Thiết kế lại State Machine của Ethereum: Toàn bộ lộ trình kỹ thuật được Vitalik chỉ ra

Trong cộng đồng nhà phát triển Ethereum, đã tồn tại một hiểu biết ngầm suốt nhiều năm. Đó là “tránh EVM nếu có thể”. Mỗi khi cần các thao tác cryptographic mới, các nhà phát triển thường không thực hiện trong EVM mà thêm các “hợp đồng precompile” tích hợp trực tiếp vào lớp giao thức để xử lý. Tuy nhiên, tình hình này sắp bước vào một bước ngoặt căn bản.

Vitalik Buterin gần đây đã chỉ rõ giới hạn của phương pháp này. Lập luận của ông đơn giản mà cốt lõi: Giá trị cốt lõi của Ethereum nằm ở tính linh hoạt, nếu EVM không đủ tốt, thì nên xây dựng một trạng thái máy mới tốt hơn. Để giải quyết vấn đề này, ông đề xuất hai cải cách cụ thể — tối ưu hóa cây trạng thái và thiết kế lại kiến trúc máy ảo một cách căn bản.

Tối ưu hóa cây trạng thái: bắt đầu từ cấu trúc dữ liệu để nâng cao hiệu quả

Cây trạng thái của Ethereum có thể hiểu là “hệ thống chỉ mục sổ cái toàn mạng”. Mỗi lần xác minh số dư hoặc kiểm tra giao dịch, cần phải duyệt cây này để tìm thông tin cần thiết. Vấn đề hiện tại là cấu trúc cây quá phức tạp.

Ethereum hiện dùng cấu trúc “cây Merkle Patricia có phân nhánh 6 chiều”. Trong EIP-7864 mà Vitalik đề xuất, cấu trúc này sẽ được thay thế bằng cây nhị phân đơn giản hơn. C cụ thể, thay vì có 6 hướng lựa chọn khi tìm kiếm dữ liệu, giờ đây chỉ còn 2 bên trái phải. Thay đổi đơn giản này giúp chiều dài nhánh của cây Merkle giảm còn một phần tư so với ban đầu.

Đặc biệt đối với các client nhẹ (light client), cải cách này cực kỳ quan trọng. Băng thông cần thiết để xác minh sẽ giảm đáng kể, giúp các thiết bị hạn chế như điện thoại thông minh có thể kết nối mạng Ethereum hiệu quả hơn.

Hơn nữa, Vitalik còn xem xét thay đổi cả hàm băm, không chỉ cấu trúc cây. Các lựa chọn gồm Blake3 và Poseidon. Blake3 mang lại tốc độ ổn định hơn, còn Poseidon thì tham vọng hơn, có thể tăng hiệu quả chứng minh lên hàng chục lần. Tuy nhiên, Poseidon vẫn cần thêm kiểm tra an ninh.

Điểm đáng chú ý là đề xuất này gần như thay thế cây Verkle Trees đã được bàn luận nhiều năm. Ban đầu, Verkle Trees dự kiến là ưu tiên cho hard fork năm 2026, nhưng do elliptic curve cryptography dựa trên Verkle bị đe dọa bởi tính toán lượng tử, nên dần mất đi ưu thế. Thay vào đó, cây nhị phân đã nổi lên như một giải pháp thay thế.

Đổi mới toàn diện trạng thái máy: từ EVM sang kiến trúc thế hệ mới

Cải cách thứ hai còn táo bạo hơn. Trong dài hạn, đề xuất thay thế EVM bằng kiến trúc RISC-V.

RISC-V là kiến trúc tập lệnh mã nguồn mở. Ban đầu không liên quan đến blockchain, nhưng hiện tại đã được sử dụng trong hầu hết các hệ thống chứng minh ZK. Lập luận của Vitalik rất đơn giản: nếu bộ sinh chứng đã nói được ngôn ngữ RISC-V, tại sao trạng thái máy lại dùng ngôn ngữ khác, rồi phải dịch sang đó? Loại bỏ lớp dịch này sẽ nâng cao hiệu quả rõ rệt.

Thật ngạc nhiên, engine thực thi RISC-V chỉ cần vài trăm dòng mã là đủ. Vitalik cho rằng đây chính là hình thái lý tưởng của trạng thái máy blockchain.

Chiến lược chuyển đổi dự kiến gồm ba giai đoạn. Giai đoạn một, trạng thái máy mới sẽ chạy hợp đồng precompile, tái hiện khoảng 80% các precompile cũ bằng mã mới. Giai đoạn hai, nhà phát triển có thể triển khai hợp đồng trực tiếp cho trạng thái máy mới, song song với EVM. Giai đoạn ba, EVM sẽ dần dần bị loại bỏ, nhưng vẫn duy trì khả năng tương thích ngược bằng cách tái triển khai dưới dạng hợp đồng chạy trên trạng thái máy mới.

Giống như chủ sở hữu xe cũ không cần mua xe mới, người dùng sẽ cảm nhận như “động cơ được thay mới yên lặng, vô lăng vẫn giữ nguyên”.

Tại sao cần cải cách vào thời điểm này, và vì sao nó quan trọng

Vitalik đã đưa ra các con số cụ thể: khi kết hợp cây trạng thái và lớp thực thi (trạng thái máy), chúng chiếm hơn 80% bottleneck trong việc sinh chứng của Ethereum. Nói cách khác, nếu không cải tiến hai yếu tố này, Ethereum sẽ không thể giải quyết căn bản các thách thức mở rộng trong kỷ nguyên ZK.

Nguyên nhân của đề xuất này xuất phát từ các thách thức kỹ thuật lớn hơn mà Ethereum đang đối mặt: xác minh ZK-EVM, nén trạng thái, tối ưu hóa giao thức — tất cả đều phản ánh giới hạn của kiến trúc trạng thái máy hiện tại.

Tranh luận trong ngành: tranh cãi về lộ trình kỹ thuật

Tuy nhiên, đề xuất này cũng gặp phản đối từ một số phía trong ngành.

Tháng 11 năm ngoái, nhóm phát triển chính của Arbitrum, Offchain Labs, đã phản bác chi tiết về mặt kỹ thuật. Họ nhấn mạnh: RISC-V đúng là phù hợp để sinh chứng ZK, nhưng không nhất thiết phù hợp để phân phối hợp đồng thông minh.

Offchain Labs phân biệt rõ khái niệm: dISA (bộ lệnh phân phối) và pISA (bộ lệnh chứng minh) không nhất thiết phải giống nhau. Nói ví dụ, để vận chuyển hàng trong kho, forklift tối ưu, nhưng người giao hàng không nhất thiết phải dùng forklift đó để giao đến nhà khách hàng.

Thay vào đó, họ đề xuất dùng WebAssembly (WASM) trong lớp hợp đồng thông minh. Lý do thực tế là: WASM có thể chạy hiệu quả trên phần cứng tiêu chuẩn, còn hầu hết các node Ethereum không dùng RISC-V, nên cần trình giả lập để chuyển đổi. Thêm nữa, WASM đã có hệ sinh thái kiểm tra kiểu an toàn phát triển mạnh mẽ, đã được thử nghiệm trong hàng tỷ môi trường thực thi.

Quan trọng hơn, Offchain Labs đã xây dựng prototype trên Arbitrum, dùng WASM để phân phối hợp đồng, rồi biên dịch sang RISC-V để sinh chứng. Cấu trúc hai lớp này giúp mỗi phần thực hiện đúng vai trò của mình, không gây nhiễu lẫn nhau.

Họ cũng cảnh báo về rủi ro dài hạn: lĩnh vực ZK tiến bộ rất nhanh, gần đây RISC-V đã chuyển từ 32-bit sang 64-bit. Nếu cố định RISC-V trong L1 của Ethereum, sau 2 năm có thể xuất hiện kiến trúc chứng minh tốt hơn. Đặt cược dài hạn vào một kiến trúc chưa rõ là chiến lược của Ethereum?

Hệ sinh thái Layer 2 “tốt nghiệp”: chuyển đổi cấu trúc ngành

Trong tranh luận kỹ thuật này, còn có một chuyển đổi lớn về cấu trúc ngành.

Khoảng một tháng trước, Vitalik đã đặt câu hỏi về việc liệu Ethereum có thực sự cần “lộ trình riêng cho Layer 2” hay không. Phản ứng từ cộng đồng L2 rất mạnh. Ben Fish, CEO của Espresso Systems, nhận định rõ: mục tiêu ban đầu của L2 là hỗ trợ mở rộng Ethereum, nhưng giờ Ethereum đã tiến bộ, vị trí của L2 cũng cần thay đổi.

Thật thú vị, các dự án L2 không hoảng loạn mà còn thúc đẩy “tự lập khỏi Ethereum”. Jing Wang, đồng sáng lập OP Labs, so sánh L2 như một trang web độc lập, còn Ethereum là tiêu chuẩn thanh toán mở dưới cùng. Marc Boiron, CEO Polygon, nhấn mạnh: vấn đề không phải mở rộng, mà là xây dựng không gian blockchain phù hợp cho các ứng dụng thực tế như thanh toán.

Nói cách khác, cải cách trạng thái máy của Vitalik phản ánh xu hướng lớn hơn: Ethereum muốn kiểm soát lại các chức năng cốt lõi, còn hệ sinh thái L2 đang tự do đa dạng hóa, không còn bị ràng buộc chặt chẽ nữa.

Triển vọng thực hiện: lộ trình kỹ thuật

Vitalik thừa nhận, việc thay thế trạng thái máy chưa có sự đồng thuận rộng rãi trong cộng đồng. Trong khi đó, cải tiến cây trạng thái đã tiến gần đến giai đoạn chín muồi, với EIP-7864 đã có dự thảo rõ ràng và nhóm thúc đẩy rõ ràng. Thay thế bằng RISC-V hiện mới chỉ là ý tưởng trong kế hoạch, chưa có mã thực thi.

Tuy nhiên, điều đáng chú ý là các phát biểu gần đây của Vitalik: Ethereum đã từng “thay động cơ khi đang bay” (chỉ The Merge), và có thể còn thay thêm khoảng 4 lần nữa — gồm tối ưu cây trạng thái, cơ chế đồng thuận đơn giản hơn, xác minh ZK-EVM, và thay thế trạng thái máy.

Dự án nâng cấp lớn tiếp theo của Ethereum (Glamsterdam) dự kiến ra mắt trong nửa đầu 2026, sau đó là Hegota. Các đặc điểm cuối cùng của hai hard fork này vẫn chưa xác định rõ, nhưng rõ ràng hướng đi chính là cải tiến cây trạng thái và tối ưu lớp thực thi.

Câu chuyện của Ethereum không còn là “có thể hay không”, mà đã chứng minh khả năng chuyển đổi từ PoW sang PoS, từ tập trung L1 sang phân tán rollup, đã thể hiện khả năng và dũng khí tháo rỡ động cơ ở độ cao.

Điều lần này còn sâu hơn nữa: không thêm tính năng mới, mà đào sâu nền tảng cũ để xây dựng lại. Liệu đây là chiến lược tái cấu trúc có tính chiến lược cao, hay là một vũng lầy phức tạp vô hạn — câu trả lời có thể chỉ rõ vào năm 2027.

Nhưng một điều chắc chắn: Ethereum không muốn trở thành “hệ thống cũ kỹ vá lỗi” trong thời đại ZK. Chính việc thảo luận về cách gỡ bỏ các patch, thay thế trạng thái máy bằng mô hình mới, có thể mang lại giá trị vượt xa cả kết luận cuối cùng. Trong quá trình đó, giữa lý tưởng công nghệ và giới hạn thực tế, con đường Ethereum chọn sẽ trở thành kim chỉ nam cho toàn ngành.