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了解物联网龙头Helium:运行与激励逻辑、优点与缺点

吴说
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Helium 整体来说是一个技术核心偏重在物联网上面的项目,而区块链仅仅是锦上添花。

吴说作者 | 袁奔

本期编辑 | Colin Wu

一直以来关于区块链在加密货币之外的实际应用,都是区块链从业者一直在探索的目标。而近些年,由于物联网的迅猛发展,以及其天然的分布式特性,使得区块链与物联网在安全和边缘计算上的结合,都引起了学术界和产业界极大的关注和探索。其中 Helium 最受关注


什么是Helium  

Helium 是一个去中心化无线网络,一个分布式热点网络,但是这不是一个打算和 3G/4G、WIFI 进行竞争的新型网络(不过 Helium 开发团队正在 5G 领域上展开了探索)。事实上 Helium 面向的是 LoRaWAN 协议(一个底层的物联网通信网络),Helium 所支持的是采用了 LoRaWAN 协议的设备,而智能手机和笔记本电脑并不支持这个协议。更通俗的讲,Helium 是对 LoRaWAN 协议的区块链实现,其核心就是在一个物联网网络中加入了一个激励层(在这一点上,它非常类似于 Filcoin 和 IPFS 的关系)。

Helium 网络的核心是 LoRaWAN 通信网络,通过区块链为其搭建了一个激励层。并通过 Poc(Proof of Coverage) 共识证明 HotSpot(基于 LoRaWAN 的无线路由器,类似 WiFi 协议的路由器) 提供网络覆盖。那些提供证明的矿工大约每 30 个区块就被选入共识小组,并接收其他矿工提交的交易,将其打包成块。

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Helium 的工作过程大概如上图所示。用户或者矿工通过 HotSpot 连接到网络中,这些 HotSpot 通过 WHIP 协议又连接到本地网关,HotSpot 会将数据发送到所有网关,网关将数据添加到 Helium 的区块链中,然后,发送数据到路由,并且发送数据的设备向网络支付相应的费用。

正如我在前面所介绍的,Helium 本身更像是一个添加了激励层的物联网项目,所以 Helium 中区块链的主要作用就是确权,然后激励,也就是说,Helium 中的区块链模块(利用 Poc 共识)保证在该网络中的 HotSpot 确实在它所处的范围内提供了服务,然后为这些网络中工作的设备提供奖励。

对于普通矿工来说,你只需要购买符合要求的 HotSpot ,然后按照一定的步骤安装和配置,就可以将 HotSpot 加入到 Helium 网络中,然后 HotSpot 将自动为无线网络提供覆盖,并传输数据,然后获得奖励。Helium 官方提供了 Helium Console 的网络组件来轻松管理你的设备。

Helium 网络采用的共识算法叫做 Poc,它是一个 HoneyBadger BFT 算法的变体,特别注意的是这不是另一个更加出名的 Proof of Capacity 共识算法的简称。

Helium 的 Poc 共识的核心思想就是证明 HotSpots 确实在它所声明的地方工作。这个共识算法利用了无线电频率(Radio Frequency)自身的特性,即 RF 的信号强度与物理距离成反比来产生证明。

事实上,每 360 个块的时间时,Helium 网络中一个叫做挑战者的角色(具体角色的作用见图)构建一个叫做“Poc Challenge”的数据包通过 P2P 网络,随机向一个叫做 Transmitter 的角色发起挑战,整个过程基于密码学原理,一个更直观的过程如下图所示(图中两朵云表示的是同一网络,因为构图原因分开)。

    

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在 Helium 区块链中有两个主要获取奖励的方式,一个是你的 HotSpot 提供无线网络覆盖,另一个则是在 Helium 网络中作为验证者。

每当一个 epoch(大约 30 个区块的时间)过去后,Helium 为在这个时期作出贡献的各个网络中的“角色”授予奖励。每种角色的作用见下图。

    

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Helium 采用双 Token 结构,前面提及的 HNT 作为区块链奖励发放。而另一种 DC(Data Credits)则是作为支付网络流量的费用,目前以 1DC = $0.00001 的方式锚定美元。

Helium 的使用场景并不完全面向普通大众,这是更像是面向一个产业物联网的实例,在其官方描述中,Helium 将它的目光放在了宠物追踪,智慧药瓶这样的场景中。而 DeWi Alliance 的总裁 Tushar Jain 则在一次采访中表示 Helium 已经为智能水表,空气质量检测等广域场景提供服务。当然因为其去中心化的特性,每个人可以通过购买 HotSpot 设备参与挖矿的过程。

Helium 的优点在于其底层的 LoRaWAN 是低功耗,广覆盖的无线网络协议,在物联网网络中被广泛采用。其缺点则是物联网网络安全的问题,存在于网络中的单个传感器往往最容易被黑客攻破,因为部署的这些大量而廉价传感器,往往并没有足够的安全防范。这也正是 Helium 官方也正在进一步完善其网络的安全问题。


结语

Helium 整体来说是一个技术核心偏重在物联网上面的项目,而区块链仅仅是锦上添花(Helium 18年从一个单纯的物联网项目转型成区块链+物联网的项目)。从技术层面上看,Helium 作为分布式热点网络是符合物联网产业本身的发展趋势的,尤其是在需要大规模低功耗的智慧城市建设方向,是有一定潜力和想象空间的。

而 Helium 实现物联网与区块链的结合也是极具超前思维,不过,纵观整个项目,似乎区块链在其中的作用有些鸡肋,Helium 并未像传统的区块链+IoT 一样在物联网安全上发力,而仅仅作为激励机制的保障。但并非所有事物都要去中心化,似乎 Helium 作为一个中心化分布式的产品,在工业物联网领域会有更好的发展。


延伸阅读Helium 官方文档:https://docs.helium.com/

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

区块链+物联网可以怎么结合:https://www.zhihu.com/question/53414917

一文带你了解NB-IoT与LoRa的区别:https://zhuanlan.zhihu.com/p/148988301

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

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

创新成就更多可能,解读Helium如何构建全新物联网:https://kknews.cc/zh-sg/tech/n2y4me3.html

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

全面剖析去中心化无线通信网络Helium:http://www.edenw.net/news/20207

五分钟简析去中心化无线通信网络 Helium:https://www.geekmeta.com/article/3111308.html


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