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PreNTT：面向zk-SNARK的数论变换计算并行加速方法

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计算机应用研究 2024年

作者：丁冬李正权柴志雷江南大学物联网工程学院北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室江南大学人工智能与计算机学院

简洁非交互式零知识证明(zk-SNARK)由于具备证明验证过程简捷快速的优点，已在加密货币等众多领域得到广泛应用。但其证明生成过程所需计算仍复杂耗时，影响了进一步的应用拓展。针对zk-SNARK证明生成过程中的主要计算瓶颈——数论变换(... 详细信息

简洁非交互式零知识证明(zk-SNARK)由于具备证明验证过程简捷快速的优点，已在加密货币等众多领域得到广泛应用。但其证明生成过程所需计算仍复杂耗时，影响了进一步的应用拓展。针对zk-SNARK证明生成过程中的主要计算瓶颈——数论变换(NTT)，提出了一种基于GPU的NTT计算加速方法 PreNTT。首先，提出了基于预计算的NTT并行计算方法，利用预计算与旋转因子次幂算法优化，减少NTT并行计算开销，并结合动态预计算，进一步提高NTT计算效率。其次，通过“动态自适应计算核调度”，可以根据NTT输入规模自适应地分配GPU片上资源，提升了大规模NTT任务的计算能效。然后，通过核外整体数据混洗和核内局部数据混洗相结合的方式，避免了访存冲突。最后，使用CUDA多流技术执行数据传输和计算过程，对预计算时间进行了有效隐藏。实验结果表明：基于PreNTT实现的zk-SNARK系统，与目前业界最先进的系统Bellperson相比，NTT模块运行时间获得了全规模最低1.7倍的加速比，最高加速比为9倍。PreNTT能够有效提高NTT算法并行度，降低zk-SNARK运算时间开销。

关键词：简洁非交互式零知识证明数论变换 GPU 并行计算加速

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物流作业成本核算法应用于制造业的研究

中文科技期刊数据库（全文版）经济管理 2024年第1期 182-185页

作者：丁冬武汉铁路职业技术学院湖北武汉430000

一个工业制造企业内部的材料供应过程,其材料供应成本占其总成本的四分之一左右,是工业企业三大主要生产经营活动的其中一个过程。而传统的核算方法,只关注材料物资的购进成本,而对材料供应环节采购费用的核算直接计入材料采购成本,并... 详细信息

一个工业制造企业内部的材料供应过程,其材料供应成本占其总成本的四分之一左右,是工业企业三大主要生产经营活动的其中一个过程。而传统的核算方法,只关注材料物资的购进成本,而对材料供应环节采购费用的核算直接计入材料采购成本,并将材料入库后的仓储费用、配送费用等计入当期损益,所以材料供应物流费用并未完全显露出来。本文通过分析材料供应成本的构成和影响供应成本的主要因素,尽可能采用适当的方法核算供应物流成本。

关键词：物流作业成本核算成本管理

zk-SNARK中数论变换的硬件加速方法研究

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计算机科学与探索 2024年第2期18卷 538-552页

作者：赵海旭柴志雷花鹏程王锋丁冬江南大学人工智能与计算机学院江苏无锡214122 江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 江苏省模式识别与计算智能工程实验室江苏无锡214122

简洁非交互式零知识证明能够生成长度固定的证明并快速进行验证,极大地推动了零知识证明在数字签名、区块链及分布式存储等领域的应用。但其证明的生成过程极其耗时且需要被频繁调用,其中数论变换是证明生成过程的主要运算之一。然而现... 详细信息

简洁非交互式零知识证明能够生成长度固定的证明并快速进行验证,极大地推动了零知识证明在数字签名、区块链及分布式存储等领域的应用。但其证明的生成过程极其耗时且需要被频繁调用,其中数论变换是证明生成过程的主要运算之一。然而现有的通用数论变换硬件加速方法难以满足其在简洁非交互式零知识证明中大规模、高位宽的要求。针对该问题,提出一种数论变换多级流水硬件计算架构。针对高位宽计算需求对高位模运算进行优化,设计了低时延蒙哥马利模乘单元;为了加速大规模计算,通过二维子任务划分将大规模数论变换任务划分为小规模独立子任务,并通过消除数据依赖实现了子任务间计算流水;在子任务多轮蝶形运算之间采用数据重排机制,有效缓解了访存需求并实现了不同步长蝶形运算间的计算流水。所提出的数论变换计算架构可以根据现场可编程门阵列(FPGA)片上资源灵活扩展,方便部署在不同规模的FPGA上以获得最大加速效果。所提出的硬件架构使用高层次综合(HLS)开发并基于OpenCL框架在AMD Xilinx Alveo U50实现了整套异构加速系统。实验结果表明,相比于PipeZK中的数论变换加速模块,该方法获得了1.95倍的加速比;在运行当前主流的简洁非交互式零知识证明开源项目bellman时,相比于AMD Ryzen 95900X单核及12核分别获得了27.98倍和1.74倍的加速比,并分别获得了6.9倍、6倍的能效提升。

关键词：现场可编程门阵列(FPGA) 简洁非交互式零知识证明(zk-SNARK) 模乘数论变换硬件加速

基于GPU的zk-SNARK中多标量乘法的并行计算方法

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计算机应用研究 2024年第6期41卷 1735-1742页

作者：王锋柴志雷花鹏程丁冬王宁江南大学人工智能与计算机学院江苏无锡214122 江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 江苏省模式识别与计算智能工程实验室江苏无锡214122

针对zk-SNARK(zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge)中计算最为耗时的多标量乘法(multiscalar multiplication,MSM),提出了一种基于GPU的MSM并行计算方案。首先,对MSM进行细粒度任务分解,提升算法本身的计算并行性,以充分利用GPU的大规模并行计算能力。采用共享内存对同一窗口下的子MSM并行规约减少了数据传输开销。其次,提出了一种基于底层计算模块线程级任务负载搜索最佳标量窗口的窗口划分方法,以最小化MSM子任务的计算开销。最后,对标量形式转换所用数据存储结构进行优化,并通过数据重叠传输和通信时间隐藏,解决了大规模标量形式转换过程的时延问题。该MSM并行计算方法基于CUDA在NVIDIA GPU上进行了实现,并构建了完整的零知识证明异构计算系统。实验结果表明:所提出的方法相比目前业界最优的cuZK的MSM计算模块获得了1.38倍的加速比。基于所改进MSM的整体系统比业界流行的Bellman提升了186倍,同时比业界最优的异构版本Bellperson提升了1.96倍,验证了方法的有效性。

关键词：简洁非交互式零知识证明多标量乘法 CUDA 异构计算系统并行计算

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数字化环境下提高医院档案的管理效能探索

赤峰学院学报（自然科学版） 2024年第5期40卷 18-21页

作者：丁冬赤峰学院第二附属医院内蒙古赤峰024000

目前,数字化技术不断发展,对各行各业的影响日益显著。在医疗行业中,数字化环境的出现为医院档案管理带来了新的机遇和挑战。本文旨在探讨数字化环境下医院档案管理效能的提高,通过分析目标、寻找存在的问题以及提出解决方法,为医院管... 详细信息

目前,数字化技术不断发展,对各行各业的影响日益显著。在医疗行业中,数字化环境的出现为医院档案管理带来了新的机遇和挑战。本文旨在探讨数字化环境下医院档案管理效能的提高,通过分析目标、寻找存在的问题以及提出解决方法,为医院管理者提供可行的解决方案。

关键词：数字化环境医院档案管理效能提高

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大数据时代医院档案管理信息化建设的创新研究

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赤峰学院学报（自然科学版） 2024年第6期40卷 43-46页

作者：丁冬赤峰学院第二附属医院内蒙古赤峰024000

随着大数据时代的来临,医院档案管理信息化建设成为现代医疗体系的关键组成部分。医院档案是医疗信息的重要载体,其包含了患者的诊断、治疗、病历等重要数据,这些数据对于医疗决策、疾病控制和研究具有不可替代的价值。因此,如何有效、... 详细信息

随着大数据时代的来临,医院档案管理信息化建设成为现代医疗体系的关键组成部分。医院档案是医疗信息的重要载体,其包含了患者的诊断、治疗、病历等重要数据,这些数据对于医疗决策、疾病控制和研究具有不可替代的价值。因此,如何有效、安全、高效地管理和利用医院档案成了医疗机构亟待解决的问题。本文将探讨大数据时代医院档案管理信息化建设的创新对策,着重关注如何在信息化建设中强化管理意识、提高档案管理制度体系的先进性、完善档案管理基础建设、做好网络安全保障工作以及重视管理队伍建设。这些对策旨在推动医院档案管理信息化建设的快速发展以提高医疗服务质量、确保患者隐私安全、促进医疗科研和提升医院管理水平。

关键词：大数据时代医院档案管理信息化建设创新

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谈音乐课堂教学导入环节的设计

中小学音乐教育 2024年第2期 42-44页

作者：丁冬江苏省高新技术产业开发区实验初级中学

导入环节是课堂教学的开端。有效的设计和实施直接影响学生的学习态度和学习效果,合理的导入能够激发学生的学习热情,使学生主动参与到课堂教学活动中。导入方式多种多样,主要有以下几类:借用各种教具、多媒体导入;引用诗歌名言、从故... 详细信息

导入环节是课堂教学的开端。有效的设计和实施直接影响学生的学习态度和学习效果,合理的导入能够激发学生的学习热情,使学生主动参与到课堂教学活动中。导入方式多种多样,主要有以下几类:借用各种教具、多媒体导入;引用诗歌名言、从故事或实例出发展开导入;师生互动、小组合作导入,设置导入问题导入等。本文根据初中生音乐学习的认知特点。

关键词：导入环节小组合作问题导入导入方式音乐课堂教学课堂教学活动教具师生互动

镍夹层添加对激光熔丝增材制造钛/钢金属复合材料界面组织与性能影响研究

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有色金属工程 2024年第6期14卷 37-42页

作者：程建徐荣正丁冬张鹤天沈阳航空航天大学材料科学与工程学院沈阳110136 空军装备部驻沈阳地区军事代表局驻沈阳地区第三军事代表室沈阳110136

针对钛/钢复合材料增材制造过程中易形成脆性Ti-Fe金属间化合物、恶化界面性能的问题。选择镍(ERNi-1)作为夹层,采用激光熔丝增材制造技术实现了TC4/309L复合材料的一体化制备。重点分析了Ni夹层添加对于界面组织与性能的影响,结果表明... 详细信息

针对钛/钢复合材料增材制造过程中易形成脆性Ti-Fe金属间化合物、恶化界面性能的问题。选择镍(ERNi-1)作为夹层,采用激光熔丝增材制造技术实现了TC4/309L复合材料的一体化制备。重点分析了Ni夹层添加对于界面组织与性能的影响,结果表明:添加Ni夹层的钛/钢复合材料的界面主要由Fe/Ni界面和Ti/Ni界面组成。其中,对于Fe/Ni界面Fe和Ni形成了无限固溶体,且未发现明显的裂纹和气孔等缺陷,实现了良好的冶金结合;在Ti/Ni界面中含有TiFe、TiNi_(3)、TiNi、Ti_(2)Ni等多种脆性金属间化合物,界面最大硬度达到670.1 HV。界面结合强度的微区拉伸试验显示,其结合强度为30.5 MPa,断裂于Ti/Ni界面位置,呈脆性断裂特征。

关键词：激光熔丝增材制造 TC4/309L复合材料 Ni夹层金属间化合物组织力学性能

零知识证明中椭圆曲线运算的硬件加速方法研究

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中国计量大学学报 2024年第2期 185-196页

作者：丁冬李正权江南大学物联网工程学院北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室

目的:针对零知识证明协议纯软件部署存在的低时延、低功耗服务要求难以满足，以及硬件加速芯片协议适配性差和开发周期长的问题，提出了一种用于零知识证明的椭圆曲线点加计算流式计算架构。方法:实现了点加计算的硬件设计，对高位模运... 详细信息

目的:针对零知识证明协议纯软件部署存在的低时延、低功耗服务要求难以满足，以及硬件加速芯片协议适配性差和开发周期长的问题，提出了一种用于零知识证明的椭圆曲线点加计算流式计算架构。方法:实现了点加计算的硬件设计，对高位模运算设计了低时延、可扩展的硬件计算单元，在点加计算的各个计算阶段间规划数据流实现了流水设计，使用OpenCL与HLS,在基于FPGA的异构计算平台上，对不同规模的点乘、多标量乘法计算任务进行了软硬件协同加速。结果:在AMD Xilinx Alevo U50数据中心加速卡上，多标量乘法运算相比于AMD Ryzen 9 5900X(3.7 GHz)CPU单核及12核运行分别获得了41.5倍及3倍的加速比，硬件加速模块相比于纯软件方式获得了最高12.42倍的能效提升。结论:该计算架构有效提高了硬件资源利用率，降低了椭圆曲线运算时延以及功耗开销。

关键词：现场可编程门阵列椭圆曲线零知识证明高层次综合异构计算

来源：博看期刊