By Dionysis Zindros 🐼

Исследовательское ДАО Harmony это мозг экосистемы нашего блокчейна. Следуя общему вектору Harmony по направлению к открытости, прозрачности и децентрализации, исследовательские фонды ДАО Harmony выполняют свои исследовательские программы каждый день. Как любая децентрализованная автономная организация, исследовательское ДАО Harmony является независимым и принимает решения, основанные на ее основной миссии. В дополнение к основным фондам, предоставленным из казны Harmony, ДАО также фондируется ее членами, чтобы иметь возможность проводить исследования в соответствии с целями и на благо сообщества.

Миссия исследовательского ДАО Harmony – продвигать и спонсировать лучшие теоретические и прикладные научные исследования в сфере науки о блокчейне. Наше видение состоит в том, чтобы создать поле для науки о блокчейне как независимое и признаваемое всеми направление компьютерных наук, включающее в себя области криптографии, распределенных вычислений, безопасности, языков программирования, сетей и теории информации. Мы некоммерческое ДАО, чьей целью является продвижение данного подхода в целом. Мы набираем исследователей из разных сфер деятельности для проведения теоретически и прикладных исследований, которые смогут влиять позитивно не только на блокчейн Harmony в целом, но также на всю крипто экосистему. Так как Harmony создает блокчейн для взаимодействия между различными сетями, любая работа, которая помогает улучшить блокчейн в широком смысле этого слова, приветствуется сообществом.

Основным средством, с помощью которого ДАО продвигает свои цели, является финансирование:

1. Разработка исследовательских работ исследователями в данной области.
2. Проведение экспериментов, необходимых для проведения измерений и сбора эмпирических данных.
3. Реализация исследовательских направлений в коде, чтобы убедиться в их жизнеспособности.
4. Организация и участие в конференциях в области науки о блокчейне.

ДАО также способствует достижению своих целей, следя за последними разработками в исследованиях науки о блокчейне и определяя направление развития этой области, объявляя и проводя конкурсы, в которых определяются приоритеты исследований.

В центре принятия решений ДАО стоят его основные ценности:

1. Прозрачность. Решения о финансировании, логистика и бухгалтерские данные публикуются открыто. Любой желающий может ознакомиться с распределением капитала и целевым капиталом ДАО. Все финансируемые документы, конференции и проекты являются открытой информацией.
2. Открытость: Мы требуем, чтобы исследования, финансируемые ДАО, были свободны от патентов на программное обеспечение и публиковались под лицензией Creative Commons. Любое программное обеспечение, разработанное в сотрудничестве с ДАО, лицензируется под открытой лицензией (GPL, MIT, BSD или Apache). Мы также требуем, чтобы все работы, финансируемые ДАО, публиковались в открытых архивах, таких как ePrint и arXiv. Таким образом, экосистема Harmony, а также более широкая экосистема могут использовать результаты наших исследований.
3. Строгость. Мы ценим исследования, в которых соблюдается академическая строгость. Мы отдаем предпочтение работам, прошедшим рецензирование, и конференциям, которые придерживаются высоких академических стандартов добросовестного рецензирования, следуя двойному слепому процессу рецензирования. В настоящее время двумя основными рецензируемыми конференциями в области блокчейна являются Financial Cryptography (FC) и ACM Advances in Financial Technologies (AFT). Мы также нанимаем персонал на ведущих конференциях по безопасности и криптографии в этой области.
4. Влияние. Мы заботимся о публикации высококачественных, влиятельных статей, которые решают фундаментальные и сложные проблемы в данной области. Мы хотим, чтобы наши исследования помогали области двигаться вперед. Если проблема является центральной в данной области, выявлена широким научным сообществом и остается нерешенной, мы хотим ее решить. Мы особенно заинтересованы в проблемах, которые влияют на несколько различных блокчейн систем и область в целом.
5. Равенство. Мы финансируем исследования, которые следуют принципам шифропанк сообщества. Исследования, которые увеличивают возможности и благосостояние обычных людей, поддерживают менее обеспеченных из нас, уважают их частную жизнь, обеспечивают обмен и свободу информации и контента, а также повышают подотчетность организаций и правительств.

Исследовательское ДАО находится на пересечении трех областей компьютерной науки:

1. Криптография.Криптография связана с разработкой и анализом протоколов в присутствии злоумышленников. Являясь в значительной степени математической областью, она затрагивает как низкоуровневые примитивы, такие как подписи, схемы шифрования и доказательства с нулевым разглашением, так и протоколы более высокого уровня, такие как блокчейн, алгоритмы консенсуса и аутентифицированные структуры данных. Известными академическими конференциями в этой области являются CRYPTO и EUROCRYPT.
2. Безопасность. Безопасность - это прикладная область, которая обеспечивает защиту систем от злоумышленников. Если взять криптографию и применить ее к реальной инфраструктуре, то безопасные системы становятся устойчивыми к атакам и проверяют это эмпирически с помощью тестирования на проникновение. Они также проверяют это формально, используя формальные методы, и обеспечивают это на практике с помощью защищенных языков программирования, протоколов и API. Известными научными конференциями в этой области являются ACM CCS, IEEE S&P, USENIX Security и NDSS. Мероприятия сообщества - CCC и DEFCON. Промышленная конференция - Black Hat.
3. Распределенные вычисления. В сообществе известны просто как "децентрализация", эта область занимается разработкой протоколов, в которых несколько сторон координируют свои действия для достижения общей цели, такой как достижение консенсуса, не доверяя центральной третьей стороне. На протяжении всей своей истории эта область изучала Византийское соглашение и другие базовые алгоритмы консенсуса. Сегодня она возродилась с изобретением блокчейна. Известными научными конференциями в этой области являются ACM PODC и DISC.

Наука о Блокчейне занимает промежуточное место между всеми тремя направлениями: мы разрабатываем новую криптографию, чтобы сделать возможными системы блокчейнов; мы составляем криптографические примитивы для создания высокоуровневых систем безопасности; и мы создаем их таким образом, чтобы несколько сторон могли координировать свои действия для достижения общей цели без доверенной третьей стороны. Естественно, в игру вступают и другие области информатики и математики, включая конфиденциальность (с такими знаковыми конференциями, как PETS), теорию информации, языки программирования, сети и теорию игр.

Как новая область информатики, Наука о Блокчейне имеет много интересных и фундаментальных нерешенных проблем. В качестве исследовательской ДАО мы определили и будем искать решения в следующих сферах:

1. Бутстрэппинг. Речь идет о скорости и эффективности, с которой кошельки синхронизируются с остальной сетью. За последние несколько лет были достигнуты значительные успехи в быстрой синхронизации доказательств ставок (Proof-of-Stake) в блокчейне, включая работы по Non-Interactive Proofs of Proof-of-Work (NIPoPoWs) с использованием суперблоков, FlyClient,и майнинга в логарифмическом пространстве. Открытые проблемы касаются безопасности NIPoPoWs в условиях переменной сложности, а также разработки доказательств доказательства ставки (PoPoS). Эта тема имеет значительную теоретическую глубину, а также множество практических приложений. Решение этой проблемы может дать экспоненциальное улучшение времени, необходимого для синхронизации мобильного клиента. В то же время, это позволяет удалить централизованно доверенные серверы без ущерба производительности. Разработка надлежащих "сверхлегких клиентов" также позволяет строить беспроигрышные кросс-чейн мосты без необходимости в доверенных федерациях и чрезмерном обеспечении.
2. Взаимозаменяемость. Количество цепочек, монет и протоколов продолжает расти и расти. Обеспечение хорошего взаимодействия между ними стало центральной проблемой этого пространства. Стало ясно, что не будет одной монеты, которая будет править всеми, а будет множество монет, работающих в тандеме, каждая из которых предлагает свои уникальные возможности. Разработка экосистемы сотрудничества, в которой различные протоколы могут работать друг с другом и взаимодействовать безопасным и эффективным образом, является как научной, так и инженерной задачей. Связь между основными цепочками должна осуществляться цепями proof-of-work и proof-of-stake. Использование методов бутстрэппинга для создания межцепочечных клиентов, быстрое и безопасное перемещение данных с первого уровня на второй и обратно, а также связь между реальным миром и миром цепочек с использованием оракулов - основные вопросы, которые относятся к этой теме.
3. On-chain масштабирование. Основная цепочка функционирует как расчетный уровень, и все стороны ссылаются на нее для окончательного расчета. Масштабирование этого слоя стало главной задачей нашей науки. Существует несколько способов, с помощью которых может быть достигнуто масштабирование. При использовании шардинга блокчейн разделяется на несколько подсистем, каждая из которых имеет своих валидаторов. Обеспечить безопасное распределение валидаторов даже против адаптивного противника довольно сложно. Другим средством является разработка аутентифицированных структур данных, которые выходят за рамки концепции простых цепочек. От параллельных цепочек, которые перекрестно ссылаются друг на друга, до систем на основе DAG, такие топологически экзотические системы консенсуса полны перспектив.
4. Off-chain масштабирование. Масштабирование инфраструктуры первого уровня блокчейна может завести нас далеко. Для достижения желаемой масштабируемости глобальной денежной и контрактной системы большинство транзакций придется перенести за пределы основной цепи. Здесь существует множество возможных подходов. Сайдчейны и взаимодействие между ними позволят создать более мелкие цепочки, которые смогут взять на себя часть нагрузки. Платежные и государственные каналы могут позволить проводить транзакции небольших групп людей вне цепочки, но при этом развиваться более глобально по мере построения платежных и канальных сетей. И наконец, роллапы типа optimistic и ZK получили значительное распространение в прошлом году и являются яркими кандидатами на масштабирование данных вне цепочки.
5. Консенсус. Основой цепочных протоколов всегда является соответствующий механизм консенсуса. У нас есть протоколы консенсуса, использующие proof-of-work и proof-of-stake, и многие из них доказали свою безопасность. Можно ли оптимизировать эти протоколы для достижения лучшей производительности без ущерба для безопасности? К этой области относятся такие вопросы, как увеличение размеров блоков и скорости производства блоков, или изменение правила самой длинной цепи, временное нечестное большинство, а также применение концепций из теории информации. Эта область также относится к анализу и консолидации существующих протоколов консенсуса, начиная с эпохи византийского соглашения и заканчивая современными сложными децентрализованными протоколами консенсуса. И, наконец, это направление также относится к разработке теоретических инструментов, которые помогут в понимании и обучении консенсусу.
6. Формальная проверка. Разработка новых протоколов - это лишь один из аспектов обеспечения их безопасности. В дополнение к математическим инструментам, имеющимся в арсенале криптографии, можно использовать инструменты из области формальной верификации, чтобы убедиться в правильности математических доказательств с помощью программы проверки доказательств, а также в том, что программные реализации таких протоколов действительно следуют протоколу, как задумано. С этими концепциями очень тесно связана разработка безопасных языков программирования для смарт-контрактов, которые поддаются воздействию таких инструментов.
7. DeFi. Экосистема смарт-контрактов продолжает развиваться, чтобы повторить все традиционные финансы и даже больше. Многие концепции, которые уже возможны в Децентрализованных финансах (DeFi), являются новыми и никогда ранее не появлялись в традиционных финансах - например, флэш-кредиты и бессрочные контракты. Развиваются и другие финансовые деривативы, такие как опционы и фьючерсы, а также такие полезные инструменты, как страхование, зарплата и кредиты. Эта очень новая область поднимает множество открытых вопросов в сфере безопасности, начиная от состава контрактов, заканчивая оракулами и извлекаемой стоимостью. Еще один вопрос касается справедливого управления всеми этими протоколами - начиная с нашего собственного ДАО. Наконец, центральной проблемой остается правильное развертывание и обновление этих контрактов и базового блокчейна для поддержки новых версий.
8. Сеть. Блокчейн-консенсус обычно моделирует сеть как упрощенную машину. Однако дьявол кроется в деталях. Актуальные вопросы, такие как достижение справедливости порядка, с участием или без участия центральной доверенной стороны, становятся все более важными. Компромиссы между производительностью и безопасностью, снижение задержки и использование всех преимуществ доступной пропускной способности являются центральными. Как и везде, сильный противник также может нарушить работу сети, и защита от разделения остается главным вопросом. Но при более слабом противнике можно добиться большей эффективности. Избрание временных ведущих партий также может помочь.
9. Экономика. Протоколы консенсуса могут работать при честных предположениях, но как они стимулируются? В частности, соответствует ли финансовая выгода каждого участника свойствам и целям протокола консенсуса? Это затрагивает область теории игр, и многие вопросы остаются открытыми. Темы касаются формирования пула, делегирования прав участия, устойчивости сибилы и устойчивости к злонамеренным коалициям. Посреди всего этого возникает тема построения и управления прозрачной макроэкономической политикой, ее модернизации и контроля денежной массы без центрального банка. Наконец, возникают такие сложные вопросы, как эгалитаризм и справедливое распределение вознаграждений, некоторые из которых имеют более философские и этические последствия, чем мы могли себе представить.
10. Приватность. Блокчейн - это первое практическое применение доказательств нулевого разглашения, очень любимой, если не сказать боготворимой концепции в криптографии. Возможность осуществлять частные транзакции, которые позволяют достичь неотслеживаемости и несвязанности, является одним из аспектов. Возможность иметь полностью приватные смарт-контракты и состояние смарт-контракта, как на первом, так и на втором уровне, является гораздо более сложной задачей. Новые примитивы, ориентированные на блокчейн, которые позволяют создавать кол и подписи без знания, являются центральными для этих систем.
11. Практическая безопасность. Даже если мы создадим идеальные системы с технической точки зрения, в конечном итоге наши пользователи это люди. Текущее положение дел в системах блокчейн вызывает обеспокоенность: Большинство действительно децентрализованных кошельков и других программ для конечных пользователей практически не пригодны для использования. Что еще хуже, необратимость, присущая системам блокчейн, практически гарантирует, что небольшие ошибки могут иметь разрушительные последствия для счетов пользователей. Практическая безопасность касается взаимодействия человека и компьютера в системах блокчейн, помогая пользователям понять, что происходит в каждый момент времени. Наличие простых в использовании кошельков, социальных кошельков, которые невозможно легко потерять или украсть, многофакторная аутентификация, разумные лимиты расходов и простые аппаратные кошельки - вот ключевые вопросы.
12. Сообщество. Хотя системы разрабатываются с учетом децентрализации, на практике это часто не достигается. Чтобы обеспечить надлежащую децентрализацию, необходимо предложить конкретные метрики, провести соответствующие измерения и эксперименты. Используемые метрики по стэкингу, майнингу, сети и децентрализации узлов позволяют нам собирать статистику, чтобы оценить, достигнута ли децентрализация, и, если нет, искать пути исправления ситуации.
13. Прозрачность. По мере становления децентрализованных финансов на смену старым институтам приходят новые. Системы блокчейн и ДАО должны управляться людьми для людей. Централизованные организации, такие как биржи, также должны быть подотчетны, сохраняя при этом конфиденциальность. Для этого необходимо обеспечить прозрачность регулирования путем разработки privacy-preserving proofs активов, обязательств и платежеспособности, а также аудита транзакций вне цепочки. Инструменты, позволяющие делать это безопасно и конфиденциально, являются важной темой исследований.

Эти 13 областей исследований в Науке о Блокчейне будут центральными в течение следующих нескольких лет. Исследовательский ДАО Harmony будет финансировать, поддерживать и определять направление, чтобы фундаментальные проблемы во всех этих областях решались с академической строгостью и с прицелом на применение.

Планы на 2022 год

В четвертом квартале 2021 года Дионисис Зиндрос возглавит исследовательскую ДАО. После назначения 9 хранителей Harmony отправит $100K начального финансирования (до $1M в целом к 2022 году) на мультисиг-адрес Гносиса Safe, управляемый хранителями.

Хранители и Практические Результаты

• Дионисис Зиндрос с decrypto - логарифмические состояния: Мосты на базе Flyclient/NiPoSPoS против ZK-роллапов против экономической безопасности Interlay/XClaim, быстрая синхронизация состояний для майнинга и решардинга, бесключевые кошельки с шифрованием свидетелей на основе решетки;
• Димитрис Каракостас - поддержка 100 тысяч делегаторов: оптимизация внутрицепочечных делегаций Harmony и компаундирование вознаграждений;
• Аарон Лик сквозная формальная верификация: доказательство безопасности кошельков Harmony на основе аутентификаторов в Coq, аудит смарт-контрактов на мостах Horizon для Ethereum и Bitcoin;
• Зэта Аварикиоти - 1-секундное завершение транзакций: определение оптимального размера шарда с учетом безопасности сети для нашей сети Proof-of-Stake, сравнение с Rapidchain и Instachain от Махди Замани;
• Иван Гомоляк и Андрианна Полидури - кошельки на основе аутентификаторов: безопасность и производительность шифрования на стороне клиента, генерация Merkle-дерева одноразовых паролей (OTP) и безопасность аутентификаторов.