題。

Buterin的提案列舉了RISC-V相較于EVM的四個(gè)優(yōu)勢(shì)：

• 第一，原始執(zhí)行效率：RISC-V性能遠(yuǎn)超EVM，其程度足以消除對(duì)許多預(yù)編譯的需求，因?yàn)榈讓佑?jì)算可以在VM內(nèi)部高效運(yùn)行。
• 第二，證明者效率：當(dāng)前的零知識(shí)證明器是用RISC-V編寫的，這與現(xiàn)有的證明基礎(chǔ)設(shè)施自然對(duì)齊。
• 第三，客戶端側(cè)證明：RISC-V VM將使用戶能夠在本地生成關(guān)于賬戶與特定數(shù)據(jù)交互的零知識(shí)證明，從而實(shí)現(xiàn)目前EVM在沒有外部工具的情況下不支持的隱私和驗(yàn)證應(yīng)用。
• 第四，簡(jiǎn)潔性：提案稱，RISC-V解釋器可以用幾百行代碼實(shí)現(xiàn)。

提案中概述的部署路線圖包括三個(gè)階段：

• 第一階段，新的虛擬機(jī)（可能是RISC-V）僅處理預(yù)編譯，當(dāng)前和未來的預(yù)編譯將成為新VM中的代碼塊。
• 第二階段，用戶可以直接在新VM中部署合約。
• 第三階段，EVM將被停用，并作為用新VM編寫的智能合約重新實(shí)現(xiàn)，為現(xiàn)有合約保留向后兼容性，主要變化是Gas成本調(diào)整，預(yù)計(jì)這將被并行的擴(kuò)展發(fā)展所掩蓋。

Buterin認(rèn)為這兩項(xiàng)變革是從不同角度解決同一個(gè)根本性挑戰(zhàn)。提案指出，狀態(tài)樹和虛擬機(jī)共同造成了高效證明中超過80%的瓶頸。單獨(dú)解決其中任何一個(gè)組件都會(huì)使更大的問題部分懸而未決，而同時(shí)解決兩者將產(chǎn)生一個(gè)在結(jié)構(gòu)上與以太坊一直在開發(fā)的"零知識(shí)證明密集型"架構(gòu)相一致的協(xié)議，而非將該架構(gòu)改造到為不同需求設(shè)計(jì)的底層基礎(chǔ)設(shè)施之上。

提案承認(rèn)，虛擬機(jī)替換目前并不代表以太坊開發(fā)社區(qū)的共識(shí)，并指出這一變化的必要性將在狀態(tài)樹修改完成后變得更加明顯。

提案將這些變革描述為循序漸進(jìn)的：首先是二進(jìn)制樹，然后隨著證明基礎(chǔ)設(shè)施圍繞新的狀態(tài)結(jié)構(gòu)成熟起來，再進(jìn)行虛擬機(jī)替換。EVM通過多年的增量添加積累了復(fù)雜性，提案指出，滿足以太坊的功能需求需要從根本上處理虛擬機(jī)問題，而不是持續(xù)實(shí)施變通方案。