evm是什麼？以太坊虛擬機器轉型解析與去中心化金融的未來

以太坊核心架構轉型：從以太坊虛擬機器到精簡指令集虛擬機的深遠影響與去中心化金融的未來

你是否曾好奇，承載著龐大去中心化金融（去中心化金融）生態的以太坊，未來將如何持續演進，以應對日益增長的交易需求與技術挑戰？我們正站在一個關鍵的歷史節點上，以太坊基金會的共同創辦人維塔利克·布特林（Vitalik Buterin）提出了自其誕生以來最為宏大的一項架構性轉型方案：將其核心執行層的以太坊虛擬機器（Ethereum Virtual Machine，簡稱以太坊虛擬機器）替換為精簡指令集虛擬機（RISC-V Virtual Machine，簡稱精簡指令集虛擬機）。這不僅僅是為了擴容，更是為了解決在零知識證明（Zero-Knowledge Proof，簡稱零知識證明）技術成為主流的未來，以太坊虛擬機器所面臨的效能瓶頸。這場變革將如何重塑區塊鏈的底層架構，又會對我們所熟悉的去中心化金融世界帶來哪些深遠影響？本文將帶你深入了解這場技術革新，以及它如何牽動整個去中心化金融生態的未來。

以太坊虛擬機器的效能瓶頸與零知識證明時代的呼喚

想像一下，你的電腦雖然功能強大，但當你需要執行某些特別複雜的任務時，它卻變得異常緩慢，甚至有時會卡住。這就是目前的以太坊虛擬機器在處理零知識證明時所面臨的困境。零知識證明是一種革命性的加密技術，它允許一方在不透露任何具體資訊的前提下，向另一方證明某個陳述是真實的。這對於區塊鏈的擴容方案，尤其是零知識型匯總鏈（ZK Rollups），至關重要，因為它能大幅提升交易處理速度並降低成本。

然而，當前以太坊虛擬機器的設計，如其依賴解釋器執行代碼的特性，以及256位元的堆疊設計，使其作為零知識證明虛擬機器時效率極低。這就好比讓一台老式計算機去處理現代的高畫質影片剪輯，速度會慢上50到800倍之多。這種巨大的效能瓶頸，嚴重限制了零知識證明技術在以太坊上的應用潛力，也阻礙了第一層區塊鏈實現更高效能的擴容。因此，尋找一個更適合零知識證明生成、更高效的執行環境，已成為以太坊發展的當務之急。

為更清晰地理解以太坊虛擬機器在處理零知識證明時的挑戰，以下表格對其與精簡指令集虛擬機在零知識證明相關的性能和特性進行了簡要比較：

特性	以太坊虛擬機器 (EVM)	精簡指令集虛擬機 (RISC-V VM)
零知識證明生成效率	效率極低，作為零知識證明虛擬機器時，速度減慢50至800倍	專為零知識證明設計，證明生成效率高，大幅降低計算成本
指令集複雜度	堆疊式架構，指令集數量較多，不利於零知識證明電路化	精簡指令集，易於電路化，有利於零知識證明系統的實現
硬體加速潛力	有限	有清晰的硬體證明路徑（ASIC、FPGA），可實現高效加速
適用性	通用智能合約執行，但在零知識證明場景下不夠優化	通用計算，特別適合需要高效零知識證明生成的場景

精簡指令集虛擬機的崛起：技術優勢與漸進式轉型藍圖

在這樣的背景下，精簡指令集虛擬機浮出水面，被視為解決以太坊虛擬機器效能問題的關鍵。那麼，精簡指令集虛擬機究竟有何特別之處？它是一種開源的指令集架構，其設計理念強調「精簡」，僅包含約47個基礎指令。這種極簡的設計，使得其指令集更容易被硬體理解和執行，大幅提高了產生零知識證明時的效率。

更重要的是，精簡指令集虛擬機擁有一個非常成熟且活躍的軟體生態系統，特別是低階虛擬機器（LLVM）工具鏈的支援。這意味著開發者可以直接使用主流的程式語言，如Rust、C++、Go、Python等來編寫智能合約，並利用現有的豐富函式庫。此外，它還具備正式的SAIL規範，這有助於進行嚴格的形式化驗證，確保系統的穩定性和安全性。在硬體層面，特殊應用積體電路（ASIC）和現場可程式閘陣列（FPGA）的證明路徑也正在測試中，預示著未來證明生成的速度將會更快、成本更低。

精簡指令集虛擬機的設計哲學和現有生態系統為其在以太坊的應用帶來了多項關鍵優勢：

• 極簡指令集：僅約47個基礎指令，使得其更容易被硬體理解和高效執行，特別有利於零知識證明的生成。
• 成熟的軟體生態：得到LLVM工具鏈的強大支持，開發者可使用Rust、C++、Go、Python等主流語言。
• 正式的SAIL規範：有助於進行嚴格的形式化驗證，確保系統的穩定性與安全性。
• 硬體加速潛力：ASIC和FPGA證明路徑的測試，預示著未來證明生成的速度將會更快、成本更低。
• 開放與標準化：作為開源指令集架構，促進了更廣泛的採納和創新。

對於如何實現這項艱鉅的協議轉型，維塔利克·布特林提出了一個分三階段的漸進式轉型策略，旨在確保穩定性與向後相容性：

1. 第一階段：低風險的預編譯模組替代
   • 最初，精簡指令集虛擬機將作為以太坊虛擬機器的一個預編譯模組存在，處理特定的加密操作，例如哈希函數（如Poseidon、Keccak）的計算。這是一個風險較低的導入方式，可以在不改變核心協議的情況下，逐步驗證其效能與穩定性。
2. 第二階段：雙虛擬機器共存
   • 在這一階段，以太坊鏈上將同時運行以太坊虛擬機器和精簡指令集虛擬機。這就好比你的電腦同時安裝了兩種作業系統，用戶可以根據需求選擇使用。一些新的應用可能會直接部署在精簡指令集虛擬機上，而現有的應用則繼續在以太坊虛擬機器上運行，為生態系統提供平穩過渡的空間。
3. 第三階段：以精簡指令集虛擬機重新實作以太坊虛擬機器（羅塞塔策略）
   • 最終目標是實現「羅塞塔策略」，即在精簡指令集虛擬機的基礎上，重新實作以太坊虛擬機器的功能。這意味著精簡指令集虛擬機將成為以太坊的唯一執行環境，而以太坊虛擬機器則作為其上的一個「應用層」存在。如此一來，協議將會極簡化，而現有的以太坊虛擬機器程式碼仍能繼續運作，實現向後相容性，避免大規模的生態遷移成本。

這項轉型策略兼顧了效率提升與生態穩定，展現了以太坊在技術革新上的審慎與遠見。以下是以太坊虛擬機器與精簡指令集虛擬機在關鍵特性上的比較：

特性	以太坊虛擬機器 (EVM)	精簡指令集虛擬機 (RISC-V VM)
設計理念	堆疊式虛擬機器，為區塊鏈智能合約優化	精簡指令集架構，通用型計算，極簡指令集
指令集數量	約140個指令	約47個基礎指令
零知識證明效率	作為零知識證明虛擬機器時，效率極低（減慢50-800倍）	為零知識證明設計，證明生成效率高
程式語言支援	主要為Solidity、Vyper等，需編譯為以太坊虛擬機器位元組碼	支援Rust、C++、Go、Python等多種主流程式語言
工具鏈生態	專屬以太坊虛擬機器工具鏈	成熟的LLVM工具鏈生態系統
規範與驗證	逐步演進，規範較為分散	擁有正式的SAIL規範，利於形式化驗證
硬體加速潛力	有限	有清晰的硬體證明路徑（ASIC、FPGA）

生態系統的漣漪效應：開發者、用戶與匯總鏈的未來

精簡指令集虛擬機的導入，將在整個以太坊生態系統中激起巨大的漣漪，影響最為顯著的莫過於匯總鏈的格局。

• 匯總鏈格局重塑：

  這場轉型對第二層解決方案（例如匯總鏈）的影響是深遠的。對於零知識型匯總鏈而言，這將是一個巨大的策略優勢。由於精簡指令集虛擬機天生適合產生零知識證明，零知識型匯總鏈將能與以太坊的第一層區塊鏈實現更緊密、更高效的整合，大幅降低技術堆疊的複雜度與開發成本。這意味著未來的零知識型匯總鏈可能會變得更加主流，並擁有更合理的經濟模型。

  然而，對於目前流行的優化型匯總鏈（Optimistic Rollups）來說，這將帶來嚴峻的架構挑戰。優化型匯總鏈主要依賴「詐欺證明」機制來確保交易的有效性，而精簡指令集虛擬機的引入，可能要求它們大規模改造其詐欺證明系統，以適應新的執行環境。這將是一項浩大的工程，甚至可能迫使一些優化型匯總鏈考慮轉型為零知識型匯總鏈。

精簡指令集虛擬機的引入，將對不同類型的匯總鏈帶來差異化的影響，尤其是在與以太坊第一層區塊鏈的整合效率方面：

特性	零知識型匯總鏈 (ZK Rollups)	優化型匯總鏈 (Optimistic Rollups)
驗證機制	依賴零知識證明進行鏈下計算與鏈上驗證	依賴詐欺證明，假定交易有效，挑戰期內可提交詐欺證明
精簡指令集虛擬機兼容性	高度兼容，可直接利用精簡指令集虛擬機高效生成證明，降低複雜度與成本	需要大規模改造其詐欺證明系統以適應新執行環境，面臨架構挑戰
與第一層區塊鏈整合	更緊密、更高效的整合，實現更快的最終確定性	需要維持獨立的詐欺證明驗證環境，整合複雜性可能增加
未來發展趨勢	可能變得更主流，經濟模型更合理，受益於證明成本降低	可能面臨轉型壓力，部分可能考慮轉向零知識型匯總鏈

• 開發者體驗革新：

  對於廣大的開發者社群而言，這無疑是一大利好。你將可以直接使用Rust、Go、Python等主流且功能強大的程式語言庫來開發區塊鏈應用，而不再受限於Solidity等專用語言。藉由LLVM工具鏈的支援，鏈上與鏈下開發的界線將會模糊，實現開發流程的一體化，大幅提升開發效率與便利性。這將吸引更多傳統軟體開發者進入區塊鏈領域，為以太坊生態注入新的活力。

精簡指令集虛擬機的導入將為開發者社群帶來顯著的便利與效率提升：

• 語言選擇多樣化：不再受限於Solidity，可自由選擇Rust、Go、Python等主流程式語言。
• 豐富的函式庫：能夠利用現有語言的龐大函式庫和工具生態，加速開發進程。
• 鏈上鏈下開發一體化：藉由LLVM工具鏈，模糊鏈上與鏈下開發界線，簡化開發流程。
• 更高的開發效率：主流語言的熟悉度與工具鏈的完善，將大幅提升智能合約的開發效率。
• 吸引新開發者：降低區塊鏈開發門檻，吸引更多傳統軟體開發者進入Web3領域。

• 使用者效益提升：

  最終，這一切的技術升級都將惠及廣大的終端使用者。根據預測，證明成本有望降低約100倍，這將直接轉化為顯著降低的交易費用，無論是第一層區塊鏈還是第二層區塊鏈的結算費用都將大幅下降。想像一下，你未來在以太坊上的每筆交易成本都變得更親民，這將極大提升區塊鏈應用的普及率和可負擔性。同時，更高效的證明生成也為未來實現每秒萬次交易量的目標鋪平道路，讓以太坊真正成為一個能承載全球級應用服務的「超級燃料費第一層區塊鏈」。簡明實驗室（Succinct Labs）的SP1零知識虛擬機器已初步驗證了新架構的可行性，讓我們對此充滿期待。

轉型之路的挑戰：風險、緩解策略與形式化驗證的聖杯

儘管精簡指令集虛擬機的轉型帶來巨大潛力，但任何重大的技術革新都伴隨著挑戰。以太坊社群正積極應對這些潛在風險，以確保轉型過程的平穩與安全。

主要的挑戰點包括：

• 燃料費計量問題：

  精簡指令集虛擬機的指令集與以太坊虛擬機器截然不同，如何建立一個公平、可預測且能有效防範拒絕服務攻擊（DoS攻擊）的燃料費計量模型，是一個複雜的工程問題。這需要仔細研究每個指令的計算成本，並考慮其在區塊鏈網路中的實際影響。

• 工具鏈安全與可重複建構：

  精簡指令集虛擬機的生態系統依賴外部的LLVM編譯器等工具鏈，而這些工具鏈的複雜性高、歷史悠久，可能存在潛在的安全漏洞。惡意的編譯器或工具鏈可能會生成包含隱藏漏洞或後門的位元組碼，威脅到智能合約的安全性。同時，確保編譯過程的「可重複建構」性也至關重要，這意味著相同的原始碼在不同的環境下，必須始終編譯出完全相同的位元組碼，以確保透明度和信任。

在精簡指令集虛擬機的工具鏈安全方面，需要特別關注以下潛在威脅：

• 惡意編譯器：編譯器被篡改，在編譯時植入後門或惡意程式碼。
• 函式庫注入攻擊：引入惡意的第三方函式庫，導致智能合約行為異常。
• 編譯器錯誤：編譯器本身存在bug，生成了與原始碼意圖不符的位元組碼。
• 供應鏈攻擊：工具鏈的更新或依賴項被惡意控制，影響最終部署的程式碼。
• 不可重複建構問題：不同環境下編譯出不同的位元組碼，難以驗證程式碼的真實性與安全性。

為了緩解這些風險，以太坊社群已規劃了一系列策略：

1. 分階段推廣：

   如前所述的三階段轉型策略，就是為了逐步導入新技術，讓社群有足夠的時間進行適應、測試和調整，將風險降到最低。

2. 全面審計與模糊測試：

   新的執行環境和工具鏈將會接受嚴格的全面審計，包括模糊測試（fuzz testing），這是一種透過輸入大量隨機、異常資料來尋找軟體漏洞的測試方法。

3. 標準化與形式化驗證：

   精簡指令集虛擬機擁有正式的SAIL規範，這為其形式化驗證提供了堅實基礎。形式化驗證是一種運用數學和邏輯方法來嚴格證明軟體或硬體行為正確性的技術，被視為確保關鍵系統最高安全性的「聖杯」。以太坊基金會正積極投入於零知識證明虛擬機器的精簡指令集虛擬機電路與官方精簡指令集虛擬機規格的形式化驗證，這將極大提升整個系統的安全邊界與可信度。

這些周密的風險緩解策略，展現了以太坊社群對於區塊鏈安全和穩定性的高度重視。

去中心化金融格局中的以太坊：協議聯動與競爭新態勢

當我們將目光從以太坊底層技術的轉型，轉向更廣闊的去中心化金融生態時，你會發現一個錯綜複雜、高度聯動的網絡。以太坊作為這個網絡的基石，其一舉一動都牽動著其他核心協議的命運。

目前，以太坊、Aave、Pendle、Ethena、HyperEVM以及比特幣等六大協議，構成了一個緊密的生態網絡。它們透過資產與生態價值的高度聯動，推動著去中心化金融中的「循環貸飛輪」，這是一種透過重複借貸、質押來放大槓桿和資金效率的策略。簡而言之，你將資產質押獲取借款，再將借款質押獲取更多借款，如此循環。

在當前的去中心化金融生態中，以下六大核心協議扮演著關鍵角色，共同構建了「循環貸飛輪」：

協議名稱	核心功能	在飛輪中的作用
以太坊 (Ethereum)	基礎設施公鏈	提供底層計算與結算層，去中心化金融總鎖定價值的核心基石
Aave	領先的借貸協議	提供資產借貸與質押服務，推動資金流動與槓桿放大
Pendle	收益率代幣化協議	允許未來收益率的交易與質押，提升資金效率與靈活性
Ethena	合成美元協議	提供新型穩定幣USDe，作為質押與借貸的基礎資產，引入新的穩定性機制
HyperEVM	新興的以太坊虛擬機器兼容鏈	透過「友善分叉」Aave等策略，積極融入並挑戰現有去中心化金融格局
比特幣 (Bitcoin)	價值儲存與加密貨幣始祖	其價值遷移能力是去中心化金融擴張邊界的重要驅動力，作為高價值抵押品

在這個網絡中，以太坊的地位無可取代，它在去中心化金融的總鎖定價值（Total Value Locked，簡稱總鎖定價值）中佔比超過六成，是名副其實的基礎設施。而Aave作為領先的借貸協議，在以太坊生態的總鎖定價值中也佔據六成以上，是去中心化金融資金流動的核心樞紐。

新興的HyperEVM則展現了積極融入並挑戰既有格局的策略。它透過「友善分叉」Aave（即Hyperlend），並承諾將一部分利潤分享給其核心社群，同時部署USDe穩定幣，以及與Pendle的資產進行聯動，積極強化自身在以太坊去中心化金融生態中的競爭力。這種多方位的策略，顯示了去中心化金融市場競爭的日益激烈。

展望未來，去中心化金融的擴張邊界，將深度依賴於比特幣和以太幣這兩大核心資產的價值遷移能力。此外，新型穩定幣，例如USDe，在去中心化金融生態中的穩定性與接受度，也將是決定市場發展方向的關鍵因素。然而，我們也必須警惕，這種高度協作的協議網絡雖然提升了資金效率，但也增加了潛在的系統性風險。一旦其中某個環節出現問題，可能會引發連鎖反應。特別是去中心化金融從過去以以太幣錨定為主的穩定性，轉向對新型穩定幣的依賴，其穩定性將需要持續的關注與驗證。

結語

我們看到，以太坊從以太坊虛擬機器轉向精簡指令集虛擬機的這項宏大轉型，不僅是其擴容路線圖上的關鍵一步，更是對其作為可驗證計算基礎平台的根本性重構。這項轉變承諾帶來顯著的效能提升、協議簡化以及開發者體驗的全面優化，最終將大幅降低交易成本，並為以太坊實現每秒萬次交易量的願景奠定基礎。儘管這條道路充滿技術與安全挑戰，但社群透過分階段推廣、全面審計與形式化驗證等策略，正努力確保轉型的穩定與安全。

同時，在充滿活力的去中心化金融世界中，以太坊透過不斷的技術革新，鞏固其作為核心基礎設施的地位。各個協議之間錯綜複雜的聯動，雖帶來了前所未有的資金效率，但也提醒我們需關注其潛在的系統性風險。這一切都指向一個更高效、更具包容性的加密經濟未來，而以太坊的這場世紀轉型，無疑是塑造這個未來的重要篇章。

免責聲明：本文僅為教育與知識性說明，不構成任何投資建議。加密貨幣市場波動性高，投資請務必謹慎評估風險。

常見問題（FAQ）

Q：以太坊為何需要從以太坊虛擬機器轉型為精簡指令集虛擬機？

A：主要是為了解決以太坊虛擬機器在處理零知識證明時的效能瓶頸，提升擴容方案（特別是零知識型匯總鏈）的效率，並降低交易成本，使其能支持更高的交易吞吐量。

Q：精簡指令集虛擬機的轉型會對現有的以太坊智能合約產生什麼影響？

A：A：以太坊基金會採用漸進式轉型策略，最終目標是透過「羅塞塔策略」在精簡指令集虛擬機上重新實作以太坊虛擬機器，確保現有的以太坊虛擬機器程式碼仍能繼續運作，實現向後相容性，避免大規模的生態遷移成本。

Q：精簡指令集虛擬機的導入對去中心化金融（DeFi）生態系統有何影響？

A：精簡指令集虛擬機將為零知識型匯總鏈帶來巨大優勢，降低其開發和運行成本；同時也將提升開發者體驗，吸引更多主流開發者，並最終大幅降低用戶的交易費用，促進去中心化金融的普及與發展。