論文の概要: BenX: Resource-Sharing Permutations for Computational Integrity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.31087v1
- Date: Fri, 25 Sep 2026 10:26:19 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-28 18:27:51.337593
- Title: BenX: Resource-Sharing Permutations for Computational Integrity
- Title（参考訳）: BenX: 計算積分のためのリソース共有の置換
- Abstract要約: BenXは、ハードウェアアクセラレーション、高速実行、証明システムの低回路複雑さのために設計された置換ベースのハッシュ関数である。
BenXはPoseidon2のFPGAスループットと一致し、それぞれGoldilocksとBabyBearの1.36倍と2.15倍のレイテンシを持つ。
ソフトウェアでは、BenXは、テストされた31ビットと64ビットのすべての構成でPoseidonより優れているが、16要素のBabyBearインスタンスを除いてPoseidon2より遅い。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.99074812110341
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Cryptographic hash functions over integers modulo a prime play a decisive role in the efficiency and security of proof systems for computational integrity. Early designs focused on compact arithmetic circuits and efficient software execution, primarily targeting general-purpose CPUs rather than hardware accelerators. This work focuses on enabling efficient resource sharing and hardware acceleration alongside efficient software execution. We propose BenX, a permutation-based hash function designed for hardware acceleration, fast CPU execution, and low circuit complexity in proof systems. To construct the underlying permutation, we turn the Benes network into an invertible function over $\mathbb{F}_p^2$ using a Dickson polynomial. Its structure yields a permutation particularly suited to hardware resource sharing and acceleration. Fully pipelined on FPGA, BenX matches the throughput of Poseidon2, with 1.36x and 2.15x lower latency for Goldilocks and BabyBear, respectively. Although larger as a standalone core, it makes more effective use of shared hardware: in our dual-mode architecture, where the NTT and hash share field multipliers, BenX keeps 100% of them busy, compared with 6.25-20.3% for the partial rounds of Poseidon and Poseidon2. In software, BenX outperforms Poseidon in all tested 31- and 64-bit configurations, but is slower than Poseidon2, except for the 16-element BabyBear instance. In zero-knowledge proofs, BenX proves Goldilocks permutations 6-10x faster than Monolith. Its compact arithmetization uses about 36% fewer trace cells than Poseidon and Poseidon2 over BabyBear, while its fast variant requires 1.3-2.6x the prover time of Poseidon2.
- Abstract（参考訳）: 整数上の暗号ハッシュ関数は、算術整合性の証明システムの効率性とセキュリティにおいて決定的な役割を果たす。
初期の設計では、ハードウェアアクセラレータではなく汎用CPUをターゲットにした、コンパクトな演算回路と効率的なソフトウェア実行に重点を置いていた。
本研究は,効率的なソフトウェア実行と同時に,効率的なリソース共有とハードウェアアクセラレーションを実現することに焦点を当てている。
本稿では,ハードウェアアクセラレーション,高速CPU実行,証明システムにおける低回路複雑化のために設計された置換型ハッシュ関数であるBenXを提案する。
基礎となる置換を構成するために、ベネスネットワークをディクソン多項式を用いて$\mathbb{F}_p^2$上の可逆関数に変換する。
その構造は、特にハードウェアリソースの共有と加速に適した置換をもたらす。
FPGAで完全にパイプライン化されたBenXは、それぞれGoldilocksとBabyBearの1.36倍と2.15倍のレイテンシでPoseidon2のスループットにマッチする。
NTTとハッシュ共有フィールド乗算器が持つデュアルモードアーキテクチャでは、BenXは100%を忙しく保ち、PoseidonとPoseidon2の部分ラウンドは6.25-20.3%である。
ソフトウェアでは、BenXは、テストされた31ビットと64ビットの構成でPoseidonより優れているが、16要素のBabyBearインスタンスを除いてPoseidon2より遅い。
ゼロ知識証明において、BenXはGoldilocksの置換をモノリスの6～10倍高速に証明している。
コンパクトなアリメタイゼーションは、BabyBear上のポセイドンやポセイドン2よりも約36%少ないトレース細胞を使用するが、高速な変異はポセイドン2の証明時間の1.3-2.6倍を必要とする。
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