本文提出了一个关于以太坊执行层未来的大胆构想，其创新程度可与共识层中的beam chain项目相媲美。这个构想旨在从根本上提升以太坊执行层的性能，突破当前的主要扩展瓶颈，同时还能大幅简化执行层的设计架构——从某种程度上说，这可能是实现简化的唯一可行方案。
核心设想是将现有的EVM替换为RISC-V架构，作为智能合约的全新虚拟机基础。值得注意的是，这一改变将保留以太坊现有的核心概念体系，包括账户模型、跨合约调用机制和存储系统等。这些经过验证的抽象机制将继续发挥作用，开发者熟悉的操作码如SLOAD、SSTORE、BALANCE、CALL等将转变为RISC-V的系统调用接口。
在新的架构下，开发者可以选择使用Rust编写智能合约，但预计大多数开发者仍会沿用Solidity或Vyper等高级语言，只是这些语言的编译器后端将适配RISC-V目标。这是因为Rust在智能合约开发中存在诸多不便，而Solidity和Vyper提供了更符合区块链场景的开发体验。实际上，这种转变对开发者来说几乎是透明的，日常开发流程不会受到明显影响。同时，现有的EVM合约将保持完全兼容，并能与新的RISC-V合约实现无缝互操作。
这一构想并非没有先例，Nervos网络的CKB虚拟机就是基于RISC-V架构的成功实践。
变革的必要性
当前以太坊L1的扩展性问题将通过多个技术路线分阶段解决。短期来看，EIP提案如区块级访问列表、延迟执行机制、分布式历史存储和EIP-4444等将缓解主要瓶颈。中期规划中，无状态性和ZK-EVM技术将带来更深层次的优化。但从长远来看，以太坊L1的扩展性仍将面临三大核心挑战：数据可用性抽样机制的稳定性、区块生产市场的竞争性维护，以及ZK-EVM的证明能力限制。
采用RISC-V替代ZK-EVM的方案，有望突破后两个关键瓶颈。从Succinct ZK-EVM的性能分析数据可以看出，当前证明过程中消耗大量计算资源的主要环节包括输入反序列化、见证数据库初始化、状态根计算和区块执行等。其中超过一半的时间消耗在与状态树相关的操作上，这些操作本质上与证明数据量成正比。
通过将现有的keccak 16叉Merkle Patricia树替换为对零知识证明更友好的二叉树结构，配合Poseidon等新型哈希算法，可以实现数量级的性能提升。实验数据显示，Poseidon哈希在普通笔记本电脑上就能达到每秒200万次的证明速度，相比keccak的1.5万次有显著优势。此外，通过移除bloom过滤器等冗余设计，还能进一步优化证明流程。
区块执行环节占据了当前证明周期的半壁江山。要实现整体证明效率100倍的提升目标，必须将EVM的证明效率提高至少50倍。虽然可以优化现有的EVM实现，但更彻底的解决方案是直接采用RISC-V架构。因为当前的ZK-EVM本质上就是在证明编译为RISC-V的EVM实现，不如让智能合约直接运行在RISC-V虚拟机上。
初步测试数据表明，在某些特定场景下，这种架构转换能带来超过100倍的效率提升。值得注意的是，剩余的证明时间主要集中在预编译合约上。如果采用RISC-V作为主虚拟机，gas费用将更准确地反映实际证明成本，这将自然引导开发者优化合约设计。即使在常规EVM执行环境中，”EVM执行”与”其他操作”的计算开销也基本相当，因此移除EVM中间层带来的性能提升预期是合理的。
实施方案探讨
这一构想可以通过多种方式实现。最温和的过渡方案是同时支持两种虚拟机架构，允许开发者自由选择。两种类型的合约将共享相同的底层功能，包括持久化存储、ETH余额管理和合约间调用等，并实现完全互操作。
更激进的方案是将现有EVM合约转换为调用RISC-V编写的EVM解释器。具体来说，每个EVM合约将被重新封装，其核心逻辑变为调用指定的解释器合约来执行原始字节码。当解释器在执行过程中需要访问存储或进行合约调用时，将通过特定机制与原系统交互。
折中方案是在协议层面正式引入”虚拟机解释器”的概念，要求所有解释器必须基于RISC-V实现。EVM将成为首个官方支持的虚拟机解释器，未来还可以扩展支持Move等其他虚拟机架构。这种方案的最大优势在于能显著简化执行层规范。实际上，这种根本性变革可能是实现简化的唯一途径，因为即使是像移除SELFDESTRUCT这样的渐进式改进都面临巨大阻力。
Tinygrad项目通过严格限制代码规模（不超过10000行）保证了系统的简洁性，这同样适用于区块链底层协议的设计理念。Beam chain项目在简化以太坊共识层方面树立了典范，而要在执行层实现同等程度的突破，或许只有通过这种架构级的创新才能达成。
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