Helium:了解物聯網龍頭Helium：運行與激勵邏輯 優點與缺點

吳說作者 | 袁奔

本期編輯 | Colin Wu

一直以來關于區塊鏈在加密貨幣之外的實際應用，都是區塊鏈從業者一直在探索的目標。而近些年，由于物聯網的迅猛發展，以及其天然的分布式特性，使得區塊鏈與物聯網在安全和邊緣計算上的結合，都引起了學術界和產業界極大的關注和探索。其中 Helium 最受關注

Helium 是一個去中心化無線網絡，一個分布式熱點網絡，但是這不是一個打算和 3G/4G、WIFI 進行競爭的新型網絡（不過 Helium 開發團隊正在 5G 領域上展開了探索）。事實上 Helium 面向的是 LoRaWAN 協議（一個底層的物聯網通信網絡），Helium 所支持的是采用了 LoRaWAN 協議的設備，而智能手機和筆記本電腦并不支持這個協議。更通俗的講，Helium 是對 LoRaWAN 協議的區塊鏈實現，其核心就是在一個物聯網網絡中加入了一個激勵層（在這一點上，它非常類似于 Filcoin 和 IPFS 的關系）。

Helium 網絡的核心是 LoRaWAN 通信網絡，通過區塊鏈為其搭建了一個激勵層。并通過 Poc（Proof of Coverage） 共識證明 HotSpot（基于 LoRaWAN 的無線路由器，類似 WiFi 協議的路由器） 提供網絡覆蓋。那些提供證明的礦工大約每 30 個區塊就被選入共識小組，并接收其他礦工提交的交易，將其打包成塊。

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Helium 的工作過程大概如上圖所示。用戶或者礦工通過 HotSpot 連接到網絡中，這些 HotSpot 通過 WHIP 協議又連接到本地網關，HotSpot 會將數據發送到所有網關，網關將數據添加到 Helium 的區塊鏈中，然后，發送數據到路由，并且發送數據的設備向網絡支付相應的費用。

正如我在前面所介紹的，Helium 本身更像是一個添加了激勵層的物聯網項目，所以 Helium 中區塊鏈的主要作用就是確權，然后激勵，也就是說，Helium 中的區塊鏈模塊（利用 Poc 共識）保證在該網絡中的 HotSpot 確實在它所處的范圍內提供了服務，然后為這些網絡中工作的設備提供獎勵。

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對于普通礦工來說，你只需要購買符合要求的 HotSpot ，然后按照一定的步驟安裝和配置，就可以將 HotSpot 加入到 Helium 網絡中，然后 HotSpot 將自動為無線網絡提供覆蓋，并傳輸數據，然后獲得獎勵。Helium 官方提供了 Helium Console 的網絡組件來輕松管理你的設備。

Helium 網絡采用的共識算法叫做 Poc，它是一個 HoneyBadger BFT 算法的變體，特別注意的是這不是另一個更加出名的 Proof of Capacity 共識算法的簡稱。

Helium 的 Poc 共識的核心思想就是證明 HotSpots 確實在它所聲明的地方工作。這個共識算法利用了無線電頻率（Radio Frequency）自身的特性，即 RF 的信號強度與物理距離成反比來產生證明。

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事實上，每 360 個塊的時間時，Helium 網絡中一個叫做挑戰者的角色（具體角色的作用見圖）構建一個叫做“Poc Challenge”的數據包通過 P2P 網絡，隨機向一個叫做 Transmitter 的角色發起挑戰，整個過程基于密碼學原理，一個更直觀的過程如下圖所示（圖中兩朵云表示的是同一網絡，因為構圖原因分開）。

               

在 Helium 區塊鏈中有兩個主要獲取獎勵的方式，一個是你的 HotSpot 提供無線網絡覆蓋，另一個則是在 Helium 網絡中作為驗證者。

每當一個 epoch（大約 30 個區塊的時間）過去后，Helium 為在這個時期作出貢獻的各個網絡中的“角色”授予獎勵。每種角色的作用見下圖。

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Helium 采用雙 Token 結構，前面提及的 HNT 作為區塊鏈獎勵發放。而另一種 DC（Data Credits）則是作為支付網絡流量的費用，目前以 1DC = $0.00001 的方式錨定美元。

Helium 的使用場景并不完全面向普通大眾，這是更像是面向一個產業物聯網的實例，在其官方描述中，Helium 將它的目光放在了寵物追蹤，智慧藥瓶這樣的場景中。而 DeWi Alliance 的總裁 Tushar Jain 則在一次采訪中表示 Helium 已經為智能水表，空氣質量檢測等廣域場景提供服務。當然因為其去中心化的特性，每個人可以通過購買 HotSpot 設備參與挖礦的過程。

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Helium 的優點在于其底層的 LoRaWAN 是低功耗，廣覆蓋的無線網絡協議，在物聯網網絡中被廣泛采用。其缺點則是物聯網網絡安全的問題，存在于網絡中的單個傳感器往往最容易被黑客攻破，因為部署的這些大量而廉價傳感器，往往并沒有足夠的安全防范。這也正是 Helium 官方也正在進一步完善其網絡的安全問題。

Helium 整體來說是一個技術核心偏重在物聯網上面的項目，而區塊鏈僅僅是錦上添花（Helium 18年從一個單純的物聯網項目轉型成區塊鏈+物聯網的項目）。從技術層面上看，Helium 作為分布式熱點網絡是符合物聯網產業本身的發展趨勢的，尤其是在需要大規模低功耗的智慧城市建設方向，是有一定潛力和想象空間的。

而 Helium 實現物聯網與區塊鏈的結合也是極具超前思維，不過，縱觀整個項目，似乎區塊鏈在其中的作用有些雞肋，Helium 并未像傳統的區塊鏈+IoT 一樣在物聯網安全上發力，而僅僅作為激勵機制的保障。但并非所有事物都要去中心化，似乎 Helium 作為一個中心化分布式的產品，在工業物聯網領域會有更好的發展。

Helium 官方文檔：https://docs.helium.com/

Helium 白皮書：http://whitepaper.helium.com/

區塊鏈+物聯網可以怎么結合：https://www.zhihu.com/question/53414917

一文帶你了解NB-IoT與LoRa的區別：https://zhuanlan.zhihu.com/p/148988301

多租戶技術：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E7%A7%9F%E6%88%B6%E6%8A%80%E8%A1%93

什么是 Helium 礦機及其工作原理：https://www.digikey.sg/zh/blog/what-is-helium-and-how-does-it-work

創新成就更多可能，解讀Helium如何構建全新物聯網：https://kknews.cc/zh-sg/tech/n2y4me3.html

The Honey Badger of BFT Protocols：https://eprint.iacr.org/2016/199.pdf

全面剖析去中心化無線通信網絡Helium：http://www.edenw.net/news/20207

五分鐘簡析去中心化無線通信網絡 Helium：https://www.geekmeta.com/article/3111308.html

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