By Dionysis Zindros/ F.Geßner Übersetzung 🐼

Die Harmony Research DAO ist der Forschungs Zweig des Harmony Ökosystems. Gemäß der Vision von Harmony in Richtung Offenheit, Transparenz und Dezentralisierung finanziert Harmony die Research DAO, um seine Forschungsziele zu erreichen. Als dezentrale autonome Organisation ist die Harmony Research DAO unabhängig und trifft Entscheidungen auf der Grundlage ihrer eigenen Mission. Zusätzlich zu den Anfangsmitteln, die von der Harmony-Schatzkammer bereitgestellt werden, wird die DAO auch von ihren eigenen Mitgliedern finanziert, um dabei zu helfen, die Forschung in eine Richtung zu lenken, die der Gemeinschaft zugute kommen.

Die Mission der Harmony Research DAO ist die Förderung und Finanzierung von theoretischer und angewandter Peer-Review-Forschung von exzellenter Qualität im Bereich der Blockchain-Wissenschaft. Unsere Vision ist es, das Gebiet der Blockchain-Wissenschaft als eigenständiges und anerkanntes Gebiet in der Informatik zu etablieren, das sich über die Bereiche Kryptographie, verteiltes Rechnen, Sicherheit, Programmiersprachen, Netzwerke und Informationstheorie erstreckt. Wir sind eine gemeinnützige DAO, deren Ziel die Verbesserung des Feldes als Ganzes ist. Wir rekrutieren Forscher aus einer Vielzahl von Bereichen, um theoretische und angewandte Forschung zu betreiben, die sich positiv auf die Harmony-Blockchain selbst, aber auch auf das breitere Blockchain-Ökosystem auswirken wird. Da es bei Harmony darum geht, ein Interoperabilitätsnetzwerk zwischen allen Chains zu schaffen, ist jede Arbeit willkommen, die zur Verbesserung der breiteren Blockchain-Gesellschaft beiträgt.

Das wichtigste Mittel, mit dem die DAO ihre Ziele fördert, ist die Finanzierung:

1. Die Entwicklung von Forschungsarbeiten durch Forscher auf diesem Gebiet.
2. Durchführung von Experimenten, die zur Durchführung von Messungen und Erhebung empirischer Daten erforderlich sind.
3. Die Implementierung von Forschungsrichtungen in Code, um ihre Realisierbarkeit zu ermitteln.
4. Die Organisation von und Teilnahme an Konferenzen im Bereich Blockchain Science.

Die DAO fördert ihre Ziele auch, indem sie sich über die neuesten Entwicklungen in der Forschung zur Blockchain-Wissenschaft auf dem Laufenden hält und die Richtung des Feldes lenkt, indem sie Ankündigungen macht und Wettbewerbe durchführt, in denen Forschungsprioritäten festgelegt werden.

Im Mittelpunkt der Entscheidungsfindung der DAO stehen ihre Grundwerte:

1. Transparenz. Förderentscheidungen, Logistik- und Abrechnungsdaten werden offen veröffentlicht. Jeder kann die Kapitalallokation und die Ausstattung der DAO überprüfen. Alle geförderten Papiere, Konferenzen und Projekte sind öffentliche Informationen.
2. Offenheit. Wir verlangen, dass die von der DAO finanzierte Forschung frei von Softwarepatenten ist und unter einer Creative Commons-Lizenz veröffentlicht wird. Jegliche Software, die in Zusammenarbeit mit der DAO entwickelt wurde, ist unter einer offenen Lizenz (GPL, MIT, BSD oder Apache) lizenziert. Wir verlangen auch, dass alle von der DAO finanzierten Arbeiten in offenen Archiven wie ePrint und arXiv veröffentlicht werden. Auf diese Weise kann das Harmony-Ökosystem, aber auch das breitere Ökosystem, unsere Forschungsergebnisse nutzen.
3. Strenge. Wir legen Wert auf Forschung, die der akademischen Strenge folgt. Wir priorisieren Artikel, die einem Peer-Review unterzogen werden, und Konferenzen, die den hohen akademischen Standards der Peer-Review-Integrität entsprechen, und folgen dem Double-Blind-Prozess des Peer-Reviews. Die beiden wichtigsten Peer-Review-Konferenzen im Blockchain-Bereich sind derzeit Financial Cryptography (FC) und die ACM Advances in Financial Technologies (AFT). Wir rekrutieren auch Arbeiten in der Top-Sicherheits- und Kryptografiekonferenzen auf diesem Gebiet.
4. Einfluss. Wir legen Wert darauf, qualitativ hochwertige, wirkungsvolle Artikel zu veröffentlichen, die grundlegende und schwierige Probleme auf diesem Gebiet lösen. Wir wollen, dass unsere Forschung das Feld voranbringt. Wenn ein Problem auf dem Gebiet von zentraler Bedeutung ist, von der breiteren Forschungsgemeinschaft identifiziert wurde und ungelöst bleibt, wollen wir es angehen. Wir interessieren uns besonders für Probleme, die mehrere verschiedene Blockchain-Systeme und das gesamte Feld betreffen.
5. Gleichberechtigung. Wir finanzieren Forschung, die den Prinzipien der Cypherpunk-Community folgt. Forschung, die die Macht und das Wohlbefinden der gewöhnlichen Menschen steigert, die weniger wohlhabenden unter uns unterstützt, ihre Privatsphäre respektiert, den Austausch und die Freiheit von Informationen und Inhalten ermöglicht und die Rechenschaftspflicht von Organisationen und Regierungen erhöht.

Die Research DAO steht an der Schnittstelle von drei Bereichen der Informatik:

1. Kryptographie. Kryptografie befasst sich mit dem Entwurf und der Analyse von Protokollen in Gegenwart von Kontrahenten. Als stark mathematisches Gebiet berührt es sowohl einfache Grundelemente wie Signaturen, Verschlüsselungsschemata und Zero-Knowledge-Beweise als auch Protokolle auf höherer Ebene wie Blockchains, Konsensalgorithmen und authentifizierte Datenstrukturen. Prominente akademische Konferenzen auf diesem Gebiet sind CRYPTO and EUROCRYPT.
2. Sicherheit. Sicherheit ist das angewandte Feld, das sicherstellt, dass Systeme vor Angreifern geschützt sind. Wenn Kryptografie verwendet und in der realen Infrastruktur bereitgestellt wird, sind sichere Systeme widerstandsfähig gegen Angriffe und überprüfen dies empirisch durch Penetrationstests. Sie prüfen dies auch formal mit formalen Methoden und stellen dies in der Praxis mit gehärteten Programmiersprachen, Protokollen und APIs sicher. Prominente akademische Konferenzen auf diesem Gebiet sind ACM CCS, IEEE S&P, USENIX Security, und NDSS. Community-Events sind die CCC und DEFCON. Eine Industriekonferenz ist Black Hat.
3. Verteiltes Rechnen. In der Gemeinschaft manchmal einfach als „Dezentralisierung“ bezeichnet. In diesem Bereich geht es um das Entwerfen von Protokollen, in denen sich mehrere Parteien koordinieren, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen, z. B. das Erreichen eines Konsenses, ohne einem zentralen Dritten zu vertrauen. Im Laufe seiner Geschichte hat sich das Feld mit dem byzantinischen Abkommen und anderen grundlegenden Konsensalgorithmen befasst. Heute wurde es mit der Erfindung der Blockchain wiederbelebt. Prominente akademische Konferenzen auf diesem Gebiet sind ACM PODC and DISC.

Blockchain Wissenschaft steht zwischen allen dreien: Wir entwickeln neue Kryptographie, um Blockchain-Systeme möglich zu machen; wir komponieren kryptografische Primitive, um hochgradig sichere Systeme zu bauen; und wir bauen sie so auf, dass sich mehrere Parteien koordinieren können, um ein gemeinsames Ziel ohne einen vertrauenswürdigen Dritten zu erreichen. Natürlich kommen auch andere Bereiche der Informatik und Mathematik ins Spiel, einschließlich Datenschutz (mit wegweisenden Konferenzen wie z.B. PETS), Informationstheorie, Programmiersprachen, Netzwerke und Spieltheorie.

Als neues Gebiet der Informatik hat die Blockchain-Wissenschaft viele interessante und grundlegende offene Probleme. Als Research DAO haben wir Lösungen für die folgenden Bereiche identifiziert und werden diese weiterverfolgen:

1. Bootstrapping. Dies betrifft die Geschwindigkeit und Effizienz, mit der sich Wallets mit dem Rest des Netzwerks synchronisieren. Beim Thema schnelle Synchronisierung in Proof-of-Stake-Blockchains hat es in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gegeben, darunter auch die Arbeiten an Non-Interactive Proofs of Proof-of-Work (NIPoPoWs) verwenden superblocks, FlyClient, und logarithmic space mining. Offene Probleme betreffen die Sicherheit von NIPoPoWs im variablen Schwierigkeitsgrad, aber auch die Entwicklung von Proof-of-Stake (PoPoS). Ein Thema mit erheblicher theoretischer Tiefe sowie vielen praktischen Anwendungen. Die Bewältigung dieses Problems kann zu exponentiellen Verbesserungen der Zeit führen, die zum Synchronisieren eines mobilen Klienten benötigt wird. Gleichzeitig ermöglicht es das Entfernen zentraler vertrauenswürdiger Server ohne Leistungseinbußen. Die Entwicklung geeigneter „Superlight-Clients“ ermöglicht auch den Aufbau vertrauenswürdiger Cross-Chain-Brücken, ohne dass vertrauenswürdige Föderationen und Übersicherung erforderlich sind.
2. Interoperabilität. Die Anzahl der Chains, Münzen und Protokolle wächst und wächst. Dass diese gut miteinander spielen können, ist zu einem zentralen Problem geworden. Es ist klar geworden, dass es nicht eine Münze geben wird, die sie alle beherrscht, sondern mehrere Münzen, die zusammenarbeiten und jeweils ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften bieten. Die Entwicklung eines Ökosystems der Zusammenarbeit, in dem verschiedene Protokolle miteinander kommunizieren und sicher und performant interagieren können, ist sowohl eine wissenschaftliche als auch eine technische Herausforderung. Zwischen Hauptketten muss die Kommunikation zwischen proof-of-work und proof-of-stake Ketten erfolgen. Durch Nutzung von Bootstrapping-Techniken zum Aufbau von Cross-Chain-Clients, Verschieben von Daten von Layer 1 zu Layer 2, schnell und sicher sowie Kommunikation zwischen der realen Welt und der Chain-Welt using oracles sind zentrale Fragen, die unter dieses Thema fallen.
3. On-Chain-Skalierung. Die Hauptkette fungiert als Abrechnungsschicht und alle Parteien beziehen sich für die Endgültigkeit darauf. Die Skalierung dieser Schicht ist zur aktuellen Hauptherausforderung unserer Wissenschaft geworden. Es gibt mehrere Mittel, mit denen eine Skalierung erreicht werden kann. Beim Sharding wird eine Blockchain in mehrere Subsysteme mit jeweils eigenen Validatoren aufgeteilt. Es ist schwierig sicherzustellen, dass die Validatoren auch gegen einen anpassungsfähigen Gegner das Netzwerk sichern. Ein weiteres Mittel ist die Entwicklung authentifizierter Datenstrukturen, die über das Konzept einfacher Ketten hinausgehen. Von parallel chains , die cross-reference each other, zu DAG-based Systeme sind solche topologisch exotischen Konsenssysteme vielversprechend.
4. Off-Chain-Skalierung. Die Skalierung der Layer-1-Infrastruktur einer Blockchain kann uns nur so weit bringen. Um die gewünschte Skalierbarkeit eines globalen Geld- und Vertragssystems zu erreichen, müssen die meisten Transaktionen aus der Hauptkette entfernt werden. Hier gibt es viele Ansätze. Sidechains und die Interoperabilität zwischen ihnen würden die Erstellung kleinerer Chains ermöglichen, die einen Teil der Last abnehmen können. Zahlungs- und staatliche Kanäle können die Transaktion kleinerer Personengruppen außerhalb der Kette ermöglichen, sich aber auch globaler entwickeln, da Zahlungs- und Kanalnetzwerke darauf aufbauen. Schließlich Rollups der optimistic und ZK haben im letzten Jahr eine erhebliche Akzeptanz erfahren und sind prominente Kandidaten für die Skalierung von Daten außerhalb der Kette
5. Konsens. Die Grundlage von Kettenprotokollen ist immer ein geeigneter Konsensmechanismus. Wir haben Konsensprotokolle, die Proof-of-Work und Proof-of-Stake verwenden, und viele haben sich als sicher erwiesen. Können diese Protokolle sein von Grund auf optimiert um eine bessere Leistung zu erzielen, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen? Fragen wie steigende Blockgrößen und Blockproduktionsrate, bzw, Ändern der Regel der längsten Kette, vorübergehende unehrliche Mehrheit, sowie die Anwendung informationstheoretischer Konzepte gehören zu diesem Bereich. Dieser Bereich betrifft auch die Analyse und Konsolidierung bestehender Konsensprotokolle, von der Ära der byzantinischen Einigung bis zu den heutigen komplexen dezentralisierten Konsensprotokollen. Schließlich betrifft es auch die Entwicklung theoretischer Werkzeuge, um das Verständnis und die Bildung rund um den Konsens zu unterstützen.
6. Formale Überprüfung. Die Entwicklung neuer Protokolle ist nur ein Aspekt, um sicherzustellen, dass sie sicher sind. Neben den mathematischen Werkzeugen im Arsenal der Kryptographie können Werkzeuge aus dem Bereich der formalen Verifikation verwendet werden, um sicherzustellen, dass sowohl mathematische Beweise durch den Einsatz eines Beweisprüfers als auch die Softwareimplementierungen solcher Protokolle korrekt sind befolgen sie das Protokoll wie beabsichtigt. Sehr eng mit diesen Konzepten verbunden ist die Entwicklung sicherer Programmiersprachen für Smart Contracts, die sich für solche Werkzeuge anbieten.
7. DeFi. Smart Contracts entwickelt sich weiter, um die gesamte traditionelle Finanzierung und darüber hinaus zu replizieren. Viele Konzepte, die bereits möglich sind in Decentralized Finance (DeFi) sind neu und in der traditionellen Finanzierung noch nie aufgetaucht – wie Flash Loans und Perpetuals. Andere finanzielle Derivate wie Optionen und Futures sowie nützliche Instrumente wie Versicherungen, Gehaltsabrechnungen und Kredite werden ebenfalls entwickelt. Dieses sehr neue Feld wirft eine Fülle offener Fragen in der Sicherheit auf, von der Vertragsgestaltung über Orakel und miner extractable value. Eine weitere Frage betrifft die faire Verwaltung all dieser Protokolle – beginnend mit unserer eigenen DAO. Schließlich bleibt mit der ordnungsgemäßen Bereitstellung und Aktualisierung dieser Verträge sowie der zugrunde liegenden Blockchain und die Unterstützung neuer Versionen ein zentrales Problem.
8. Vernetzung. Der Blockchain-Konsens modelliert das Netzwerk typischerweise als eine vereinfachte Maschine. Allerdings steckt der Teufel im Detail. Brennende Fragen, wie das Erreichen Auftrags Fairness, mit oder ohne Beteiligung einer zentralen Vertrauensperson werden immer wichtiger. Kompromisse zwischen Leistung und Sicherheit, Reduzierung der Latenz und volle Nutzung der verfügbaren Bandbreite stehen hier im Mittelpunkt. Wie überall sonst kann auch ein mächtiger Gegner das Netzwerk stören, und der Schutz vor Abspaltung bleibt eine zentrale Frage. Aber angesichts eines schwächeren Gegners kann eine bessere Effizienz erreicht werden. Auch die Wahl von temporären Führungsparteien kann helfen.
9. Ökonomie. Konsensprotokolle können unter ehrlichen Annahmen funktionieren, aber wie werden sie angeregt? Ist insbesondere der finanzielle Gewinn jedes Teilnehmers mit den Eigenschaften und Zielen des Konsensprotokolls abgestimmt? Dies berührt das Gebiet der Spieltheorie, wobei viele Fragen offen bleiben. Die Themen beziehen sich auf Poolbildung, Delegation von Beteiligungsrechten, Resilienz gegen Sybil und Resilienz gegen böswillige Koalitionen. Inmitten all dessen steht das Thema des Aufbaus und der Lenkung einer transparenten makroökonomischen Politik, die Verbesserung, und Kontrolle der Geldmenge ohne Zentralbank. Schließlich stellen sich auch schwierige Fragen wie Egalitarismus und gerechte Verteilung von Belohnungen, von denen einige mehr philosophische und ethische Konsequenzen haben, als wir uns ursprünglich vorgestellt haben.
10. Privatsphäre. Blockchains sind die erste praktische Anwendung von Zero-Knowledge-Beweisen, ein viel geliebtes, wenn nicht vergöttertes Konzept in der Kryptographie. Die Fähigkeit private Transaktionen durchzuführen, die eine Unauffindbarkeit und Unverknüpfbarkeit ermöglichen, ist ein Aspekt. Die Fähigkeit vollständig private Smart Contracts und Smart Contract State zu haben, sei es auf Layer 1 oder auf Layer 2, ist ein viel schwierigeres Ziel. Neue Blockchain-zentrierte Primitive, die eine Zero-Knowledge-Erstellung von Einsätzen und Signaturen ermöglichen, sind von zentraler Bedeutung für diese Systeme.
11. Nutzbare Sicherheit. Auch wenn wir technisch perfekte Systeme bauen, am Ende sind unsere Nutzer Menschen. Der aktuelle Stand der Dinge bei Blockchain-Systemen ist beunruhigend: Die meisten wirklich dezentralen Wallets und andere Endbenutzer-Software sind kaum nutzbar. Erschwerend kommt hinzu, dass die inhärente Unumkehrbarkeit von Blockchain-Systemen so gut wie sicherstellt, dass kleine Fehler verheerende Auswirkungen auf die Konten der Benutzer haben können. Das Thema nutzbare Sicherheit betrifft die Mensch-Computer-Interaktion in Blockchain-Systemen und hilft Benutzern zu verstehen, was zu jedem Zeitpunkt vor sich geht. Einfach zu verwendende Wallets, Soziale Wallets, die nicht leicht verloren gehen oder gestohlen werden können, Multi-Faktor-Authentifizierung, angemessene Ausgabenlimits und einfache Hardware-Wallets sind hier die Schlüsselfragen.
12. Gemeinschaft. Während Systeme auf Dezentralisierung ausgelegt sind, wird dies in der Praxis oft nicht erreicht. Um eine ordnungsgemäße Dezentralisierung zu gewährleisten, müssen konkrete Metriken vorgeschlagen und entsprechende Messungen vorgenommen und Experimente durchgeführt werden. Nutzungsmetriken zu Staking, Mining, Netzwerk- und Knotendezentralisierung ermöglichen es uns, solche Statistiken zu sammeln, um zu beurteilen, ob die Dezentralisierung erreicht wurde, und wenn nicht, nach Wegen zu suchen, um dies zu korrigieren.
13. Transparenz. Neue Institutionen ersetzen alte, während die dezentralisierte Finanzierung Gestalt annimmt. Blockchain-Systeme und DAOs müssen von den Menschen für die Menschen regiert werden. Zentralisierte Organisationen wie Börsen müssen ebenfalls zur Rechenschaft gezogen werden, während gleichzeitig die Privatsphäre gewahrt bleibt. Um dieses zu gewährleisten, muss regulatorische Transparenz gewährleistet werden, indem die Privatsphäre wahrende Nachweise von Vermögenswerten, Verbindlichkeiten und Zahlungsfähigkeit sowie eine Off-Chain-Transaktionsprüfung entwickelt werden. Die Werkzeuge, um dies sicher und privat zu tun, sind ein wichtiges Forschungsthema.

Diese 13 Forschungsbereiche der Blockchain Wissenschaften werden in den nächsten Jahren zentral sein. Harmony’s Research DAO wird finanzieren, unterstützen und die Richtung lenken, damit die grundlegenden Probleme in all diesen Bereichen mit akademischer Strenge und einem Fokus auf die Anwendung angegangen werden.

2022 Pläne

Im 4. Quartal 2021 wird Dionysis Zindros diese Research DAO leiten. Nachdem 9 Governors ernannt wurden, wird Harmony eine Anfangsfinanzierung in Höhe von 100.000 US-Dollar (bis 2022 zu insgesamt 1 Mio. US-Dollar führen wird) an die Multisig-Adresse von Gnosis Safe senden, die von den Governors verwaltet wird.

Governors & Deliverables

• Dionysis Zindros (at decrypto) – hin zu logarithmischen Zuständen: Flyclient/NiPoSPoS-basierte Brücken vs. ZK-Rollups vs. wirtschaftliche Sicherheit von Interlay/XClaim, schnelle Zustandssynchronisierung für Mining und Resharding, schlüssellose Wallets mit gitterbasierter Zeugenverschlüsselung;
• Dimitris Karakostas – zur Unterstützung von 100.000 Delegatoren: Optimierungen von Harmonys On-Chain-Delegationen und zusammengesetzten Belohnungen;
• Aaron Li – hin zu einer formalen End-to-End-Verifizierung: Nachweis der Sicherheit von Harmonys Authenticator-basierten Wallets in Coq, Smart Contract Audits auf Horizon Bridges für Ethereum und Bitcoin;
• Zeta Avarikioti – in Richtung 1-Sekunden-Transaktionsfinalität: Bestimmen Sie die optimale Shard-Größe anhand der Netzwerksicherheit für unser Proof-of-Stake-Netzwerk, vergleichen Sie es mit Mahdi Zamanis Rapidchain und Instachain;
• Ivan Homoliak & Andrianna Polydouri – hin zu Authenticator-basierten Wallets: clientseitige Verschlüsselungssicherheit und -leistung, One-Time-Password (OTP)-Merkle-Tree-Generierung und Authenticator-Sicherheit.