Transcripción al español de “IO Research: the why, the what and the who”
Publicado en el canal de Youtube de IOHK el 7 de Octubre 2021
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¿Cómo se benefician la blockchain y el ecosistema Cardano de la investigación básica? El jefe científico de IO, el profesor Aggelos Kiayias, ofrece una visión general de la investigación de IO y su red de socios académicos internacionales.
Hola a todos, soy Aggelos Kiayias, jefe científico en Input Output, y un profesor de la universidad de Edimburgo, en Escocia, UK. En esta presentación les daré un resumen de la investigación Input Output, el trabajo que ha sido llevado a cabo hasta ahora y que hay por delante. La misión de investigación de Input Output es contribuir al espacio blockchain de tres maneras fundamentales. Primero, realizando investigación fundacional y aplicada, para solucionar las muchas preguntas críticas, abiertas que ha traído esta tecnología. Segundo, diseminando los resultados de investigación de manera libre, para el beneficio de todos, permitiendo acceso temprano y que tome lugar desarrollo subsecuente por la comunidad. Y tercero, apoyando esfuerzos de investigación de toda la comunidad, contribuyendo con revisión por pares o el trabajo de otras personas, sponsoreando conferencias y otros esfuerzos de diseminación.
Ahora, podrías preguntarte por qué es importante la investigación, y por qué debería invertir en ella. Investigación científica básica, tanto aplicada y teórica, son esenciales para el espacio blockchain, porque nos permite resolver asuntos fundamentales relacionados con la exactitud y seguridad de estos sistemas. La exactitud es fundamental en la tecnología blockchain, los protocolos blockchain y contratos inteligentes, son componentes de infraestructura crítica. Como tal, desviaciones entre el intento de diseño y el comportamiento de ejecución pueden ser catastróficos. Hay varios ejemplos de esa naturaleza que han plagado el espacio desde el principio. Podés comenzar con el infame ataque DAO, en la blockchain Ethereum, al muy reciente hackeo Polynetwork, hay una lista que sigue y sigue. La investigación básica provee técnicas y metodologías para asegurar exactitud de sistemas de computación, tanto a nivel de plataforma y de aplicación.
La seguridad, en sentido de resiliencia a falla y a desviaciones de los participantes, es otra propiedad central del espacio blockchain. También es un concepto muy elusivo. A posteriori, luego de que un ataque tenga lugar digamos, la falta de seguridad es observable y demostrable. Pero luego, también es demasiado tarde. Así que la seguridad, la ausencia de tales eventos, la ausencia de ataques, significa que nada malo va a ocurrir. Pero, ¿cómo podemos establecer esto? No es suficiente que la seguridad del sistema sea una proposición que tiene sentido para el usuario promedio, o incluso que el sistema haya sido revisado por alguien que es competente, que intentó atacarlo y falló. Lo que es necesario en su lugar, son modelajes de primeros principios y pruebas que demuestran que el sistema retiene su seguridad contra cualquier ataque posible. Para lograr esto necesitamos cimientos teóricos, y esto incluye modelos matemáticos dentro de los cuales los sistemas pueden ser analizados, e incluso seguridad comprobada. Además, necesitamos facilitar la comparación y clasificación entre varios sistemas, de lo contrario es imposible compararlos entre sí, y esto es bastante esencial. Dejame explicar eso con un pequeño ejemplo, en la mayoría de los sistemas hay obvias compensaciones de rendimiento y seguridad. Esto significa que podés mejorar el rendimiento y usabilidad del sistema sacrificando su seguridad. Cuando tenés dos sistemas compitiendo, es fácil para uno superar al otro en términos de rendimiento sacrificando seguridad. Así que si los sistemas se encuentran en una carrera como esa, con uno saltando frente al otro continuamente, disminuyendo la seguridad una y otra vez en cada paso del proceso, se convierte en una carrera a la destrucción, al final el ataque está destinado a suceder. Así que esto es algo que por todos los medios tiene que ser evitado, es por eso que necesitamos tener marcos bien definidos para definir y argumentar seguridad en el espacio blockchain, y estándares de desarrollo que establecen cuáles son los requisitos fundamentales de seguridad al que todo sistema debería adherirse.
Con esta introducción ahora voy a pasar a lo destacado de nuestra investigación, y también el trabajo que esperarías ver en los próximos años. Voy a comenzar primero con la capa de contratos Cardano, que es la pieza central de la cumbre de este año. El sistema ofrece una plataforma de propósitos generales para aplicaciones descentralizadas. Esto está centrado alrededor del lenguaje Plutus, basado en investigación en la que hemos estado trabajando los últimos cinco años, y culminó en resultados como el modelo UTxO extendido, y sus tokens nativos, resultados que fueron revisados por pares y publicados el año pasado. Esta capa de propósito general da lugar a lenguajes de dominio específico, o DSL. Un ejemplo de tal lenguaje es Marlowe, un lenguaje para contratos financieros, que está cubierto en otra presentación en la cumbre. Desarrollar aplicaciones en Cardano se lleva a cabo a través del marco de aplicación Plutus, que es otro desarrollo de investigación e ingeniería juntándose. Ahora déjenme cubrir algo del trabajo de investigación en curso. Primero estamos haciendo una inmersión profunda en modelos de precios para transacciones de contratos inteligentes, algunos puntos destacados de este trabajo los podés ver por ejemplo en las tarifas de Babel y el panel de tarifas estables que también está en el programa de la cumbre. También hay un trabajo muy emocionante viniendo en dirección del equipo de investigación, incluyendo modelos de precios dinámicos, que ajusta automáticamente las tarifas en Cardano, para que siempre se mantengan predecibles y justas. Otro dominio interesante que estamos mirando ahora son bloques en almacenamiento. El almacenamiento es un recurso precioso, en un libro contable de transacciones globales. Pero también es bastante esencial si queremos contratos inteligentes completamente funcionales y de propósito general. Así que estamos trabajando en el área de bases de datos distribuidas y protocolos de almacenamiento para mejorar las capacidades de contratos inteligentes con el almacenamiento que requieren. Otra línea de trabajo intenta construir herramientas de verificación formal para contratos inteligentes. Así que con tales herramientas es posible construir aplicaciones descentralizadas encima de la blockchain Cardano que será verificada formalmente. Otra línea en la que deberías esperar ver un montón de desarrollo son nuevos DSLs para varios dominios que extenderán la comunidad de desarrolladores del sistema.
Ahora vayamos un poco más profundo, más abajo en la pila del protocolo, y mirar la capa de asentamiento, aquí es donde vive el protocolo Ouroboros. Sin duda este es uno de los mayores logros de nuestro equipo de investigación durante los últimos cinco años. Entregamos ventajas innovadoras en el diseño de protocolos de prueba de participación, con el protocolo Ouroboros en 2016. Esto mejoró la resiliencia frente ataques adaptativos, y arrancando desde génesis en 2017 y 2018, respectivamente. Esto proporcionó sólidos cimientos para el ecosistema Cardano. Vale la pena decir que uno de los impulsores fundamentales detrás de la investigación que realizamos para Ouroboros fue la eficiencia energética de la red subyacente. Esto debería ser contrastado con, por ejemplo, Bitcoin. Ese es un protocolo que no distingue fuentes de energía, con hambre consumirá vastas cantidades de energía, actualmente comparado con un país de tamaño medio, en consumo anualizado. En contraste la red Ouroboros consume sólo una módica cantidad de energía por nodo. Y mientras Ouroboros puede ser escalado a través de Hydra, nuestra extensión de segunda capa de extensión de protocolo, hemos continuado considerando maneras en que podemos optimizar el rendimiento del protocolo de cadena principal. Además, también estamos interesados en incrementar aún más sus características de seguridad. Nuestro objetivo principal en esta dirección es el desarrollo de Ouroboros Omega, cubrimos este trabajo en otra presentación de esta cumbre que los invito a mirar. Este diseño de protocolo también nos dirigirá a sistemas blockchain de cuarta generación que irán más allá de participación o trabajo. Múltiples recursos, de varias formas, incluyendo reputación y mérito pueden ser pesados y actuar de acuerdo en tales sistemas.
Movámonos a tokenomics. Con la introducción de nuestra investigación en esquemas de recompensas, en 2018 dimos la primer instancia para un mecanismo de teoría del juego, para incentivar proyectos colaborativos, analizado para equilibrio y convergencia dinámica para tal equilibro. Fue implementado la testnet incentivada Cardano en 2019, con resultados muy positivos, y luego desplegado en la red principal el año pasado. Continuamos el trabajo de modelaje estudiando los incentivos de sistemas blockchain durante este tiempo, así como también comprometiéndonos en el desarrollo de otros sistemas y conceptos tales como monedas estables. Por ejemplo con el desarrollo de Djed, que fue liberada este año. A lo que apuntamos el año que viene es a desarrollar estas capacidades para un más amplio conjunto de funciones que están disponibles para todo el ecosistema. Esto significa que será posible que grupos de personas se comprometan en proyectos colaborativos definidos por usuarios, que tienen económicas sólidas. Otros targets importantes son el desarrollo de tarifas estables y monedas estables, integrándolas dentro de la red principal Cardano, esto también está cubierto en otro panel en la cumbre.
Ahora movámonos a gobernanza blockchain. Esta es una de las piezas de trabajo más importantes, que está viniendo a Cardano en forma de Voltaire. Ya realizamos trabajo innovador en forma de sistema de tesoro, que fue publicado en 2019. Ese sistema facilitó el concepto de delegación preservando la privacidad de votación. Con esta función el sistema puede permitir una ágil toma de decisión, donde los usuarios pueden delegar sus derechos de votación o votar directamente sin revelar qué camino u opción escogieron. Al mismo tiempo, el primer paso de la gobernanza descentralizada tomó lugar en forma del proyecto Catalyst, que fue lanzado en 2020. Así que hay un número de funciones y propiedades en que la corriente de investigación está trabajando actualmente. De hecho, documentar las propiedades relevantes para una gobernanza apropiada es una tarea importante en su propio derecho, y una en la que actualmente estamos invirtiendo un tiempo significativo.
Me tomaré algunos momentos para ir a través de algunos de los conceptos que son relevantes para la gobernanza blockchain, que hemos estado estudiando, analizando, sistematizando sus capacidades, y sus requisitos. Las propiedades incluyen privacidad, que se refiere a la habilidad de la gente de proteger su voto de una divulgación, y la propiedad relacionada de resistencia. Que significa que los usuarios deberían ser libres de influencias externas en la manera en que participan en un mecanismo de gobernanza. Verificabilidad de punta a punta, es la habilidad de verificar que el sistema ha registrado correctamente la intención del usuario. Responsabilidad es el sistema teniendo la capacidad de llevar algo de responsabilidad para las acciones que toman colectivamente. Por lo tanto debería ser difícil para alguien influenciar al sistema en una mala dirección, y luego no sufrir algunas de las consecuencias de manera justa y proporcional. Sustentable, son sistemas que son capaces de tomar la decisión correcta, esto también significa que el sistema es capaz de identificar rendimiento y toma de decisión sub óptima, y reaccionando adecuadamente a ello. Por ejemplo ajustando la reputación de actores responsables. Eficiencia Pareto, pide un alineamiento adecuado entre la decisión final del proceso de gobernanza y qué quiere cada individuo. Esta es una propiedad necesaria para el que resultado del proceso de toma de decisión sea aceptable por todos. Vivacidad, osea que el sistema es receptivo de manera oportuna, y esa es una propiedad esencial en muchos casos, especialmente tenemos que emparchar vulnerabilidades y asuntos que aparecen en términos de la seguridad del sistema. Y finalmente el sufragio se refiere a la inclusividad del sistema, tenemos que asegurarnos que los titulares relevantes siempre son parte de la toma de decisiones. Así que ves que hay un amplio rango de propiedades que son necesarias en sistemas de gobernanza y estamos investigando formalmente todas ellas desde una perspectiva de primeros principios. Además, consideramos maneras en que podemos construir protocolos de gobernanza que satisfacen por diseño.
Ahora entremos a la segunda capa. Los protocolos de cabeza Hydra formarán una parte importante de la era Basho de Cardano. El hito aquí es el desarrollo del protocolo de cabeza Hydra que publicamos en 2019. Este trabajo presenta el concepto de operación isomórfica entre capas, que significa que las aplicaciones fácilmente pueden ser portadas de la capa de cadena principal a la segunda capa. El conjunto total de protocolos para Hydra facilitarán rendimiento óptimo, cercano al límite físico de internet, y operaciones sin confianza mientras la cadena principal subyacente siempre puede jugar el rol de árbitro en cualquier disputa entre los participantes. Lo que deberías esperar a continuación en investigación de este área es la clase de protocolos de cola, que permitirán procesamiento muy rápido de contratos inteligentes, incluso para partes que están en línea intermitentemente, así como también el protocol de intercomunicación entre cabeza y cola que permitirá la unión de múltiples instancias de cabeza y cola a una red de segunda capa versátil y extensible.
Moviéndonos al ecosistema de cadenas laterales, esto permite a Cardano escuchar y reaccionar frente a eventos en otros sistemas, así como también volverse extensible con varias capacidades no nativas. Un hito en nuestro trabajo de investigación fue el desarrollo del concepto de cadenas laterales de prueba de participación, que publicamos en 2019. Este trabajo, entre otros, mostró cómo las cadenas laterales pueden ser utilizadas para extender las capacidades de la cadena principal con varias funciones. Esto, por ejemplo, podría incluir compatibilidad con otros lenguajes de contratos inteligentes, o funciones experimentales. Al mismo tiempo desarrollamos el concepto de prueba de prueba de trabajo no interactiva, que pavimenta el camino a integraciones sin confianza de sistemas de prueba de trabajo, tales como Bitcoin y Litecoin. En la misma investigación estamos trabajando hacia oráculos seguros, que mejorarán las capacidades de contratos inteligentes con alimentación de datos externos. También estamos desarrollando un conjunto de herramientas criptográficas de propósito general, para fácil flujo de valor, información, entre diferentes blockchains, siendo de prueba de participación, de prueba de trabajo, sin puntos únicos de centralización.
Punto final, pero bastante importante, es nuestra inversión en esfuerzos significativos de la seguridad post cuántica de toda la pila del protocolo de Cardano, y protocolos blockchain en general. Comenzamos este trabajo con primeros principios, estudiando la seguridad blockchain, en general, en la configuración post cuántica, para sistemas de prueba de trabajo. En el futuro lo estaremos desarrollando nosotros mismos así como también colaborando con otros equipos de desarrollo blockchain, analizando algoritmos post cuánticos y protocolos para el protocolo Ouroboros y otros componentes críticos que están relacionados con el ecosistema Cardano. Noten que esto no requerirá la mejora del sistema con ninguna capacidad cuántica. En su lugar, el sistema permanecerá clásico, en sentido computacional, sin embargo utilizará algoritmos adecuados cuya seguridad permanece irrompible, incluso contra todo poderosos adversarios cuánticos.
Ahora esto les dio un resumen de todas las preguntas que manejan nuestro equipo de investigación por el momento. Así como también la dirección en la que estamos yendo. En las próximas pocas diapositivas te daré una vista de pájaro de cómo trabajamos con la investigación, y obtendrás un entendimiento de cómo se ven nuestras operaciones diarias. Primero a través de números, hay unos cincuenta investigadores trabajando a varios niveles, ya sea a tiempo parcial o completo, dentro de Input Output. Hay gente, ya sea en universidades, estudiantes con doctorados, o investigadores de tiempo completo dentro de casa en Input Output. Tenemos cuatro compañeros investigadores senior que tienen reconocimiento mundial en el área de algoritmos, teoría del juego, tecnología regulatoria para finanzas y lenguajes de programación. Los números del equipo central son siete investigadores de tiempo completo dentro de casa, y tres ingenieros investigadores quienes también están formando el tejido conectivo entre la organización de investigación y el equipo de ingeniería. Durante los años publicamos unos 92 documentos, siendo co autores de ellos con investigadores tanto de la industria como de la academia, mientras actualmente tenemos unos 18 documentos bajo sumisión para revisión por pares.
Las operaciones de investigación de Input Output abarcan el planeta, y hay unos 13 países en los que tenemos miembros de investigación. La colaboración está en el corazón de investigación básica, en estas bases Input Output está muy orgulloso de haber establecido investigación de protocolos con una amplia red de compuesta de las mejores instituciones académicas alrededor del mundo. En términos de diseminación de investigación, esto ocurre bajo el auspicio organizaciones internacionales establecidas que promocionan investigación en las ciencias de la computación en un número de áreas, esto incluye la asociación internacional de investigación lógica, la asociación para maquinaria computacional, la asociación internacional de criptografía financiera, la IEEE y la sociedad de internet.
Ahora estamos en un gran punto en el tiempo en el desarrollo de tecnología blockchain. Años de duro trabajo han dado sus frutos, pero no estamos listos todavía. De muchas maneras, es ahora que se ponen interesantes las cosas. Así que, ¿qué hay en el camino por delante? En los próximos tres a cinco años esperamos contribuir para solucionar todos los problemas que son necesarios para que la tecnología blockchain se convierta en cimiento global de toda la infraestructura de tecnología de la información. De manera importante, esperamos ser capaces de hacer eso en el contexto de Cardano, con el soporte de la comunidad Cardano, que son los custodios finales del ecosistema. Input Output está comprometido a investigación básica. Para lograr nuestros objetivos inmediatos de investigación estamos expandiendo nuestro equipo para construir fortaleza en un número de áreas críticas. Esto incluye teoría del juego, teoría de la elección social, economías de interacción computadora humano, ciencias políticas, gestión de ciencia y políticas de regulación financiera. Lo que podés ver es cuán multi faceta e interdisciplinaria es nuestra agenda. Estos roles están en conjunción con áreas de fuerza central de la organización de investigación de Input Output, tales como criptografía, lenguajes de programación y ciber seguridad. Si realizás investigación en tales áreas o sólo querés seguir lo que está haciendo el equipo, mantén un ojo en IOHK.io. Esto cierra el resumen de investigación de Input Output, gracias por unirse a esta sesión.