頭等倉：五分鐘簡析去中心化無线通信網絡 Helium

本報告發布於 2021 年 2 月初

Helium 旨在為物聯網設備提供低功耗廣覆蓋的無线網絡接入。其團隊在 2013 年預見物聯網的發展趨勢，在當時決定嘗試創業，但是可能由於定位和時機原因沒有成功。之後其在 2018 年重新結合區塊鏈技術，將經濟模型應用到整個生態發展。通過代幣激勵促使熱點礦工購买 Hotspot 設備（Helium 網絡中的熱點礦機），並通過設置部署 Hotspot 為附近的物聯網設備提供無线網絡接入。其熱點礦機採用 LongFi 無线協議（一個在 Sub-GHz 頻段的 Apache 許可的开源協議，擁有低功耗、廣覆蓋的特點）提供無线網絡覆蓋，從而使得物聯網設備可以使用 Helium 無线網絡在低功耗的情況下傳輸數據。

基本面簡介

團隊

根據 領英 顯示 ，Helium 團隊有 50 人，其中官網披露的核心團隊成員有：

Amir Haleem，首席執行官 & 創始人，熱門電子競技社區 esreality.com 的聯合創始人，在電子遊戲行業有很長的職業生涯，並且在遊戲初創公司 Diversion 擔任首席技術官。

Shawn Fanning，創始人 & 顧問，美國程序員、企業家和天使投資人，1999 年，他建立了第一個流行的 P2P 文件共享平臺 Napster，也是 Path 和 Airtime 的聯合創始人。

Marc Nijdam，首席技術官，主要負責 Helium 的銷售、營銷和業務开發，曾在網絡安全領域工作了 20 年，包括 Hortonworks 的首席營銷官、Palo Alto Networks 的營銷高級副總裁和 HP 的安全副總裁 / 總經理。

Frank Mong，首席運營官，主要負責 Helium 的銷售、營銷和業務开發，曾在網絡安全領域工作了 20 年，包括 Hortonworks 的首席營銷官、Palo Alto Networks 的營銷高級副總裁和 HP 的安全副總裁 / 總經理。

資金

表 1 Helium 融資詳情

從上表 1 可以計算出，Helium 總計獲得約 5,380 萬美元融資額。團隊目前的資金充足，後續有可持續的財政儲備金以供項目未來使用。

技術

Helium 的共識機制是 PoC （Proof of Coverage：覆蓋度證明）。PoC 機制是指當 Hotspot 被不同的個人所擁有後，它們（Hotspot）之間如何協同，為網絡提供無线連接覆蓋的。PoC 就像網絡健康的自動檢測機制，每一個 Hotspot 都有一個完整的區塊鏈節點。Hotspot 會一直向區塊鏈詢問以驗證網絡是否依然有效且提供有效覆蓋的。Hotspot 也會一直詢問來質詢 PoC 小組。質詢與證明 Hotspot 的行為用來驗證 Hotspot 完成了有效網絡覆蓋。

圖 1 Helium 系統整體流程

如圖 1 所示，Helium 網絡是一個廣域無线網絡。通過覆蓋證明（Proof-of-Coverage），提供無线網絡覆蓋的礦工（Gateway）將在經過加密驗證的物理位置和時間內向 Helium 網絡提交證明，提交最佳證明的礦工將在一個固定的時期被選到一個異步拜佔庭容錯（借鑑 ByzCoin 的 HoneyBadgerBFT 共識系統，不僅可以抵御女巫攻擊，而且還可以高速確認交易，具有異步性和抗審查的特點）共識組，隨後共識組的成員接收其他礦工提交的交易，將其打包成塊。整體網絡流程如下：

1. Bob 通過購买 Hotspots 礦機並且通過覆蓋證明（Proof-of-Coverage）和質押代幣加入 Helium 網絡為物聯網設備提供無线網絡覆蓋；

2. Alice 的兼容 WHIP 協議的智能水表需要發送數據包到終端管理系統，通過支付代幣給 Bob （礦工），使用他提供的無线網絡從互聯網收發數據，其中包括上傳水表運行狀態等，以及下行 OTA 升級；

3. 路由器（Router）通過從礦工 Bob 的 Hotspots 上獲取數據包的副本，確定智能水表的位置，並且將數據包（包括智能水表的運行狀態等）路由到目標地址。

產品

目前 Helium 官網主要披露了 5 款產品：HNT Outdoor Hotspot Miner、HNT Indoor Hotspot Miner、RAK 熱點礦機、Bobcat Miner 和 Helium Tabs 跟蹤設備，用戶可以通過部署 Hotspot 或者 RAK 熱點礦機，提供無线網絡覆蓋，並獲取相應代幣獎勵。

1. HNT Outdoor Hotspot Miner：一款堅固耐用的工業級戶外礦機，封裝在 IP67 級外殼中，旨在抵御極端的灰塵、高溫和其他惡劣條件。這些熱點具有遠程訪問功能，並有可能擴大 Helium 網絡的地理分布，為密林、海灘和山頂等亟待开發的區域的物聯網傳感器帶來連接。售價 $488/ 臺。

2. HNT Indoor Hotspot Miner：對用戶來說更有吸引力的室內礦機，售價 $348/ 臺。

3. RAK 熱點礦機：由中國的物聯網硬件制造商 RAK Wireless 制造的新一代熱點機。其售價約為 300 美元，當前在北美、亞洲、歐洲均已开始發售。更低的礦機售價，有利於降低礦工進入網絡的門檻，促進網絡節點數量的增加。售價 $300/ 臺。

4. Bobcat Miner：EasyLinkIn 的 Bobcat 礦機是最新獲得社區認可並通過技術審核的熱點。它是一款 LoRaWAN 網關，功耗低，平均使用壽命約為 10 年。售價 $309/ 臺。

5. Helium Tabs 跟蹤設備：用戶可以使用移動設備應用程序來跟蹤標籤追蹤器，可以查看到之前去過的位置以及當前位置。共享單車公司 Lime 已經使用 Helium 追蹤它們的自行車。售價 $49。

Helium 網絡情況

圖 2 Helium 網絡覆蓋狀況

截至 2021 年 2 月 3 日，Helium 的無线網絡總共有 17,674 個節點。如圖 2 所示，目前 Helium 節點主要集中在美國和歐洲地區，中國的節點相對較少。不過國內目前已有霍比特 HBTC、深圳 RAK 和武漢 EasyLinkin 等企業接入 Helium，團隊目前已开始布局中國市場。

經濟模型

隨着 HIP-20 提案的通過，Helium 代幣總供應量為 223,000,000 枚，沒有預挖礦。截止 2020 年 11 月 20 日 17 時 25 分，已經有 68,662,912 枚 HNT 流通。當前每月會發行 500 萬 HNT，從 2021 年 8 月 1 日开始，HIP-20 提案將生效，並將每月發行量降低為 250 萬 HNT。

表 2 Helium 代幣分配詳情

當前主要獲取 HNT 的方式主要有以下四種：

1. 網絡數據傳輸：熱點通過轉發數據包獲取相應獎勵；

2. 覆蓋證明：驗證節點無线網絡覆蓋範圍；

3. 參加區塊鏈網絡共識：熱點驗證鏈上交易並且打包區塊，當前主要基於熱點的網絡覆蓋和質量給予聲譽評分，高評分更有概率被選擇加入共識組參加 Helium 鏈上共識並獲取獎勵；

4. 挑战：挑战者通過使用覆蓋證明機制來驗證熱點提供的無线網絡覆蓋。

代幣作用

目前 Helium 採用雙幣模型，即 Helium 代幣（HNT）和流量積分（Data Credits）。流量積分主要用於支付使用網絡產生的費用，比如物聯網設備需要傳輸數據時使用流量積分支付給熱點礦工，以獲得網絡接入以及鏈上交易費用。當前 Helium 代幣（HNT）主要作用有以下兩點：

1. 激勵熱點礦工部署和維護無线網絡覆蓋；

2. 企業和开發人員通過銷毀 HNT 代幣產生數據積分來支付數據傳輸費用給熱點礦工。

綜合評價

缺點

1. 不同的熱點因為位置、網絡等原因獲取的收益不同，因此回收成本的時間會有差異。據頭等倉調查，對於普通的熱點，目前挖礦收益大約 7 天有 1.65 個 HNT （網絡中沒有數據使用的前提下），按照目前 HNT 目前市場價格 $2.5，一臺礦機 $300 估算，其成本回收周期大約在 17 個月。不過，由於市場幣價波動和挖礦難度影響，HNT 挖礦預期收益可能與實際收益有所偏差，不保證用戶 HNT 挖礦的絕對收益。

2. 網絡穩定性風險：根據 Helium 白皮書所述，其旨在為物聯網設備提供廣覆蓋範圍、低功耗的無线網絡接入，但在實際情況下，由於存在一些物理障礙，信號能否被穩定接收當前還是未知數。

3. 物聯網設備規模問題：目前全球的物聯網市場份額雖然在不斷上漲，物聯網設備的安裝量也在不斷增加，但是實際情況是目前由於應用場景和通信上的限制，當前物聯網通信上更多會傾向使用蜂窩網絡，所以 Helium 的無线網絡可能由於根本沒有足夠的物聯網設備使用，導致礦工收益小，甚至出現礦工離线的現象，最後形成負循環。

優點

1. 低功耗、廣覆蓋無线網絡：由於物聯網設備在一般情況下，地理分布較為分散，而且數據量較小。當前 Helium 主要是針對物聯網設備提供低功耗、廣覆蓋的無线網絡，從某種程度上符合物聯網設備的數據傳輸需求。

2. 獨創的覆蓋證明：通過覆蓋證明可以有效驗證熱點的實際運行情況和網絡覆蓋範圍，通過激勵機制促使礦工穩定運行和維護網關以提供無线網絡覆蓋。

3. WHIP 無线協議：採用 WHIP 遠程低功率、支持雙向通信的窄帶無线網絡協議。其支持 sub-GHz 的非授權頻段，而且能在非授權頻段內創建多個頻道，並使用跳頻在頻道之間切換，從某種程度上可以在有噪聲的射頻環境中工作而不受幹擾，並且提高數據傳輸速率。

4. 團隊开始布局中國市場，目前已有霍比特 HBTC、深圳 RAK 和武漢 EasyLinkin 等中國企業接入 Helium 物聯網。亞洲、中國市場可能是 Helium 團隊未來發展重點。長遠來看，項目有較大可能落地，成為物聯網基礎設施的一部分。

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