論文の概要: zkPHIRE: A Programmable Accelerator for ZKPs over HIgh-degRee, Expressive Gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.16738v1
- Date: Fri, 22 Aug 2025 18:27:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-26 18:43:45.153584
- Title: zkPHIRE: A Programmable Accelerator for ZKPs over HIgh-degRee, Expressive Gates
- Title（参考訳）: zkPHIRE: HIgh-degRee, Expressive Gates上でZKPをプログラム可能なアクセラレータ
- Authors: Alhad Daftardar, Jianqiao Mo, Joey Ah-kiow, Benedikt Bünz, Siddharth Garg, Brandon Reagen,
- Abstract要約: ZKPは、セキュアでプライバシを保存するための強力なツールとして登場した。
その可能性にもかかわらず、ZKPは計算オーバーヘッドが非常に高いため、配置が限られている。
SumCheckを介して任意のカスタムゲートを効率的に処理できる新しいプログラム可能なアクセラレータを提案する。
このユニットをフルシステムのアクセラレータzkPHIREに統合し、CPU上で1486タイムでジオ平均スピードアップし、アイソエリアで最先端で187タイムでスピードアップします。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.770218753770637
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) have emerged as powerful tools for secure and privacy-preserving computation. ZKPs enable one party to convince another of a statement's validity without revealing anything else. This capability has profound implications in many domains, including: machine learning, blockchain, image authentication, and electronic voting. Despite their potential, ZKPs have seen limited deployment because of their exceptionally high computational overhead, which manifests primarily during proof generation. To mitigate these overheads, a (growing) body of researchers has proposed hardware accelerators and GPU implementations for kernels and complete protocols. Prior art spans a wide variety of ZKP schemes that vary significantly in computational overhead, proof size, verifier cost, protocol setup, and trust. The latest, and widely used ZKP protocols are intentionally designed to balance these trade-offs. A particular challenge in modern ZKP systems is supporting complex, high-degree gates using the SumCheck protocol. We address this challenge with a novel programmable accelerator that efficiently handles arbitrary custom gates via SumCheck. Our accelerator achieves upwards of $1000\times$ geomean speedup over CPU-based SumChecks across a range of gate types. We integrate this unit into a full-system accelerator, zkPHIRE, which achieves $1486\times$ geomean speedup over CPU and $11.87\times$ speedup over the state-of-the-art at iso-area. zkPHIRE is the first accelerator to scale to problem sizes of $2^{30}$ nominal constraints while maintaining small proof sizes and programmability.
- Abstract（参考訳）: Zero-Knowledge Proofs (ZKP)は、セキュアでプライバシを保存するための強力なツールとして登場した。
ZKPは、ある当事者が他の当事者に何も明らかにせずに、ある声明の妥当性を他の当事者に納得させることを可能にする。
この機能は、マシンラーニング、ブロックチェーン、画像認証、電子投票など、多くの領域に深く影響している。
その可能性にもかかわらず、ZKPは計算オーバーヘッドが非常に高く、主に証明生成時に現れるため、配置が限られている。
これらのオーバーヘッドを軽減するため、研究者の(増え続ける)団体が、カーネルと完全なプロトコルのためのハードウェアアクセラレータとGPU実装を提案している。
先行技術は、計算オーバーヘッド、証明サイズ、検証コスト、プロトコル設定、信頼度など、様々なZKPスキームにまたがっている。
最新の広く使われているZKPプロトコルは、これらのトレードオフのバランスをとるために意図的に設計されている。
現代のZKPシステムにおける特に課題は、SumCheckプロトコルを使用して複雑な高次ゲートをサポートすることである。
我々は、SumCheckを介して任意のカスタムゲートを効率的に処理する新しいプログラム可能なアクセラレーターでこの問題に対処する。
当社のアクセラレーターは、さまざまなゲートタイプにわたるCPUベースのSumChecksよりも1000ドル以上のGeomeanスピードアップを実現しています。
私たちはこのユニットをフルシステムアクセラレーターのzkPHIREに統合し、CPU上で1486\times$ Geomeanのスピードアップと、アイソエリアにおける最先端のスピードアップ11.87\times$のスピードアップを達成した。
zkPHIREは、小さな証明サイズとプログラム可能性を維持しながら、名目上の制約で2〜30ドルという問題サイズにスケールした最初のアクセラレータである。
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