Por Dionysis Zindros 🐼

A Harmony Research DAO é o braço de pesquisa do ecossistema Harmony. Seguindo a visão da Harmony em direção à abertura, transparência e descentralização, a Harmony financia o DAO de pesquisa para cumprir seus objetivos de pesquisa. Como uma Organização Autônoma Descentralizada, a Harmony Research DAO é independente e toma decisões com base em sua própria missão. Além dos fundos iniciais fornecidos pela tesouraria da Harmony, a DAO também é financiado por seus próprios membros para ajudar a orientar as direções de pesquisa que irão beneficiar a comunidade.

A missão da Harmony Research DAO é promover e financiar pesquisas teóricas e aplicadas revisadas por pares de excelente qualidade no campo da ciência do blockchain. A nossa visão é estabelecer o campo da ciência do blockchain como um campo independente e reconhecido em Ciência da Computação, abrangendo as áreas de criptografia, computação distribuída, segurança, linguagens de programação, redes e teoria da informação. Somos uma DAO sem fins lucrativos cujo objetivo é a melhoria do campo como um todo. Estamos a recrutar pesquisadores de uma infinidade de campos para realizar pesquisas teóricas e aplicadas que terão um impacto positivo no blockchain Harmony em si, mas também no ecossistema blockchain mais amplo. Visto que a Harmony visa a criação de uma rede de interoperabilidade entre todas as redes, qualquer trabalho que ajude a melhorar a comunidade mais ampla de blockchain é bem-vindo.

O principal meio pelo qual a DAO promove seus objetivos é financiando:

1. O desenvolvimento de artigos de pesquisa por pesquisadores da área.
2. A realização de experimentos necessários para fazer medições e coletar dados empíricos.
3. A implementação de orientações de pesquisa em código para verificar sua viabilidade.
4. A organização e participação em conferências na área da ciência do blockchain.

A DAO também promove os seus objetivos, mantendo-se atualizado com os mais recentes desenvolvimentos na pesquisa sobre a ciência do blockchain e direcionando a direção do campo fazendo anúncios e realizando concursos nos quais as prioridades de pesquisa são estabelecidas.

São fundamentais para a tomada de decisão da DAO seus valores fundamentais:

1. Transparência. As decisões de financiamento, logística e dados contábeis são publicados abertamente. Qualquer pessoa pode revisar a alocação de capital e a dotação do DAO. Todos os artigos, conferências e projetos financiados são informações públicas.
2. Abertura. Exigimos que a pesquisa financiada pelo DAO esteja livre de patentes de software e publicada sob uma licença Creative Commons. Qualquer software desenvolvido em colaboração com a DAO é licenciado sob uma licença aberta (GPL, MIT, BSD ou Apache). Também exigimos que todos os documentos financiados pelo DAO sejam publicados em arquivos abertos, como ePrint e arXiv. Desta forma, o ecossistema Harmony, mas também o ecossistema mais amplo podem fazer uso dos resultados de nossas pesquisas.
3. Rigor. Valorizamos pesquisas que respeitem o rigor acadêmico. Priorizamos artigos que são revisados por pares e conferências que aderem a altos padrões acadêmicos de integridade da revisão por pares, seguindo o processo duplo-cego de revisão por pares. As duas principais conferências revisadas por pares no campo do blockchain são atualmente Criptografia Financeira (FC) e ACM Advances in Financial Technologies (AFT). Também estamos recrutando funcionários para as principais conferências de segurança e criptografia da área.
4. Impacto. Preocupamo-nos em publicar artigos de alta qualidade e impactantes que resolvam problemas fundamentais e difíceis no campo. Queremos que nossa pesquisa ajude o campo a avançar. Se um problema é central no campo, foi identificado pela comunidade de pesquisa em geral e permanece sem solução, queremos resolvê-lo. Estamos especialmente interessados em problemas que afetam vários sistemas blockchain diferentes e o campo em geral.
5. Igualdade. Financiamos pesquisas que seguem os princípios da comunidade cypherpunk. Pesquisa que aumenta o poder e o bem-estar das pessoas comuns, apoia os menos favorecidos entre nós, respeita sua privacidade, permite o compartilhamento e a liberdade de informação e conteúdo e aumenta a responsabilidade de organizações e governos.

A DAO de pesquisa está na interseção de três campos da ciência da computação:

1. Cryptografia. A criptografia diz respeito ao desenho e análise de protocolos na presença de adversários. Um campo fortemente matemático, ele atinge tanto primitivas de baixo nível, como assinaturas, esquemas de criptografia e provas de conhecimento zero, quanto protocolos de nível superior, como blockchains, algoritmos de consenso e estruturas de dados autenticadas. Conferências acadêmicas proeminentes no campo são CRYPTO e EUROCRYPT.
2. Segurança. A segurança é o campo aplicado que garante a proteção dos sistemas contra invasores. Usando a criptografia e implantando-a na infraestrutura do mundo real, os sistemas seguros são resistentes a ataques e verificam isso empiricamente por meio de testes de penetração. Eles também verificam isso formalmente usando métodos formais e garantem isso na prática com linguagens de programação, protocolos e APIs reforçados. Conferências acadêmicas de destaque na área são ACM CCS, IEEE S&P, USENIX Security e NDSS. Os eventos da comunidade são o CCC e o DEFCON. Uma conferência industrial é a Black Hat.
3. Computação distribuída. Na comunidade, às vezes chamada simplesmente de “descentralização”, esse campo trata do projeto de protocolos nos quais várias partes se coordenam para atingir um objetivo comum, como chegar a um consenso, sem confiar em um terceiro central. Ao longo de sua história, o campo explorou o Acordo Bizantino e outros algoritmos básicos de consenso. Hoje, ele foi revivido com a invenção do blockchain. Conferências acadêmicas de destaque na área são ACM PODC e DISC.

Blockchain Science está entre os três: estamos desenvolvendo uma nova criptografia para tornar possíveis os sistemas de blockchain; nós compomos primitivas criptográficas para construir sistemas seguros de alto nível; e nós os construímos de forma que várias partes possam se coordenar para atingir um objetivo comum sem um terceiro confiável. Naturalmente, outros campos da ciência da computação e matemática também entram em jogo, incluindo privacidade (com conferências marcantes como PETS), teoria da informação, linguagens de programação, redes e teoria dos jogos.

Como um novo campo da ciência da computação, Blockchain Science tem muitos problemas pendentes interessantes e fundamentais. Como um DAO de pesquisa, identificamos e buscaremos soluções para as seguintes áreas:

1. Bootstrapping. Isso diz respeito à velocidade e eficiência com que as carteiras são sincronizadas com o resto da rede. Houve avanços significativos nos últimos anos no tópico de sincronização rápida em blockchains de prova de aposta, incluindo os trabalhos em Provas de Prova de Trabalho Não Interativas (NIPoPoWs) usando superblocos, FlyClient e mineração espacial logarítmica . Problemas abertos dizem respeito à segurança de NIPoPoWs na configuração de dificuldade variável, mas também ao desenvolvimento de prova de prova de aposta (PoPoS). Um tópico com profundidade teórica significativa, bem como muitas aplicações práticas, lidar com esse problema pode gerar melhorias exponenciais no tempo que leva para sincronizar um cliente móvel. Ao mesmo tempo, permite a remoção de servidores centralmente confiáveis sem prejudicar o desempenho. O desenvolvimento de "clientes superleves" adequados também permite a construção de pontes cruzadas de cadeias confiáveis, sem a necessidade de federações confiáveis e colateralização excessiva.
2. Interoperabilidade. O número de correntes, moedas e protocolos continua crescendo e crescendo. Garantir que eles possam funcionar bem um com o outro tornou-se um problema central do espaço. Tornou-se claro que não haverá uma moeda para governar todos eles, mas várias moedas trabalhando em conjunto, cada uma oferecendo suas próprias características únicas. O desenvolvimento de um ecossistema de colaboração, no qual diferentes protocolos podem se comunicar e interagir de maneira segura e eficiente, é um desafio científico e de engenharia. Entre as cadeias principais, a comunicação deve ser feita entre as cadeias de prova de trabalho e de prova de estaca. Fazer uso de técnicas de bootstrapping para construir clientes cross-chain, mover dados da Camada 1 para a Camada 2 e voltar com rapidez e segurança, bem como comunicar-se entre o mundo real e o mundo da cadeia usando oráculos são questões centrais que se enquadram neste tópico.
3. Escalar On-chain . A rede principal funciona como a camada de liquidação e todas as partes fazem referência a ela para fins. Escalar essa camada tornou-se o principal desafio atual de nossa ciência. Existem vários meios pelos quais o dimensionamento pode ser alcançado. Com a fragmentação, um blockchain é dividido em vários subsistemas, cada um com seus próprios validadores. É difícil garantir que os validadores sejam alocados de maneira segura, mesmo contra um adversário adaptável. Outro meio é desenvolver estruturas de dados autenticadas que vão além do conceito de cadeias simples. De cadeias paralelas que se cruzam, a sistemas baseados em DAG, tais sistemas de consenso topologicamente exóticos são promissores.
4. Escalar Off-chain . O dimensionamento da infraestrutura da camada 1 de uma blockchain só pode nos levar até aqui. Para alcançar a escalabilidade desejada de um sistema monetário e de contrato global, a maioria das transações terá que ser movida para fora da cadeia principal. Existem muitas abordagens candidatas aqui. As cadeias laterais e a interoperabilidade entre elas permitiriam a criação de cadeias menores que podem tirar parte da carga. Os canais de pagamento e estaduais podem permitir a transação de grupos menores de pessoas fora da cadeia, mas também se desenvolvem de forma mais global à medida que as redes de pagamento e de canais são construídas no topo. Por último, rollups do tipo otimista e ZK tiveram uma adoção significativa no ano passado e são candidatos proeminentes para dimensionar os dados da cadeia.
5. Consenso. A base dos protocolos de cadeia é sempre um mecanismo de consenso apropriado. Temos protocolos de consenso que empregam prova de trabalho e prova de aposta, e muitos foram comprovados como seguros. Esses protocolos podem ser otimizados desde os primeiros princípios para obter melhor desempenho sem prejudicar a segurança? Questões como aumentar o tamanho dos blocos e a taxa de produção dos blocos, ou mudar a regra da cadeia mais longa, maioria desonesta temporária, bem como aplicar conceitos da teoria da informação, pertencem a esta área. Esta área também se refere à análise e consolidação dos protocolos de consenso existentes, desde a era do acordo bizantino até os complexos protocolos de consenso descentralizados de hoje. Por fim, também se refere ao desenvolvimento de ferramentas teóricas para auxiliar a compreensão e a educação em torno do consenso.
6. Verificação Formal. O desenvolvimento de novos protocolos é apenas um aspecto para garantir que sejam seguros. Além das ferramentas matemáticas do arsenal de criptografia, ferramentas da área de verificação formal podem ser usadas para garantir que ambas as provas matemáticas estejam corretas, através do uso de um verificador de prova, mas também que as implementações de software de tais protocolos realmente o façam siga o protocolo conforme pretendido. Muito intimamente ligado a esses conceitos está o desenvolvimento de linguagens de programação seguras para contratos inteligentes que se prestam a essas ferramentas.
7. DeFi. O ecossistema de contratos inteligentes está evoluindo para replicar todas as finanças tradicionais e muito mais. Muitos conceitos que já são possíveis em Finanças Descentralizadas (DeFi) são novos e nunca apareceram antes nas finanças tradicionais - como empréstimos rápidos e perpétuos. Outros derivativos financeiros, como opções e futuros, bem como instrumentos úteis, como seguros, folha de pagamento e empréstimos também estão sendo desenvolvidos. Esse campo muito novo levanta uma infinidade de questões em aberto em segurança, desde a composição do contrato até oráculos e valor extraível do minerador. Outra questão diz respeito à governança justa de todos esses protocolos - começando com nosso próprio DAO. Por último, a implantação e atualização adequadas desses contratos e do blockchain subjacente para oferecer suporte a novas versões continuam sendo um problema central.
8. Networking. O consenso do Blockchain normalmente modela a rede como uma máquina simplista. No entanto, o diabo está nos detalhes. Questões candentes, como obter justiça na ordem, com o envolvimento ou não de uma parte central de confiança, estão se tornando cada vez mais importantes. As compensações entre desempenho e segurança, redução da latência e aproveitamento total da largura de banda disponível são centrais aqui. Como em qualquer lugar, um adversário poderoso também pode interromper a rede, e as proteções contra divisões continuam sendo uma questão central. Mas, com um adversário mais frouxo, pode ser possível obter melhor eficiência. Eleger partidos dirigentes temporários também pode ajudar.
9. Economia. Os protocolos de consenso podem funcionar sob suposições honestas, mas como são incentivados? Em particular, o ganho financeiro de cada participante está alinhado com as propriedades e objetivos do protocolo de consenso? Isso diz respeito ao campo da teoria dos jogos, com muitas questões ainda em aberto. Os tópicos dizem respeito à formação de grupos, delegação de direitos de participação, resiliência da sibila e resiliência contra coalizões maliciosas. Em meio a tudo isso, surge o tópico de construir e governar uma política macroeconômica transparente, atualizá-la e controlar a oferta de moeda sem um banco central. Por fim, questões difíceis, como igualitarismo e distribuição justa de recompensas, também surgem, algumas delas com ramificações mais filosóficas e éticas do que inicialmente imaginávamos.
10. Privacidade. Blockchains são a primeira aplicação prática de provas de conhecimento zero, um conceito muito amado, se não idolatrado, em criptografia. A capacidade de realizar transações privadas que permitem a não rastreabilidade e desvinculação é um aspecto. A capacidade de ter contratos inteligentes totalmente privados e um estado de contrato inteligente, seja na camada 1 ou na camada 2, é uma meta muito mais difícil. Novos primitivos centrados em blockchain que permitem a criação de conhecimento zero de estacas e assinaturas são centrais para esses sistemas.
11. Segurança Útil. Mesmo se construirmos os sistemas perfeitos tecnicamente, no final nossos usuários são humanos. O estado atual dos sistemas blockchain é desconcertante: a maioria das carteiras verdadeiramente descentralizadas e outros softwares de usuário final dificilmente podem ser usados. Para piorar a situação, a irreversibilidade inerente dos sistemas de blockchain quase garante que pequenos erros possam ter efeitos devastadores nas contas dos usuários. O tópico de segurança utilizável diz respeito à interação humano / computador em sistemas blockchain, ajudando os usuários a entender o que está acontecendo em cada ponto no tempo. Ter carteiras fáceis de usar, carteiras sociais que não podem ser facilmente perdidas ou roubadas, autenticação multifator, limites de gastos razoáveis e carteiras de hardware fáceis são as principais questões aqui.
12. Comunidade. Embora os sistemas sejam projetados com a descentralização em mente, isso geralmente não é alcançado na prática. Para garantir a descentralização adequada, métricas concretas devem ser propostas e medições relevantes devem ser tomadas e experimentos conduzidos. As métricas de uso de piquetagem, mineração, rede e descentralização de nós nos permitem coletar essas estatísticas para avaliar se a descentralização foi alcançada e, se não, buscar formas de retificá-la.
13. Transparência. Novas instituições estão substituindo as antigas à medida que as finanças descentralizadas tomam forma. Os sistemas Blockchain e DAOs devem ser controlados pelo povo para o povo. Organizações centralizadas, como as bolsas, também devem ser responsabilizadas, mantendo a privacidade. Para garantir isso, a transparência regulatória deve ser assegurada através do desenvolvimento de provas que preservem a privacidade de ativos, passivos e solvência, bem como auditoria de transações fora da cadeia. As ferramentas para fazer isso com segurança e privacidade são um importante tópico de pesquisa.

Essas 13 áreas de pesquisa em Blockchain Science serão centrais nos próximos anos. O Harmony’s Research DAO irá financiar, apoiar e orientar a direção, de modo que os problemas fundamentais em todas essas áreas sejam enfrentados com rigor acadêmico e um olho para a aplicação.

Planos 2022

Em 2021 Q4 Dionysis Zindros liderará este DAO de pesquisa. Após a nomeação de 9 governadores, o Harmony enviará um financiamento inicial de $ 100K (levando a $ 1M no total até 2022) para um endereço multisig de Gnosis Safe mantido pelos governadores.

Governors & Deliverables

• Dionysis Zindros (em decrypto) –  em direção a estados logarítmicos: pontes baseadas em Flyclient / NiPoSPoS vs ZK-rollups vs segurança econômica de Interlay / XClaim, sincronização rápida de estado para mineração e resharding, carteiras sem chave com criptografia de testemunha baseada em rede;
• Dimitris Karakostas –  para apoiar 100 mil delegados: otimizações de delegações em cadeia do Harmony e recompensas compostas;
• Aaron Li – em direção à verificação formal de ponta a ponta: comprovar a segurança das carteiras baseadas em autenticador do Harmony em Coq, auditorias de contrato inteligentes em pontes Horizon para Ethereum e Bitcoin;
• Zeta Avarikioti – em direção à finalidade da transação de 1 segundo: determine o tamanho ideal do shard em relação à segurança de rede para nossa rede Proof-of-Stake, compare com Rapidchain e Instachain de Mahdi Zamani;
• Ivan Homoliak e Andrianna Polydouri – para carteiras baseadas em autenticador: segurança e desempenho de criptografia do lado do cliente, geração de árvore Merkle com senha única (OTP) e segurança de autenticador.