吳說作者 | 袁奔

本期編輯 | Colin Wu

一直以來關於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，由於物聯網的迅猛發展，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

什么是Helium  

Helium 是一個去中心化無线網絡，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 开發團隊正在 5G 領域上展开了探索）。事實上 Helium 面向的是 LoRaWAN 協議（一個底層的物聯網通信網絡），Helium 所支持的是採用了 LoRaWAN 協議的設備，而智能手機和筆記本電腦並不支持這個協議。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，它非常類似於 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。並通過 Poc（Proof of Coverage） 共識證明 HotSpot（基於 LoRaWAN 的無线路由器，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，並接收其他礦工提交的交易，將其打包成塊。

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，然後，發送數據到路由，並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，然後激勵，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 確實在它所處的範圍內提供了服務，然後為這些網絡中工作的設備提供獎勵。

對於普通礦工來說，你只需要購买符合要求的 HotSpot ，然後按照一定的步驟安裝和配置，就可以將 HotSpot 加入到 Helium 網絡中，然後 HotSpot 將自動為無线網絡提供覆蓋，並傳輸數據，然後獲得獎勵。Helium 官方提供了 Helium Console 的網絡組件來輕松管理你的設備。

Helium 網絡採用的共識算法叫做 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线電頻率（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。

事實上，每 360 個塊的時間時，Helium 網絡中一個叫做挑战者的角色（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 的角色發起挑战，整個過程基於密碼學原理，一個更直觀的過程如下圖所示（圖中兩朵雲表示的是同一網絡，因為構圖原因分开）。

在 Helium 區塊鏈中有兩個主要獲取獎勵的方式，一個是你的 HotSpot 提供無线網絡覆蓋，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）過去後，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。

Helium 採用雙 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 的使用場景並不完全面向普通大衆，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 則在一次採訪中表示 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，每個人可以通過購买 HotSpot 設備參與挖礦的過程。

Helium 的優點在於其底層的 LoRaWAN 是低功耗，廣覆蓋的無线網絡協議，在物聯網網絡中被廣泛採用。其缺點則是物聯網網絡安全的問題，存在於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，往往並沒有足夠的安全防範。這也正是 Helium 官方也正在進一步完善其網絡的安全問題。

結語

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 並未像傳統的區塊鏈+IoT 一樣在物聯網安全上發力，而僅僅作為激勵機制的保障。但並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。

延伸閱讀

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线通信網絡Helium：http://www.edenw.net/news/20207

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

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