IoTのリーダーHeliumを理解する：運営とインセンティブの論理、利点と欠点

作者 ： 袁奔

本期编辑 ：Colin Wu

これまで、暗号通貨以外のブロックチェーンの実際の応用については、ブロックチェーン業界の専門家が常に探求してきた目標です。しかし、近年、IoT（モノのインターネット）の急速な発展とその天然の分散特性により、ブロックチェーンとIoTの安全性およびエッジコンピューティングの結合が学術界と産業界で大きな関心と探求を引き起こしています。その中で、Heliumが最も注目されています。

Heliumとは何か

Heliumは分散型無線ネットワークであり、分散型ホットスポットネットワークですが、これは3G/4GやWIFIと競争する新しいネットワークを目指しているわけではありません（ただし、Helium開発チームは5G分野での探求を行っています）。実際、HeliumはLoRaWANプロトコル（基盤となるIoT通信ネットワーク）を対象としており、HeliumがサポートするのはLoRaWANプロトコルを採用したデバイスであり、スマートフォンやノートパソコンはこのプロトコルをサポートしていません。より一般的に言えば、HeliumはLoRaWANプロトコルのブロックチェーン実装であり、その核心はIoTネットワークにインセンティブ層を追加することです（この点で、FilcoinとIPFSの関係に非常に似ています）。

Heliumネットワークの核心はLoRaWAN通信ネットワークであり、ブロックチェーンを通じてインセンティブ層を構築しています。そして、Poc（Proof of Coverage）コンセンサスを通じて、HotSpot（LoRaWANベースの無線ルーター、WiFiプロトコルのルーターに類似）がネットワークカバレッジを提供していることを証明します。証明を提供するマイナーは約30ブロックごとにコンセンサスグループに選ばれ、他のマイナーが提出したトランザクションを受け取り、それをブロックにパッケージ化します。

Heliumの作業プロセスは上の図のようになります。ユーザーまたはマイナーはHotSpotを通じてネットワークに接続し、これらのHotSpotはWHIPプロトコルを介してローカルゲートウェイに接続します。HotSpotはデータをすべてのゲートウェイに送信し、ゲートウェイはデータをHeliumのブロックチェーンに追加し、その後、データをルーターに送信し、データを送信するデバイスはネットワークに相応の料金を支払います。

前述のように、Helium自体はインセンティブ層を追加したIoTプロジェクトに近いので、Heliumにおけるブロックチェーンの主な役割は権利の確認とインセンティブです。つまり、Heliumのブロックチェーンモジュール（Pocコンセンサスを利用）は、このネットワーク内のHotSpotが実際にその範囲内でサービスを提供していることを保証し、これらのネットワーク内で働くデバイスに報酬を提供します。

一般のマイナーにとっては、要件を満たすHotSpotを購入し、一定の手順に従ってインストールおよび設定を行うことで、HotSpotをHeliumネットワークに追加できます。その後、HotSpotは自動的に無線ネットワークを提供し、データを転送し、報酬を得ることができます。Helium公式はHelium Consoleのネットワークコンポーネントを提供しており、デバイスを簡単に管理できます。

Heliumネットワークが採用しているコンセンサスアルゴリズムはPocと呼ばれ、HoneyBadger BFTアルゴリズムの変種です。特に注意すべきは、これはより有名なProof of Capacityコンセンサスアルゴリズムの略称ではないということです。

HeliumのPocコンセンサスの核心思想は、HotSpotが実際に宣言された場所で機能していることを証明することです。このコンセンサスアルゴリズムは、無線周波数（Radio Frequency）の特性を利用しており、RFの信号強度が物理的距離に反比例することを利用して証明を生成します。

実際、360ブロックごとに、Heliumネットワーク内の「挑戦者」と呼ばれる役割が「Poc Challenge」と呼ばれるデータパッケージをP2Pネットワークを通じて構築し、ランダムに「Transmitter」と呼ばれる役割に挑戦を仕掛けます。このプロセスは暗号学の原理に基づいており、より直感的なプロセスは以下の図のようになります（図中の2つの雲は同じネットワークを示していますが、構図の理由で分かれています）。

Heliumブロックチェーンには、報酬を得るための2つの主要な方法があります。一つはあなたのHotSpotが無線ネットワークカバレッジを提供すること、もう一つはHeliumネットワーク内で検証者として機能することです。

エポック（約30ブロックの時間）が経過するたびに、Heliumはこの期間に貢献した各ネットワーク内の「役割」に報酬を授与します。各役割の機能は以下の図に示されています。

Heliumは二重トークン構造を採用しており、前述のHNTがブロックチェーン報酬として配布されます。もう一つのDC（Data Credits）はネットワークトラフィックの料金として使用され、現在1DC = $0.00001の方式で米ドルに固定されています。

Heliumの使用シーンは必ずしも一般大衆を対象にしているわけではなく、むしろ産業IoTの事例に向けられています。公式の説明では、Heliumはペット追跡やスマート薬瓶といったシーンに目を向けています。また、DeWi Allianceの社長Tushar Jainは、インタビューでHeliumがスマート水メーターや空気質検査などの広域シーンにサービスを提供していると述べています。もちろん、その分散型の特性により、誰でもHotSpotデバイスを購入することでマイニングプロセスに参加できます。

Heliumの利点は、その基盤となるLoRaWANが低消費電力で広範囲をカバーする無線ネットワークプロトコルであり、IoTネットワークで広く採用されていることです。その欠点は、IoTネットワークのセキュリティの問題であり、ネットワーク内の単一のセンサーはしばしばハッカーに最も攻撃されやすいです。なぜなら、これらの大量で安価なセンサーは、十分なセキュリティ対策が施されていないことが多いからです。これがHelium公式がそのネットワークのセキュリティ問題をさらに改善しようとしている理由でもあります。

結論

Heliumは全体的に見て、技術的な核心がIoTに偏ったプロジェクトであり、ブロックチェーンはあくまで付加価値に過ぎません（Heliumは2018年に単なるIoTプロジェクトからブロックチェーン+IoTプロジェクトに転換しました）。技術的な観点から見ると、Heliumは分散型ホットスポットネットワークとしてIoT産業自体の発展トレンドに合致しており、特に大規模な低消費電力のスマートシティ構築の方向性においては一定の潜在能力と想像の余地があります。

また、HeliumがIoTとブロックチェーンの結合を実現することは非常に先進的な考えですが、全体のプロジェクトを見渡すと、ブロックチェーンの役割はやや無駄に思えるかもしれません。Heliumは従来のブロックチェーン+IoTのようにIoTセキュリティに力を入れているわけではなく、単にインセンティブメカニズムの保障として機能しています。しかし、すべての事物が分散化される必要はなく、Heliumは中央集権的な分散型製品として、産業IoT分野でより良い発展を遂げる可能性があります。

延伸読書

Helium公式文書：https://docs.helium.com/

Heliumホワイトペーパー：http://whitepaper.helium.com/

ブロックチェーン+IoTはどのように結合できるか：https://www.zhihu.com/question/53414917

NB-IoTとLoRaの違いを理解するための記事：https://zhuanlan.zhihu.com/p/148988301

マルチテナント技術：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E7%A7%9F%E6%88%B6%E6%8A%80%E8%A1%93

Heliumマイナーとは何か、その動作原理：https://www.digikey.sg/zh/blog/what-is-helium-and-how-does-it-work

革新が新たな可能性を生む、Heliumがどのように新しいIoTを構築するかを解読：https://kknews.cc/zh-sg/tech/n2y4me3.html

BFTプロトコルのハニーバジャー：https://eprint.iacr.org/2016/199.pdf

分散型無線通信ネットワークHeliumの全面分析：http://www.edenw.net/news/20207

分散型無線通信ネットワークHeliumを5分で簡単に分析：https://www.geekmeta.com/article/3111308.html