PreNTT:面向zk-SNARK的数论变换计算并行加速方法

Prentt: parallel acceleration method for number theory transformation calculations for zk-snark
丁冬1
李正权1,3
柴志雷2
1. 江南大学 物联网工程学院, 江苏 无锡 214122
2. 江南大学 人工智能与计算机学院, 江苏 无锡 214122
3. 北京邮电大学 网络与交换技术全国重点实验室, 北京 100876

摘要

简洁非交互式零知识证明(zk-SNARK)由于具备证明验证过程简捷快速的优点,已在加密货币等众多领域得到广泛应用。但其证明生成过程所需计算仍复杂耗时,影响了进一步的应用拓展。针对zk-SNARK证明生成过程中的主要计算瓶颈——数论变换(NTT),提出了一种基于GPU的NTT计算加速方法PreNTT。首先,提出了基于预计算的NTT并行计算方法,利用预计算与旋转因子次幂算法优化,减少NTT并行计算开销,并结合动态预计算,进一步提高NTT计算效率。其次,通过“动态自适应计算核调度”,可以根据NTT输入规模自适应地分配GPU片上资源,提升了大规模NTT任务的计算能效。然后,通过核外整体数据混洗和核内局部数据混洗相结合的方式,避免了访存冲突。最后,使用CUDA多流技术执行数据传输和计算过程,对预计算时间进行了有效隐藏。实验结果表明:基于PreNTT实现的zk-SNARK系统,与目前业界最先进的系统Bellperson相比,NTT模块运行时间获得了全规模最低1.7倍的加速比,最高加速比为9倍。PreNTT能够有效提高NTT算法并行度,降低zk-SNARK运算时间开销。

基金项目

国家自然科学基金资助项目(61972180)
北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室开放课题资助项目(SKLNST-2023-1-13)

出版信息

DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2024.03.0054
出版期卷: 《计算机应用研究》 优先出版, 2024年第41卷 第10期

发布历史

[2024-07-05] 优先出版

引用本文

丁冬, 李正权, 柴志雷. PreNTT:面向zk-SNARK的数论变换计算并行加速方法 [J]. 计算机应用研究, 2024, 41 (10). (2024-07-12). https://doi.org/10.19734/j.issn.1001-3695.2024.03.0054. (Ding Dong, Li Zhengquan, Chai Zhilei. Prentt: parallel acceleration method for number theory transformation calculations for zk-snark [J]. Application Research of Computers, 2024, 41 (10). (2024-07-12). https://doi.org/10.19734/j.issn.1001-3695.2024.03.0054. )

关于期刊

  • 计算机应用研究 月刊
  • Application Research of Computers
  • 刊号 ISSN 1001-3695
    CN  51-1196/TP

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