Keccak 加速芯片及 Valida zkVM 基准测试

Keccak 加速芯片和基准测试

2025 年 3 月 18 日

我们很高兴分享我们在优化以太坊区块证明的旅程中的一个重要里程碑：Keccak 加速芯片与 Valida zkVM 和编译器工具链的集成。这一突破显著减少了以太坊区块的证明时间，使我们更接近使用 Valida 支持实时区块证明的目标。

‍

要点

• 快速 Keccak 证明：我们优化了 Keccak 置换（Keccakf-1600），这是 Keccak 哈希的核心计算负担。
• 新芯片集成：Keccak 加速芯片和 Valida zkVM 内存系统之间的一种新颖交互使用指向地址的指针，从而实现无缝通信和一致性。
• 显著加速：初步结果显示出令人印象深刻的性能改进。

初步结果：一个有希望的开始

我们对 Keccak 加速工作的初步结果感到兴奋：

这些结果表明了我们的方法在显著减少以太坊区块证明时间方面的潜力。

我们证明了 500 个 Keccak 哈希的执行，每个哈希都将前一个哈希计算的输出作为输入。我们在一个 z1d.metal AWS 实例上运行了这些证明，该实例具有 48 个核心和 384 GiB 内存。我们为每两个组抽取了十个运行的样本量。报告的结果是每组的平均实际时间：不使用 Keccak 加速芯片为 183 秒，使用 Keccak 加速芯片为 23 秒。

为什么 Keccak 在以太坊区块证明中很重要

Keccak-256 是以太坊加密基础设施的基石。它用于：

• 从公钥生成地址。
• 创建交易哈希。
• 构建 Merkle Patricia Trie。
• 验证区块头和其他关键组件。

在以太坊区块证明中，会重复计算 Keccak-256 哈希以验证区块数据并验证状态转换。根据 reth 团队的说法，截至 2024 年 3 月，大约 80-90% 的客户端时间用于计算 keccak。这使得 Keccak 哈希成为区块证明的主要计算瓶颈。自那时以来，reth 团队进行的优化减少了需要计算的 Keccak 哈希的数量，而 Valida Keccak 哈希芯片使得在 Valida 上证明这些计算的速度更快。这些措施共同承诺将大大减少区块证明期间证明 Keccak 哈希执行所花费的时间和精力。‍

Keccak 加速芯片

Valida Keccak 加速芯片优化了 Keccakf-1600 置换的计算，这是 Keccak 哈希函数中计算量最大的部分。以下是它的工作原理：

芯片的主要特点

(1) 单核 Keccakf-1600 置换：

• 该芯片在单个设置中计算 Keccakf 置换的所有 24 轮，输出置换的最终后像（post-image）。
• 这消除了多次迭代的需要，大大减少了计算时间。

(2) 内存集成：

• 前像（输入数据）存储在 50 个连续的内存地址中，后像（输出数据）写入到接下来的 50 个连续地址中。
• 这消除了多次迭代的需要，大大减少了计算时间。

(3) 通过内存总线实现一致性：

• 内存总线确保 KeccakF 芯片的 迹和内存中表示的前像和后像之间的一致性。

与 Valida zkVM 集成

Keccak 加速芯片与 Valida zkVM 和编译器工具链集成，从而实现高效的区块证明。这是我们的编译器和密码学工程师共同努力的结果。这种集成是通过以下方式实现的：

• 指针总线：允许 CPU 将基地址指针传递给 KeccakF 芯片。
• 内存总线：确保 KeccakF 芯片的 迹和数据的内存表示之间的一致性。
• 这种紧密集成最大限度地减少了开销并最大限度地提高了性能，从而使以太坊区块证明更快、更高效。

下一步是什么

虽然我们对自己的进步感到自豪，但仍有更多工作要做。我们的下一步包括：

• 进一步优化：提高 keccak 芯片的性能，并探索其他优化，例如 ECDSA 签名加速，以实现更大的加速。
• 硬件加速：利用硬件加速来突破性能的界限。

阅读完整的发行说明此处。

• 原文链接： lita.foundation/blog/kec...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～