摘要：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。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，以及其天然的分佈式特性，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…
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。
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，以及其天然的分佈式特性，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
什麼是Helium
Helium 是一個去中心化無線網絡，一個分佈式熱點網絡，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 的關係）。
Helium 網絡的核心是LoRaWAN 通信網絡，通過區塊鍊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，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，你只需要購買符合要求的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 將自動為無線網絡提供覆蓋，並傳輸數據，然後獲得獎勵。 Helium 官方提供了Helium Console 的網絡組件來輕鬆管理你的設備。
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。
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踪，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 已經為智能水錶，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。
Helium 的優點在於其底層的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 作為分佈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，是有一定潛力和想像空間的。
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 作為一個中心化分佈式的產品，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+物聯網可以怎麼結合：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
什麼是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
BFT協議的蜜獾：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
吳說作者| 袁奔
本期編輯| Colin Wu
