Introduction to mcl-wasm

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1. 暗号プリミティブライブラリ
   mcl-wasmの紹介
   2023/9/15
   WebAssembly night #11
   光成滋生
   

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2. @herumi
   • サイボウズ・ラボで暗号と最適化の研究・OSS開発
   • ペアリング/BLS署名ライブラリmcl/bls
   • https://github.com/herumi/mcl
   • Go/Java/C#/Rust binding
   • Node.js/Wasm用パッケージ（今回紹介）
   • x64用JITアセンブラXbyak
   • https://github.com/herumi/xbyak
   • Intelの深層学習フレームワークoneDNNのエンジン
   • スーパーコンピュータ富岳版Xbyak_aarch64も関わる
   • RISC-V版も開発中
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3. mcl/-wasm
   • 様々な暗号技術の基本パーツを提供
   https://www.npmjs.com/package/mcl-wasm
   • IDベース暗号・準同型暗号
   • BLS署名・集約署名
   • ゼロ知識証明・秘密分散など
   • Ethereum Foundationや
   Optimismのgrantを受ける
   • アクセス数
   • GitHubのDependency graph : 15万 Repositories
   • 2021/4/1からの総download数 : 1200万over
   • https://npm-stat.com/charts.html?package=mcl-wasm&from=2021-04-01
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   600K
   2021/Apr 2023/Sep
   月間ダウンロード数
   400K
   200K
   

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4. BLS署名
   • nodeでの実行例
   • bls-eth-wasmなどの専用packageも提供
   const mcl = require('mcl-wasm')
   mcl.init().then(() => {
   const P = new mcl.G1()
   P.setStr('1 -1 1') // 初期設定
   const s = new mcl.Fr()
   s.setByCSPRNG() // 署名鍵（秘密鍵）の作成
   const Q = mcl.mul(P, s) // 検証鍵（公開鍵）の作成
   const H = mcl.hashAndMapToG2('abc') // 検証文字列のハッシュ
   const sig = mcl.mul(H, s) // ハッシュに対する署名
   const ok = mcl.pairing(Q,H).isEqual(mcl.pairing(P,sig))//署名の検証
   // 注意 : もっと効率のよい方法はある
   })
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5. • JavaScriptのBigIntによる有限体Frの演算実装
   • 加減乗算の後に素数rで割った余りを求める操作
   • 性能評価
   • 単位:usec
   • あれ, add/subはBigIntの方が速い???
   mcl-wasmの多倍長演算とBigIntとの比較
   const g_r = BigInt(254ビットの素数)
   function FrAdd (x, y) {
   const z = x + y
   return z >= g_r ? (z - g_r) : z
   }
   function FrMul (x, y) {
   return (x * y) % g_r
   }
   BigInt mcl-wasm
   add 0.113 0.437
   sub 0.099 0.444
   mul 0.681 0.572
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6. • JavaScriptはdestructorが無い（GCがある）言語
   • mcl-wasmは関数呼び出しをメモリ操作処理でラップしてる
   • WasmにGCが正式サポートされればまた変わるかも
   • JS側でメモリ管理を自分でするなら速い
   • 1回当たり約0.4usecの変換コスト（@Xeon 8280 2.8GHz）
   WAMの呼び出し変換コスト
   add(x : Fp, y : Fp) => Fp {
   const z = new Fp()
   const stack = mod.stackSave() // 現在のWasmのSPを取得
   const xPos = x._sallocAndCopy() // スタックに確保して状態をコピー
   const yPos = y._sallocAndCopy() // スタックに確保して状態をコピー
   const zPos = z._salloc() // スタックに確保
   mod._mclBnFpAdd(zPos, xPos, yPos) // Wasm関数呼び出し
   z._save(zPos) // 結果をzにコピー
   // スタックを元に戻す
   mod.stackRestore(stack)
   return z
   }
   BigInt mcl-wasm direct call
   add 0.113 0.437 0.035
   sub 0.099 0.444 0.035
   mul 0.681 0.572 0.130
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7. • 楕円曲線の加算のベンチマーク
   • 変換コストは相対的に無視できる
   • ペアリングなどの複雑な演算処理はもっと差が開く
   重たい計算はmcl-wasmが速い
   BigInt mcl-wasm direct
   G1::add 21.609 7.9
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8. • 暗号ライブラリmcl/mcl-wasmの紹介
   • 軽い関数呼び出しはWasm側が不利になることがある
   • 暗号や実装の解説記事を書いてます
   • https://zenn.dev/herumi
   まとめ
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