Par Dionysis Zindros 🐼

La DAO Harmony Research est la branche recherche de l'écosystème Harmony. Conformément à la vision d'Harmony en matière d'ouverture, de transparence et de décentralisation, Harmony finance la DAO de recherche afin de remplir ses objectifs de recherche. En tant qu'organisation autonome décentralisée, la DAO de recherche Harmony est indépendante et prend des décisions en fonction de sa propre mission. En plus des fonds initiaux fournis par la trésorerie d'Harmony, la DAO est également financée par ses propres membres pour aider à orienter les directions de recherche qui bénéficieront à la communauté.

La mission de la DAO Harmony Research est de promouvoir et de financer des recherches théoriques et appliquées d'excellente qualité, évaluées par des pairs, dans le domaine de la science des blockchains. Notre vision est d'établir le domaine de la science de la blockchain comme un domaine indépendant et reconnu de l'informatique, couvrant les domaines de la cryptographie, de l'informatique distribuée, de la sécurité, des langages de programmation, des réseaux et de la théorie de l'information. Nous sommes une DAO à but non lucratif dont l'objectif est d'améliorer le domaine dans son ensemble. Nous recrutons des chercheurs dans une multitude de domaines pour mener des recherches théoriques et appliquées qui auront un impact positif sur la blockchain Harmony elle-même, mais aussi sur l'écosystème blockchain au sens large. Puisque Harmony vise à créer un réseau d'interopérabilité entre toutes les chaînes, tout travail qui contribue à améliorer la communauté blockchain au sens large est le bienvenu.

Le principal moyen par lequel la DAO promeut ses objectifs est à travers le financement de :

1. L'élaboration de documents de recherche par des chercheurs dans le domaine.
2. La réalisation d'expériences nécessaires pour prendre des mesures et recueillir des données empiriques.
3. La mise en œuvre des orientations de recherche en code pour vérifier leur viabilité.
4. L'organisation et la participation à des conférences dans le domaine de la science des blockchains.

La DAO promeut également ses objectifs en se tenant au courant des derniers développements de la recherche sur la science de la blockchain et en orientant la direction du domaine en faisant des annonces et en organisant des concours dans lesquels les priorités de recherche sont établies.

Les valeurs fondamentales de la DAO sont au cœur du processus décisionnel :

1. Transparence. Les décisions de financement, la logistique et les données comptables sont publiées ouvertement. Tout le monde peut consulter l'allocation de capital et la dotation de la DAO. Tous les articles, conférences et projets financés sont des informations publiques.
2. Ouverture. Nous exigeons que les recherches financées par le DAO soient exemptes de brevets logiciels et publiées sous une licence de création commune. Tout logiciel développé en collaboration avec le DAO est sous licence ouverte (GPL, MIT, BSD ou Apache). Nous exigeons également que tous les articles financés par le DAO soient publiés dans des archives ouvertes telles que ePrint et arXiv. De cette manière, l'écosystème Harmony, mais aussi l'écosystème plus large peuvent utiliser les résultats de nos recherches.
3. Rigueur. Nous apprécions les recherches qui respectent la rigueur académique. Nous donnons la priorité aux articles évalués par des pairs et aux conférences qui adhèrent à des normes universitaires élevées d'intégrité de l'évaluation par les pairs, en suivant le processus d'évaluation par les pairs en double aveugle. Les deux principales conférences évaluées par des pairs dans le domaine de la blockchain sont actuellement Financial Cryptography (FC) et ACM Avancée dans les technologies financières (AFT). Nous recrutons également des travaux dans les principales conférences sur la sécurité et la cryptographie dans ce domaine.
4. Impact. Nous tenons à publier des articles de grande qualité et à fort impact, qui résolvent des problèmes fondamentaux et difficiles dans le domaine. Nous voulons que nos recherches aident le domaine à progresser. Si un problème est central dans le domaine, a été identifié par la communauté de recherche au sens large et reste non résolu, nous voulons nous y attaquer. Nous sommes particulièrement intéressés par les problèmes qui ont un impact sur plusieurs systèmes blockchain différents et sur le domaine en général.
5. L'égalité. Nous finançons des recherches qui suivent les principes de la communauté cypherpunk. Des recherches qui augmentent le pouvoir et le bien-être des gens ordinaires, soutiennent les moins fortunés d'entre nous, respectent leur vie privée, permettent le partage et la liberté d'information et de contenu, et augmentent la responsabilité des organisations et des gouvernements.

La DAO de recherche se trouve à l'intersection de trois domaines de l'informatique :

1. Cryptographie. La cryptographie concerne la conception et l'analyse de protocoles en présence d'adversaires. Il s'agit d'un domaine fortement mathématique, qui concerne à la fois des primitives de bas niveau telles que les signatures, les schémas de chiffrement et les preuves à zéro connaissance, et des protocoles de plus haut niveau tels que les blockchains, les algorithmes de consensus et les structures de données authentifiées. Les conférences universitaires les plus importantes dans ce domaine sont CRYPTO et EUROCRYPT.
2. La sécurité. La sécurité est le domaine appliqué qui garantit que les systèmes sont protégés contre les attaquants. En prenant la cryptographie et en la déployant dans une infrastructure du monde réel, les systèmes sécurisés sont résistants aux attaques et le vérifient empiriquement par des tests de pénétration. Ils le vérifient également de manière formelle à l'aide de méthodes formelles et le garantissent en pratique avec des langages de programmation, des protocoles et des API renforcés. Les conférences universitaires les plus importantes dans ce domaine sont ACM CCS, IEEE S&P, USENIX Security, et NDSS. Les événements communautaires sont la CCC et DEFCON. Une conférence industrielle est Black Hat.
3. Informatique distribuée. Dans la communauté parfois appelée simplement "décentralisation", ce domaine consiste à concevoir des protocoles dans lesquels plusieurs parties se coordonnent pour atteindre un objectif commun, tel qu'un consensus, sans faire confiance à un tiers central. Au cours de son histoire, ce domaine a exploré l'accord byzantin et d'autres algorithmes de consensus de base. Aujourd'hui, il a été relancé avec l'invention de la blockchain. Les conférences universitaires les plus importantes dans ce domaine sont ACM PODC et DISC.

La science des blockchains se situe entre les trois : nous développons de nouvelles cryptographies pour rendre les systèmes de blockchains possibles ; nous composons des primitives cryptographiques pour construire des systèmes sécurisés de haut niveau ; et nous les construisons de telle sorte que plusieurs parties puissent se coordonner pour atteindre un objectif commun sans tiers de confiance. Naturellement, d'autres domaines de l'informatique et des mathématiques entrent également en jeu, notamment la protection de la vie privée (avec des conférences marquantes comme le PETS), la théorie de l'information, les langages de programmation, les réseaux et la théorie des jeux.

En tant que nouveau domaine de l'informatique, la science de la blockchain présente de nombreux problèmes intéressants et fondamentaux en suspens. En tant que DAO de recherche, nous avons identifié et chercherons des solutions dans les domaines suivants :

1. Amorçage (bootstrapping). Il s'agit de la vitesse et de l'efficacité avec lesquelles les portefeuilles se synchronisent avec le reste du réseau. Des avancées significatives ont été réalisées ces dernières années sur le sujet de la synchronisation rapide dans les blockchains proof-of-stake, notamment les travaux sur Non-Interactive Proofs of Proof-of-Work (NIPoPoWs) utilisant des superblocks, FlyClient, et le minage en espace logarithmique. Les problèmes en suspens concernent la sécurité des NIPoPoWs dans le cadre d'une difficulté variable, mais aussi le développement de preuves d'enjeu (PoPoS). Un sujet avec une profondeur théorique significative ainsi que de nombreuses applications pratiques, s'attaquer à ce problème peut apporter des améliorations exponentielles dans le temps qu'il faut pour synchroniser un client mobile. En même temps, elle permet de supprimer les serveurs de confiance centralisés sans nuire aux performances. Le développement de "clients super légers" adéquats permet également de créer des ponts inter-chaînes sans confiance, sans avoir besoin de fédérations de confiance et de surcollatéralisation.
2. L'interopérabilité (interoperability). Le nombre de chaînes, de pièces et de protocoles ne cesse de croître. Faire en sorte qu'ils puissent fonctionner ensemble est devenu un problème central de l'espace. Il est devenu évident qu'il n'y aura pas une seule pièce pour les gouverner toutes, mais plusieurs pièces travaillant en tandem, chacune offrant ses propres caractéristiques uniques. Le développement d'un écosystème de collaboration, dans lequel différents protocoles peuvent se parler et interagir de manière sûre et performante, est un défi à la fois scientifique et technique. Entre les principales chaînes, la communication doit se faire entre les chaînes proof-of-work et les chaînes proof-of-stake . L'utilisation de techniques d'amorçage pour construire des clients inter-chaînes, le transfert rapide et sécurisé de données de la couche 1 à la couche 2 et inversement, ainsi que la communication entre le monde réel et le monde des chaînes à l'aide d’oracles sont des questions centrales qui relèvent de ce sujet.
3. Mise à l'échelle sur la chaîne (On-Chain Scaling). La chaîne principale fonctionne comme la couche de règlement et toutes les parties y font référence pour la finalité. La mise à l'échelle de cette couche est devenue le principal défi actuel de notre science. Il existe plusieurs moyens de réaliser cette mise à l'échelle. Avec le sharding, une blockchain est divisée en plusieurs sous-systèmes, chacun avec ses propres validateurs. Il est difficile de garantir que les validateurs sont alloués de manière sécurisée, même contre un adversaire adaptatif. Un autre moyen consiste à développer des structures de données authentifiées qui vont au-delà du concept de simples chaînes. Des chaînes parallèles qui se référencent entre-elles, aux systèmes basés sur des DAG, ces systèmes de consensus topologiquement exotiques sont très prometteurs.
4. Mise à l'échelle hors chaîne (Off-chain scaling). Pour atteindre l'évolutivité souhaitée d'un système monétaire et contractuel mondial, la plupart des transactions devront être déplacées hors de la chaîne principale. Il existe de nombreuses approches possibles à cet égard. Les chaînes latérales et l'interopérabilité entre elles permettraient la création de chaînes plus petites qui peuvent prendre en charge une partie de la charge. Les canaux de paiement et d'état peuvent permettre la transaction de petits groupes de personnes en dehors de la chaîne, mais aussi se développer plus globalement à mesure que les réseaux de paiement et de canaux sont construits par-dessus. Enfin, les rollups de type optimistic et ZK ont été adoptés de manière significative l'année dernière et sont des candidats de premier plan pour la mise à l'échelle des données hors de la chaîne.
5. Consensus. La base des protocoles de chaîne est toujours un mécanisme de consensus approprié. Nous disposons de protocoles de consensus utilisant la preuve de travail (Proof-of-Work) et la preuve d'enjeu (Proof-of-Stake), et il a été prouvé que nombre d'entre eux sont sûrs. Ces protocoles peuvent-ils être optimisés à partir des premiers principes pour obtenir de meilleures performances sans nuire à la sécurité ? Des questions telles que l'augmentation de la taille des blocs et du taux de production des blocs, ou la modification de la règle de la plus longue chaîne, la majorité malhonnête temporaire, ainsi que l'application de concepts de la théorie de l'information relèvent de ce domaine. Ce domaine concerne également l'analyse et la consolidation des protocoles de consensus existants, de l'ère des accords byzantins aux protocoles de consensus décentralisés complexes d'aujourd'hui. Enfin, il concerne également le développement d'outils théoriques pour aider à la compréhension et à l'éducation autour du consensus.
6. La vérification formelle. Le développement de nouveaux protocoles n'est qu'un aspect de leur sécurisation. En plus des outils mathématiques de l'arsenal de la cryptographie, des outils du domaine de la vérification formelle peuvent être utilisés pour s'assurer que les preuves mathématiques sont correctes, grâce à l'utilisation d'un vérificateur de preuves, mais aussi que les implémentations logicielles de ces protocoles suivent réellement le protocole comme prévu. Le développement de langages de programmation sécurisés pour les contrats intelligents, qui se prêtent à de tels outils, est étroitement lié à ces concepts.
7. Finance Décentralisée (DeFi). L'écosystème des contrats intelligents évolue pour reproduire l'ensemble de la finance traditionnelle, et même au-delà. De nombreux concepts qui sont déjà possibles dans la Finance décentralisée (DeFi) sont nouveaux et ne sont jamais apparus auparavant dans la finance traditionnelle - comme les prêts flash et les perpetuals. D'autres dérivés financiers tels que les options et les contrats à terme, ainsi que des instruments utiles tels que les assurances, les salaires et les prêts, sont également en cours de développement. . Ce domaine très nouveau soulève une pléthore de questions ouvertes en matière de sécurité, de la composition des contrats aux oracles et à la valeur extractible par les mineurs. Une autre question concerne la gouvernance équitable de tous ces protocoles - à commencer par notre propre DAO. Enfin, le déploiement et la mise à niveau appropriés de ces contrats et de la blockchain sous-jacente pour supporter les nouvelles versions restent un problème central.
8. Mise en réseau (Networking). Le consensus blockchain modélise généralement le réseau comme une machine simpliste. Cependant, le diable se cache dans les détails. Les questions brûlantes, telles que la réalisation de l'équité des ordres, avec l'implication ou non d'un organe centralisé de confiance, deviennent de plus en plus importantes. Les compromis entre les performances et la sécurité, la réduction de la latence et l'exploitation optimale de la bande passante disponible sont essentiels. Comme partout ailleurs, un adversaire puissant peut aussi être capable de perturber le réseau, et les protections contre les scissions restent une question centrale. Mais avec un adversaire plus laxiste, une meilleure efficacité peut être possible. L'élection de partis leaders temporaires peut également aider.
9. Économie. Les protocoles de consensus peuvent fonctionner sous des hypothèses honnêtes, mais comment sont-ils incités ? En particulier, le gain financier de chaque participant est-il aligné sur les propriétés et les objectifs du protocole de consensus ? Cela touche au domaine de la théorie des jeux, avec de nombreuses questions qui restent ouvertes. Les sujets concernent la formation des pools, la délégation des droits de participation, la résilience des sybiles et la résilience contre les coalitions malveillantes. Au milieu de tout cela vient le sujet de la construction et de la gouvernance d'une politique macroéconomique transparente, de sa mise à niveau et du contrôle de la masse monétaire sans banque centrale. Enfin, des questions difficiles, telles que l'égalitarisme et la répartition équitable des récompenses, se posent également, certaines d'entre elles ayant des ramifications philosophiques et éthiques plus importantes que nous ne l'avions imaginé au départ.
10. La vie privée. Les blockchains sont la première application pratique des preuves à connaissance zéro, un concept très apprécié, sinon idolâtré, en cryptographie. La possibilité d'effectuer des transactions privées qui permettent la non-traçabilité et la non-liabilité est un aspect. La possibilité d'avoir des contrats intelligents privées et des états de contrats intelligents, que ce soit sur la couche 1 ou sur la couche 2, est un objectif beaucoup plus difficile à atteindre. Les nouvelles primitives centrées sur les blockchains, qui permettent la création d'enjeux et de signatures à connaissance nulle, sont essentielles à ces systèmes.
11. Une sécurité utilisable. Même si nous construisons des systèmes parfaits sur le plan technique, au bout du compte, nos utilisateurs sont des humains. L'état actuel des choses dans les systèmes de blockchain est déconcertant : La plupart des portefeuilles véritablement décentralisés et autres logiciels destinés aux utilisateurs finaux sont à peine utilisables. Pour aggraver les choses, l'irréversibilité inhérente aux systèmes blockchain garantit que de petites erreurs peuvent avoir des effets dévastateurs sur les comptes des utilisateurs. Le thème de la sécurité utilisable concerne l'interaction homme/ordinateur dans les systèmes de blockchain, en aidant les utilisateurs à comprendre ce qui se passe à chaque instant. Des portefeuilles faciles à utiliser, des portefeuilles sociaux qui ne peuvent pas être facilement perdus ou volés, une authentification multifactorielle, des limites de dépenses raisonnables et des portefeuilles matériels faciles à utiliser sont des questions clés ici.
12. La communauté. Bien que les systèmes soient conçus dans l'optique d'une décentralisation, celle-ci n'est souvent pas réalisée dans la pratique. Pour assurer une décentralisation adéquate, des métriques concrètes doivent être proposées et des mesures pertinentes doivent être prises et des expériences menées. Les métriques d'utilisation du staking, l'exploitation minière, la décentralisation des réseaux et des nœuds nous permettent de collecter de telles statistiques afin d'évaluer si la décentralisation a été réalisée et, dans le cas contraire, de chercher des moyens d'y remédier.
13. La transparence. De nouvelles institutions remplacent les anciennes à mesure que la finance décentralisée prend forme. Les systèmes de blockchain et les DAO doivent être gouvernés pour le peuple par le peuple. Les organisations centralisées telles que les bourses doivent également être tenues responsables, tout en préservant la vie privée. Pour cela, il faut assurer la transparence réglementaire en développant des preuves d'actif, de passif et de solvabilité préservant la vie privée, ainsi que l'audit des transactions hors chaîne. Les outils permettant de le faire de manière sécurisée et privée constituent un sujet de recherche important.

Ces 13 domaines de recherche dans la science de la blockchain seront au cœur des prochaines années. Le DAO de recherche d'Harmony financera, soutiendra et orientera la direction, afin que les problèmes fondamentaux dans tous ces domaines soient abordés avec une rigueur académique et un œil sur les applications.

Plans 2022

En 2021 Q4 Dionysis Zindros dirigera cette DAO de recherche. Après la nomination de 9 gouverneurs, Harmony enverra un financement initial de 100K$ (menant à 1M$ au total en 2022) à l'adresse multisig d'un coffre-fort Gnosis détenu par les gouverneurs.

Gouverneurs et résultats attendus

• Dionysis Zindros (à decrypto) - vers des états logarithmiques : Ponts basés sur Flyclient/NiPoSPoS vs ZK-rollups vs sécurité économique d'Interlay/XClaim, synchronisation rapide des états pour le minage et le resharding, portefeuilles sans clé avec cryptage des témoins basé sur le treillis;
• Dimitris Karakostas - vers le support de 100k délégués : optimisations des délégations sur la chaîne d'Harmony et des récompenses composées ;;
• Aaron Li - vers une vérification formelle de bout en bout : prouver la sécurité des portefeuilles basés sur l'authentification de Harmony en Coq, audits de contrats intelligents sur les ponts Horizon pour Ethereum et Bitcoin;
• Zeta Avarikioti - vers la finalité des transactions en 1 seconde : déterminer la taille optimale des shards par rapport à la sécurité du réseau pour notre réseau Proof-of-Stake, comparer avec Rapidchain et Instachain de Mahdi Zamani ;
• Ivan Homoliak & Andrianna Polydouri - vers des portefeuilles basés sur des authentificateurs : sécurité et performance du cryptage côté client, génération d'un arbre de Merkle pour un mot de passe à usage unique (OTP) et sécurité des authentificateurs.