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Polkadot 的 JAM：利用 RISC-V 重新定义区块链架构

· 阅读需 11 分钟
Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

2025 年 4 月，维塔利克·布特林（Vitalik Buterin）提出了一个在一年之前看起来还像是异端邪说的想法：用 RISC-V 取代以太坊的 EVM。这一建议立即引发了争论。但大多数评论者忽略的是，Polkadot 早已构建这种架构超过一年，并且距离将其部署到生产环境仅有数月之遥。

Polkadot 的 JAM（Join-Accumulate Machine）不仅仅是另一次区块链升级。它代表了对“区块链”含义的根本性重新思考。以太坊的世界观集中在处理交易的全球虚拟机上，而 JAM 在其核心层完全消除了交易概念，取而代之的是一种计算模型，该模型承诺提供 850 MB/s 的数据可用性 —— 是 Polkadot 之前容量的 42 倍，是以太坊 1.3 MB/s 的 650 倍。

这种影响远超性能基准测试。JAM 可能是迄今为止对后以太坊范式区块链架构最清晰的阐述。

灰皮书：Gavin Wood 的第三幕​

Gavin Wood 博士在 2014 年编写了以太坊黄皮书，提供了使以太坊成为可能的正式规范。随后他在 2016 年发布了 Polkadot 白皮书，引入了异构分片和共享安全性。2024 年 4 月，他在迪拜的 Token2049 上发布了 JAM 灰皮书 —— 完成了横跨整个可编程区块链历史的三部曲。

灰皮书将 JAM 描述为“一个全球单例的无许可对象环境 —— 类似于以太坊的智能合约环境 —— 与在可扩展节点网络上并行化的安全边际计算相结合”。但这低估了这种概念上的转变。

JAM 不仅仅是改进了现有的区块链设计。它在问：如果我们完全停止将区块链视为虚拟机呢？

交易问题​

传统的区块链 —— 包括以太坊 —— 从根本上说是交易处理系统。用户提交交易，验证者对交易进行排序和执行，区块链记录状态更改。这种模型运行良好，但带有内在的局限性：

  • 顺序瓶颈：交易必须按顺序排列，从而产生吞吐量限制
  • 全局状态争用：每笔交易都可能触及共享状态
  • 执行耦合：共识与计算紧密绑定

JAM 通过 Wood 所称的“提炼-累积”（Refine-Accumulate）范式将这些关注点解耦。该系统分为两个阶段运行：

提炼 (Refine)：计算在整个网络中并行发生。工作被划分为独立的单元，可以同时执行而无需协调。

累积 (Accumulate)：收集结果并将其合并到全局状态中。只有这个阶段需要对排序达成共识。

其结果是一个“无交易”的核心协议。JAM 本身不处理交易 —— 构建在 JAM 之上的应用才处理。这种分离使基础层能够专注于纯粹的安全并行计算。

PolkaVM：为什么 RISC-V 至关重要​

JAM 的核心是 PolkaVM，这是一种基于 RISC-V 指令集专门构建的虚拟机。这一选择对区块链计算有着深远的影响。

EVM 的架构债​

以太坊的 EVM 设计于 2013-2014 年，当时人们对区块链执行的许多现代假设还不了解。它的架构反映了那个时代：

  • 基于栈的执行：操作从无界栈中推入和弹出值，需要复杂的跟踪
  • 256 位字长：为了加密方便而选择，但对于大多数操作来说非常浪费
  • 单一维度 Gas：一个指标试图为截然不同的计算资源定价
  • 仅限解释执行：EVM 字节码无法有效地编译为原生代码

这些设计决策作为最初的选择是有意义的，但却造成了持续的性能损失。

RISC-V 的优势​

PolkaVM 采用了截然不同的方法：

基于寄存器的架构：与现代 CPU 一样，PolkaVM 使用有限的寄存器集进行参数传递。这与实际硬件保持一致，能够高效地翻译为原生指令集。

64 位字长：现代处理器是 64 位的。使用匹配的字长消除了绝大多数计算中模拟 256 位操作的开销。

多维度 Gas：不同的资源（计算、存储、带宽）独立定价，更好地反映了真实成本并防止错误定价攻击。

双重执行模式：代码可以被解释以立即执行，或者进行 JIT 编译以获得优化性能。系统根据工作负载特性选择合适的模式。

性能影响​

架构差异转化为实际的性能提升。基准测试显示，在算术密集型合约中，PolkaVM 比 WebAssembly 实现了 10 倍以上的提升 —— 而 EVM 的速度甚至更慢。对于复杂的、涉及多个合约的交互，随着 JIT 编译摊销了设置成本，这种差距会进一步扩大。

或许更重要的是，PolkaVM 支持任何可以编译为 RISC-V 的语言。虽然 EVM 开发人员受限于 Solidity、Vyper 和少数专门语言，但 PolkaVM 为 Rust、C++ 以及最终任何支持 LLVM 的语言敞开了大门。这极大地扩展了潜在的开发者群体。

维护开发者体验​

尽管进行了架构重组，JAM 仍保持了与现有工作流的兼容性。Revive 编译器提供完整的 Solidity 支持，包括内联汇编器。开发者可以继续使用 Hardhat、Remix 和 MetaMask，而无需改变现有流程。

Papermoon 团队通过成功将 Uniswap V2 的合约代码迁移到 PolkaVM 测试网证明了这种兼容性——这表明即使是复杂的、经过实战检验的 DeFi 代码也可以在不重写的情况下完成迁移。

JAM 的性能目标​

Gavin Wood 对 JAM 规划的性能数据，以目前的区块链标准来看是令人震惊的。

数据可用性​

JAM 的目标是 850 MB/s 的数据可用性——大约是最近优化前原生 Polkadot 容量的 42 倍，是以太坊 1.3 MB/s 吞吐量的 650 倍。作为参考，这已接近企业级数据库系统的吞吐量。

计算吞吐量​

《灰皮书》估计 JAM 在满负载下可以达到每秒约 1500 亿 Gas。虽然将 Gas 转换为交易数量并不精确，但基于数据可用性目标，其理论最大吞吐量可达 340 万+ TPS。

现实世界验证​

这些不仅仅是理论数字。压力测试已经验证了该架构：

  • Kusama (2025 年 8 月)：在仅 23% 的负载容量下实现了 143,000 TPS
  • Polkadot "Spammening" (2024 年)：在受控测试中达到了 623,000 TPS

这些数据代表了真实的交易吞吐量，而非不反映生产环境的乐观预测或测试网条件。

开发进度与时间线​

JAM 的开发遵循结构化的里程碑系统，共有 43 个实现团队在竞争超过 6000 万美元（1000 万 DOT + 100,000 KSM）的奖金池。

当前进展（2025 年末）​

生态系统已达到几个关键里程碑：

  • 多个团队已 100% 通过 Web3 基金会的测试向量验证
  • 开发工作已从《灰皮书》0.6.2 版本推进至 0.8.0 版本，接近 v1.0
  • 2025 年 5 月在里斯本举行的 JAM Experience 大会汇集了各实现团队进行深度技术协作
  • 全球九个地区的大学巡演吸引了 1300 多名参与者，包括剑桥大学、北京大学和复旦大学

里程碑结构​

各团队按照一系列里程碑推进：

  1. IMPORTER (M1)：通过状态转换一致性测试并导入区块
  2. AUTHORER (M2)：完全一致性，包括区块生产、网络传输和链下组件
  3. HALF-SPEED (M3)：达到 Kusama 级别的性能，并可访问 JAM Toaster 进行大规模测试
  4. FULL-SPEED (M4)：达到 Polkadot 主网级别的性能，并通过专业安全审计

已有多个团队完成了 M1，若干团队正向 M2 迈进。

主网上线时间线​

  • 2025 年末：最终修订《灰皮书》，持续提交里程碑，扩大测试网参与度
  • 2026 年第一季度：在通过 OpenGov 全民公投获得治理批准后，在 Polkadot 上进行 JAM 主网升级
  • 2026 年：部署 CoreChain 第一阶段，发布官方 JAM 公共测试网，完成全网过渡

治理过程已经显示出强劲的社区支持。2024 年 5 月，DOT 持有者以近乎全票通过的结果批准了升级方向。

JAM vs. 以太坊：互补还是竞争？​

JAM 是否代表“以太坊杀手”的问题忽略了架构上的细微差别。

不同的设计理念​

以太坊从单体基础向外构建。EVM 提供了一个全局执行环境，而扩容方案（L2、Rollup、分片）则在之上分层。这种方法创造了一个庞大的生态系统，但也积累了技术债。

JAM 则将模块化作为核心。Refine 和 Accumulate 阶段的分离、针对 Rollup 处理的特定领域优化，以及无交易的基础层，都反映了其从零开始为可扩展性而设计的理念。

趋同的技术选择​

尽管起点不同，这两个项目正得出相似的结论。Vitalik 在 2025 年 4 月提出的 RISC-V 提案承认了 EVM 的架构限制了长期性能。而 Polkadot 在数月前就已经在测试网上部署了 RISC-V 支持。

这种趋同验证了两个项目的技术判断，同时也凸显了执行力上的差距：Polkadot 正在交付以太坊尚在提议中的功能。

生态系统现状​

技术上的优越性并不会自动转化为生态系统的主导地位。以太坊的开发者社区、应用多样性和流动性深度代表了巨大的网络效应，无法在一夜之间复制。

更有可能的结果不是取代，而是专业化分工。JAM 的架构针对某些工作负载进行了优化——特别是高吞吐量应用和 Rollup 基础设施——而以太坊在生态成熟度和资本形成方面仍保持优势。

到了 2026 年，它们看起来更像是多链互联网中互补的层级，而非竞争对手。

JAM 对区块链架构的意义​

JAM 的意义超出了 Polkadot 本身。它代表了后 EVM 范式最清晰的阐述，其他项目将会对此进行研究并有选择地采纳。

核心原则​

计算分离：将执行与共识解耦，使基础层能够实现并行处理，而非事后补救。

特定领域优化：JAM 并非构建一个通用的虚拟机并寄希望于其扩展性，而是专门针对区块链实际运行的工作负载而设计的架构。

硬件对齐：使用 RISC-V 和 64 位字长，使虚拟机架构与物理硬件保持一致，消除了仿真开销。

交易抽象：将交易处理移至应用层，使协议能够专注于计算和状态管理。

行业影响​

无论 JAM 在商业上成功与否，这些架构选择都将影响未来十年的区块链设计。《灰皮书》提供了一个正式规范，供其他项目研究、批判并选择性地实施。

以太坊的 RISC-V 提案已经证明了这种影响。问题不在于这些想法是否会传播，而在于其传播的速度和形式。

前方的道路​

JAM 代表了 Gavin Wood 自 Polkadot 以来最雄心勃勃的技术愿景。风险与雄心相匹配：成功将验证一种完全不同的区块链架构路径，而失败则会使 Polkadot 在没有差异化技术叙事的情况下与较新的 L1 竞争。

接下来的 18 个月将决定 JAM 的理论优势能否转化为生产现实。凭借 43 个实施团队、九位数的奖金池以及明确的主网路线图，该项目拥有充足的资源和动力。目前尚待观察的是，“提炼-累积”（Refine-Accumulate）范式的复杂性是否能实现 Wood 所愿景的“可以运行几乎任何类型任务的分布式计算机”。

对于评估区块链基础设施的开发者和项目方来说，JAM 值得认真关注——不是作为炒作，而是作为一种解决每个主流区块链都面临问题的技术严谨尝试。“区块链即虚拟机”的范式已为行业服务了十年。JAM 押注于下一个十年需要根本性的变革。

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