了解物联网龙头Helium：运行与激励逻辑、优点与缺点

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。     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）。         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。         
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.htmlThe 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