突破百萬級TPS，抵禦量子攻擊：以太坊發佈“精益戰略”直面量子威脅

近日，馬斯克在社交平台X上向Gork提問：“估計量子計算破解SHA-256的機率？”這一討論再次引發行業對抗量子密碼學的關注。以太坊基金會和Vitalik Buterin早已佈局zk-SNARKs、zk-STARKs等抗量子技術，而zkVM與RISC-V的結合，可能成為以太坊應對量子威脅的關鍵。

7月31日，恰逢以太坊十周年之際，其正式發佈“精益以太坊”（lean Ethereum）戰略規劃，提出通過下一代密碼學技術實現TPS百萬級突破並抵禦量子計算攻擊，目的在於保持完全去中心化的前提下實現性能突破，同時通過後量子加密演算法應對量子電腦威脅。

通過引入零知識虛擬機器（zkVM）與精簡指令集電腦（RISC-V）架構，建構一個更精益、更高效、更具前瞻性的“精益以太坊”指日可待。

EVM設計本身並不利於零知識證明的生成。其堆疊式架構、非確定性的操作碼以及各種複雜的指令集，使得將其“零知識化”變得異常複雜和低效。為了實現更廣泛的應用，人們需要一種能夠證明任意計算正確性的通用解決方案，zkVM應運而生。

zkVM（Zero-Knowledge Virtual Machine）是一種支援零知識證明執行的虛擬機器，能夠在保證隱私的同時驗證計算的正確性。簡單來說，它可以將任何複雜的計算過程打包成一個簡潔的證明，主鏈只需驗證這個證明的有效性，而無需重新執行整個計算過程。這極大地減少了主鏈的工作量，提高了吞吐量，並降低了交易成本。

以一個簡單的金融智能合約為例，在傳統EVM上執行可能需要較長的時間和較高的成本，而在zkVM上，通過零知識證明技術對計算過程進行最佳化，可以快速驗證合約執行結果的正確性，同時減少資源消耗。

此外，傳統zkRollup依賴特定電路（如Groth16針對zkSync的定製化電路），導致跨應用相容性差且開發門檻高。而zkVM通過將任意智能合約編譯為統一的零知識證明電路，實現了“一次編寫，處處驗證”的通用性。

同時，zkVM的即時驗證狀態，可提供即時的隱私和計算證明，能夠與可擴展的DeFi、DAO和NFT相容。

為瞭解決EVM的侷限性，zkVM開發者們開始尋找更適合零知識證明的底層架構。開源、精簡且模組化的指令集架構RISC-V，成為開發者的最優選。因此，將現有的EVM取代為基於RISC-V的架構，有望帶來多方面的顯著改進。

RISC-V的指令集精簡且規整，能夠在固定的時鐘周期內完成，這使其計算過程更易於被算術化。zkVM通過將程序的執行步驟轉化為多項式約束，並最終生成一個簡潔的證明，有效提高了證明生成的效率。

RISC-V的模組化設計允許開發者根據需要選擇或定製指令集。於zkVM而言，這意味著開發者可以建立一個高度最佳化的RISC-V子集，專門用於高效生成零知識證明，移除不必要的指令，並加入有助於零知識證明生成的專用指令。這種定製能力是EVM無法提供的。

作為開源標準，RISC-V擁有一個不斷壯大的社區和生態系統。這使得zkVM開發者可以利用現有的RISC-V工具鏈，例如編譯器、模擬器和偵錯程式，加速開發處理程序。同時，這種開放性也促進了不同zkVM項目之間的互操作性，為未來的“精益以太坊”生態打下了堅實的基礎。

“精益以太坊”是一個專注於彈性、可擴展性和簡單性的長期路線圖。zkVM與RISC-V的結合，意味著實現更高效率、更低成本的以太坊生態指日可待。

當zkVM與RISC-V結合時，RISC-V的精簡指令集可顯著降低zkVM生成證明的計算複雜度。精簡指令使零知識證明所需的電路設計更簡單，證明生成時間與驗證成本可降低30%以上。這種精簡指令與高效證明的協同，直接提升了鏈下計算向鏈上驗證的轉化效率，為以太坊實現“輕量級”運行奠定了基礎。

zkVM+RISC-V可實現去中心化。基於RISC-V架構的zkVM可將區塊內的交易批次驗證轉化為零知識證明，全節點只需驗證單一證明即可確認區塊合法性，無需逐筆處理交易。更重要的是，RISC-V的開源特性確保了zkVM實現的透明性與可審計性，避免了閉源指令集可能引入的後門風險，這與以太坊去中心化的核心訴求高度契合。

從相容性角度來看，由於RISC-V指令集被眾多編譯器、虛擬機器所支援，開發者無需重構程式碼即可將現有以太坊應用遷移至基於zkVM+RISC-V的環境中，降低了技術落地的門檻。同時，zkVM 的通用計算能力與RISC-V的擴展性結合，可支援更複雜的智能合約邏輯。

zkVM與RISC-V的協同可直接降低以太坊的使用成本。鏈上Gas費的核心構成是計算資源消耗，而通過zkVM將計算遷移至鏈下後，使用者只需為證明上鏈支付費用，其低於鏈上直接計算。同時，基於RISC-V的晶片與伺服器因開源特性而價格更低，使得運行zkVM的鏈下節點成本顯著下降，間接降低了證明生成的服務費用。

最為重要的是，zkVM與RISC-V的結合可實現對潛在攻擊的深度防禦。zkVM通過數學證明確保計算結果的正確性，從根本上杜絕了因程式碼漏洞導致的執行偏差；RISC-V的指令集安全性則為zkVM的底層運行提供了保障。如當處理跨鏈橋交易時，zkVM可證明跨鏈資產的鎖定與解鎖邏輯執行無誤，而RISC-V的指令級安全性則確保zkVM自身的驗證過程不被篡改，大幅降低了跨鏈攻擊的風險。

以太坊技術革新的背後，隱藏著量子計算的威脅與機遇。

馬斯克與Grok的對話，看似是一次輕鬆的互動，實則觸及了區塊鏈世界的未來命脈。當馬斯克問及Grok關於量子計算對區塊鏈的影響時，Grok的回答非常直觀：量子電腦的強大計算能力可以輕易破解當前區塊鏈所依賴的加密演算法，尤其是橢圓曲線加密（ECC）。

這並非危言聳聽，而是所有區塊鏈項目都必須直面的“量子危機”。一旦出現足夠強大的量子電腦，比特幣、以太坊等所有依賴ECC的公鑰加密系統都將面臨崩潰的風險。

為應對量子威脅，區塊鏈社區正在積極探索後量子密碼學（PQC）。zkVM和RISC-V框架正是以太坊積極探索的真實寫照。

zkVM為研究和部署後量子密碼學演算法提供了一個完美的試驗場。開發者可以在zkVM中實現和測試各種PQC演算法，生成相應的零知識證明，並在主鏈上進行驗證。這種方式使得以太坊可以逐步過渡到更安全的加密演算法，而無需進行顛覆性的硬分叉。

RISC-V的模組化特性使得以太坊可以輕鬆地在未來的升級中更換加密演算法。如果某個PQC演算法被證明存在漏洞，社區可以迅速地更換為更安全的演算法，而無需重構整個系統。

值得注意的是，量子計算並非全是威脅。它同樣可以作為一種強大的計算工具。zkVM和RISC-V框架可以與量子虛擬機器（Quantum VM）或量子加速器相結合，利用量子計算的優勢來加速零知識證明的生成，從而進一步提升以太坊的性能。

以太坊的未來並非一片坦途，仍面臨諸多挑戰，如zkVM的證明生成效率、PQC演算法的標準化以及生態系統的協調。然而，以太坊已經踏上了一條正確的道路。從“量子危機”到“量子機遇”，以太坊正在用其獨特的智慧和開放精神，為整個區塊鏈世界的未來描繪出一幅充滿希望的藍圖。 (光子盒)