論文の概要: zkFuzz: Foundation and Framework for Effective Fuzzing of Zero-Knowledge Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.11961v1
- Date: Wed, 16 Apr 2025 10:43:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-17 14:40:38.724775
- Title: zkFuzz: Foundation and Framework for Effective Fuzzing of Zero-Knowledge Circuits
- Title（参考訳）: zkFuzz:ゼロ知識回路の効果的なファズリングの基礎とフレームワーク
- Authors: Hideaki Takahashi, Jihwan Kim, Suman Jana, Junfeng Yang,
- Abstract要約: ZK回路はプライバシー保護計算を可能にし、多くの暗号プロトコルの中心となっている。
既存のツールは、中間計算やプログラム中止など、いくつかの重要な動作を見落としている。
我々は、TCCT違反を検出するための新しいプログラム変異ベースのファジリングフレームワークであるzkFuzzを紹介する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.179342690266523
- License:
- Abstract: Zero-knowledge (ZK) circuits enable privacy-preserving computations and are central to many cryptographic protocols. Systems like Circom simplify ZK development by combining witness computation and circuit constraints in one program. However, even small errors can compromise security of ZK programs --under-constrained circuits may accept invalid witnesses, while over-constrained ones may reject valid ones. Static analyzers are often imprecise with high false positives, and formal tools struggle with real-world circuit scale. Additionally, existing tools overlook several critical behaviors, such as intermediate computations and program aborts, and thus miss many vulnerabilities. Our theoretical contribution is the Trace-Constraint Consistency Test (TCCT), a foundational language-independent formulation of ZK circuit bugs that defines bugs as discrepancies between the execution traces of the computation and the circuit constraints. TCCT captures both intermediate computations and program aborts, detecting bugs that elude prior tools. Our systems contribution is zkFuzz, a novel program mutation-based fuzzing framework for detecting TCCT violations. zkFuzz systematically mutates the computational logic of Zk programs guided by a novel fitness function, and injects carefully crafted inputs using tailored heuristics to expose bugs. We evaluated zkFuzz on 354 real-world ZK circuits written in Circom, a leading programming system for ZK development. zkFuzz successfully identified 66 bugs, including 38 zero-days --18 of which were confirmed by developers and 6 fixed, earning bug bounties.
- Abstract（参考訳）: Zero-knowledge (ZK) 回路はプライバシー保護計算を可能にし、多くの暗号プロトコルの中心となる。
Circomのようなシステムは、証人計算と回路制約を1つのプログラムで組み合わせることで、ZK開発を単純化する。
しかし、小さなエラーでもZKプログラムのセキュリティを損なう可能性がある。
静的アナライザは、しばしば偽陽性で不正確であり、フォーマルなツールが現実世界の回路スケールで苦労する。
さらに、既存のツールは、中間計算やプログラム中止などいくつかの重要な動作を見落とし、多くの脆弱性を見逃している。
我々の理論的貢献は、ZK回路バグの基本言語に依存しない定式化であるTrace-Constraint Consistency Test (TCCT)である。
TCCTは中間計算とプログラム中止の両方をキャプチャし、以前のツールを損なうバグを検出する。
当社のシステムコントリビューションは、TCCT違反を検出するための新しいプログラム突然変異ベースのファジリングフレームワークであるzkFuzzである。
zkFuzzは、新しいフィットネス機能によって導かれるZkプログラムの計算ロジックを体系的に変更し、修正されたヒューリスティックを使って慎重に入力を注入してバグを露呈する。
我々は、ZK開発における主要なプログラミングシステムであるCircomで記述された実世界の354のZK回路上で、zkFuzzを評価した。
zkFuzzは66のバグを特定し、そのうち38のゼロデイ --18が開発者によって確認され、6の修正されたバグ報奨金が得られた。
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