一文详述分布式物联网络：Helium

站在世界前沿的物联网，也成为中国下一个5年将要大力发展的基础设施建设战略。但是，未来真正意义上的物联网，并不是在互联网基础上的物物相连。也不是建立在通讯运营网络上的互联，而是实现真正意义上的物物相连。物物到底怎么相连？或许Helium具备我们创新研究的技术类雏形。

物联网行业的几大痛点

当前物联网始终未迎来大爆发的主要原因是缺乏一个统一标准的广域网的支撑。目前，全世界共有100多亿活跃的物联网设备，分别绑定在Wi-Fi、Zigbee、低功耗蓝牙、LoraWAN和Sigfox等不同的无线网络中，互操作性很低。

极需一种类似WiFi或蓝牙等价物，代表一种基于开放硬件的标准。使各种设备间具有可编程和可配置性，实现相互连接和协作。

Figure 1：分散的物联网协议/技术现状

图源：https://web3caff.com/zh/archives/3845

Helium的前景展望

作为区块链生态中目前唯一一个提供低功耗、广覆盖无线网络接入的产品，在2021年4月，Helium与开源的5G服务提供商FreedomFi相合作，将HNT热点服务器和5G技术相结合，推出了Helium第一代兼容5G热点。这意味着Helium开始进军2C市场。在开通预订通道的几天内，FreedomFi售出了4万台5G网关，和Verizon的销量不相上下。

与此同时，更多的网络运营商希望通过漫游的方式和Helium进行合作，例如GagSky就推出了收个基于Helium 5G的蜂窝移动计划。而在去年10月底，Dish Network成为了电信行业中首个加入Helium生态的头部运营商。

但我们不得不警惕与PoC共识下的一个硬伤，即马太效应的出现。在当前，摆在Helium团队的一个重大任务即是如何调控各个区域的Helium Hotspots密度，借以解决马太效应的隐忧是至关重要的。

No.01

Helium: “人人供网”的分布式网络经济体

Helium是一个建立在“人人供网”思想中的分布式物联网网络经济体。其通过用户设置由Helium官方授权的硬件设施（类似于路由器）形成的热点集群来构成无线网络以供任何物联网设备的探寻和造访，借此形成完整的分布式物联网生态系统。

Helium网络在当前全球已经有近50万个热点，覆盖了将近4万座城市。与此同时，它还在以平均每月9万个新热点的速度在不断的扩张。

Helium的网络服务商则只需要向官方认可的Helium Hotspot购买热点服务器即可，入场门槛低。

随着3G网络技术的退出市场，物联网设备除了转往成本更高的4G网络和私用网之外，基于区块链技术的分布式网络系统Helium毫无疑问是一个成本更低廉、通信更加畅通的选择。

No.02

HNT的投资回报测算

在当前，Helium的投资正在面临着一些利好。首先是Helium的节点正处在一种爆发式的增长中。根据白皮书，今年（2022年），分配给服务提供商的HNT通证数量将进一步上升。

但我们要同时看到另外一个风险，即当前Helium热点的反常高价格。毫无疑问，高热点硬件价格意味着高成本和更长的回本周期。

除此之外的一个风险是在近三个月中，尽管HNT价格不断震荡，但总体趋势是一路走弱。而低通证价格所换来的必然是回本周期的延长。当我们假设Helium均价为850USD，Helium的服务商日均获得大约0.26HNT，则我们测算的在近一周内的几个特定价格点中的回本情况如下：

Figure 2：HNT在不同价位点上的回本周期比较（横坐标单位：USD，纵坐标单位：天）

No.03

Helium的区块链经济设计

HNT/Data Credit的双通证经济模式

Helium是一个采用了双通证的经济模型。

HNT通证的实际总量约为2.23亿个，第一年发行量为4300万个，每两年进行一次减半。HNT的价格波动，代表项目收益权和治理权，同时满足通证持有者的投机需求。

HNT可以通过成为挑战者、被挑战人、见证人、加入共识小组、参与网络传输等方式获得。其具体的分配方式见右侧的图表。

Data Credits通过销毁HNT通证获得，其作用是支付Helium网络所产生的的gas费用，以保证整个分布式系统的稳定运营。每一个Data Credit的价格固定为0.00001美元，因此用户在销毁HNT时获得的Data Credits数量是根据HNT的当前市场价格而浮动的。

Table 1：HNT通证的分配情况，数据来源：https://www.hongruimy.com/a/17615

覆盖证明（Proof of Coverage）

覆盖证明（Proof of Coverage，PoC）是Helium所独创的共识机制。该机制旨在使用HNT通证作为奖励激励服务器提供商稳定运行和维护网关以提供稳定的网络覆盖。在PoC机制中，参与者分为以下三个角色：

挑战者（Challenger）：每240个区块可以对网络中的随机热点发起挑战，发起挑战的行为将获得HNT通证奖励。

被挑战人（Challengee）：当被挑战的热点收到挑战信息之后，会立刻基于挑战的信息发起一次无差别的无线电广播。当周围其他热点收到广播并判定该广播有效，被挑战人可以获得HNT通证作为奖励。

见证人（Witness）：被挑战者周围的热点收到广播之后，将该信息回传至Helium网络。当Helium共识组判定根据见证人和被挑战者的位置、密码学证据和信号强度等判定见证有效，则见证人获得HNT通证作为奖励。

由此可见，在PoC中，区块链可以不断询问热点，并且通过该热点的反馈来证明该热点在整个物联网网络中处于连接并能够发挥作用的状态。

Figure 3: 覆盖证明的工作流

图源：Helium, A Decentralized Wireless Network

序列化证明(Proof of Serialization)

序列化证明（Proof of Serialization）旨在不依靠特定的时间和服务器在两名用户之间进行时间同步。

序列化证明的基本逻辑是用户M将两个生成的nonce分别发给两台临近的服务器M1和M2，并分别获得其签名信息以及时间戳T1和T2。用户M则通过比较时间戳T1和T2来确认在非信任条件下的两个节点的同步性。

在序列化证明的实践中，为了获得正确的时间戳共识，节点M往往将nonce发给尽可能多的见证节点T，以期获得更加准确的时间同步性。

在序列化证明中，通过给尽可能多的节点发送nonce并获得其时间戳，可以得到一个正确的同步区块创建时间戳Tt.而当我们确认有一些交易数据是在上一个区块和同步时间戳Tt之间所完成的，我们也就证明了所有的这些交易数据本身完成了覆盖证明。这也是如何避免节点使用提前计算的方式在覆盖证明中作弊的原理。

Figure 4: 创建一个序列化证明

图源：Helium, A Decentralized Wireless Network

Figure 5: 验证一个序列化证明

图源：Helium, A Decentralized Wireless Network

No.04

Helium和它的生态竞争者

IOTA:吹响向物联网进军的号角

当提及物联网方向项目时，我们不得不提最早进军物联网的分布式项目——IOTA。尽管IOTA在分布式物联网项目中的地位实在特殊，严格意义上讲，IOTA不属于区块链范畴，而是使用一种被称为Tangle的分布式账本来完成机器与机器之间产生的免费微交易的愿景。

IOTA独有的分布式账本带来了新的验证方式——当你希望你的交易得到验证，则只需要验证两个临近的交易即可。这种验证方式会在连续不断堆叠的过程中增加验证速度：加入网络的用户越多，则整个IOTA网络就运行得越快。

Figure6: Tangle分布式架构与传统区块链的区别

图源：http://www.360doc.com/content/20/0923/22/71390595_937272939.shtml

IoTeX：物联网赛道的竞争者

IoTeX（艾坦星）同样是物联网赛道的重要成员之一，IoTeX允许服务提供商使用其定制化的硬件Pebble，通过提供各种网络服务来赚取通证。

IoTeX的服务提供商使用Pebble硬件记录并收集多种由用户本身所有的数据（例如GPS信息、当地的天气、光照等）并将它们上传给链上的DApp来获取数字资产收益。

在物联网的范畴中，IoTeX是和Helium一样引人注目的项目之一。基本面看，它们并非属于同一个细分赛道，但是区块链物联网方向的参与者大多会同时关注这两个项目，因此也会同时考察IOTX与HNT这两种分别属于它们的原生通证。

Figure 7: Helium（深色）与IoTeX（浅色）的各项数据比较

图源：https://coinexams.com/compare/iotex-vs-heliummparison | CoinExams

Helium与IoTeX：不同细分赛道的领跑者

尽管Helium和IoTeX在不同的细分赛道上。但是由于这两个项目的主攻方向大体一致，都是物联网方向，因此，对其进行直观的比较很有必要。对此，CoinExam提供了一个比较好的对比图，我们可以从中一窥这两个项目在各种评判标准上的异同。

Figure 8: Helium（右侧）与IoTeX（左侧）的各项经济数据比较

图源：https://coinexams.com/compare/iotex-vs-heliummparison | CoinExams

从这两张表的比较中，我们看出IoTeX在许多方面，例如是否允许智能合约、网络延迟，以及我们之前分析过的服务提供商回本周期等方面较Helium为优异。但从Helium主网上线至今2年时间里，其在全球超过50万节点数的可喜成绩，已经能够说明这个项目本身的方兴未艾及其拥有的广阔前景。

Figure9: Helium（右侧）与IoTeX（左侧）的各项经济数据比较

图源：https://coinexams.com/compare/iotex-vs-heliummparison | CoinExams

No.05

Helium的估值与风投

Multicoin Capital为何会对Helium有高估值？

在2019年，风险投资公司Multicoin Capital与另一家风投Union Square Ventures在Helium项目的C轮融资中向其投入了1500万美元。在Multicoin Capital成员看来，Helium的优势有以下几点：

网络提供商仅仅只需要支付数百美元的价格购买Helium的路由，即可完成热点网络的布设。

网络提供商购买Helium的路由是买断制的。购买Helium路由之后，Helium的网络提供商将免费为设备提供接入。

Helium的热点路由可以在网络提供商家中即插即用。

Helium的热点路由可以由网络提供商自行维护，无需产生维护、修理等所需的人工费用。

区块链技术的安全性可以令我们可以无成本地管理用户的账户和交易记录。除此之外，用户可以使用他们的设备连接到全球任何一个有Helium无线网络的地方，而非像传统的那样必须某个运营商处注册账号并且支付高昂的网络费用以获得其网络服务。

除此之外，多个场景的适用性也是Multicoin Capital对Helium有高估值的原因之一：在它看来，Helium在诸如宠物追踪、智能城市建设、微型移动设备管理和智能定时服药提醒等方面有着广阔的应用前景。

2月以来的新增风投所看重的是什么？

2022年，Helium完成了D轮融资，该轮融资由Tiger Global和Andreessen Horowitz领头。作为风投方之一的NGP Capital（诺基亚全球成长基金）基于其投资理由，NGP Capital给出了以下几点：

Helium的业务范畴处在物联网、区块链和5G的交汇处，这是一个巨大的风口。三者的全球市场价格超过3300亿美元。Helium将可以解决包括有限的LoRaWAN和高昂的网络费用等问题。

Helium的网络受到Web3.0的巨大加持和推动，NGP相信其基于区块链的通证激励模式对全球范围内的无线网络基础设施的扩展极其有效。

Helium的无线网络分布式模式有可能成为LoRaWAN和5G基础设施建设的理想模式。背靠诺基亚的他们可以为Helium向5G领域进军提供良好的技术支持。

Helium拥有一个稳定、坚持不懈且锐意进取的团队。

其在分布式无线网络方面的理解和分析令NGP Captial的成员印象深刻。

Table 2: Helium融资过程中的风投方一览

图源：https://app.dealroom.co/companies/helium_com

No.06

Helium的创新解决方案:HIP 51

HIP 51是什么？

为了让任何网络协议都能加入Helium，社区提出了一个创新的解决方案--HIP51。

HIP 51 旨在让 Helium 及其 Token HNT 成为“网络中的网络(Network of Networks)”，为生态系统中存在多种网络协议和多种Token打开大门。对于Helium物联网网络，热点(Hotspots)将开始获得一个名为 $IOT 的新?Token，而 5G热点(5G Hotspots)将获得一个名为 $MOBILE 的新?Token。所有新Token?均由 HNT 支持，并且始终可以转换为 HNT。现有的 HNT 持股不受影响。该 HIP 为加入新的网络协议提供了一个通用结构，其中 HIP 52：LoRaWAN DAO 和 HIP 53：5G DAO 两个subDAO作为当前提案存在。

HIP 51 旨在创建一个经济体，其中潜在HNT-Data Credit 销毁和铸造的平衡将继续为Helium前进的飞轮提供动力，并且覆盖证明（Proof of Coverage）的规则和收益由每个相应的 subDAO(HIP 52：LoRaWAN DAO和HIP 53：5G DAO)决定。

HIP 51 的影响是什么？

HIP 51 通过允许新的网络协议使用 Helium 生态系统，为 HNT 带来大量新的使用机会。HNT 的作用变得更加重要，因为新?Token?将由 HNT 支持，所有网络使用都需要 HNT 作为数据信用（HNT-Data Credit），并且就像以前一样，只能通过转换和燃烧 HNT 来获得，这会减少 HNT 的整体供应。

每个网络协议或“subDAO”（如提案中所指:HIP 52 LoRaWAN DAO和HIP 53 5G subDAO）都有自己的Token?和治理。每个新?Token?都将由 HNT 支持，并可随时兑换为HNT。

每个网络协议都根据该网络的大小和效用接收 HNT。HIP 51 将此称为“协议分数（protocol score）”，这是一个新概念，将被实施用于适应多个网络，所有网络均由 HNT 支持。

随着Helium的生态不断壮大以及HIP 51对更多网络协议的兼容，越来越多的设备以及网络加入Helium，使用的网络流量(network traffic)和数据信用(Data Credits)就越来越多，整体Helium网络的价值也会越来越高。

HIP 51路线图

HIP 51 将分三个阶段实施，每个阶段都取决于三个独立投票程序的治理批准。

阶段定义如下：

第一阶段（2022 年第二季度）：根据 HIP 53：Helium 5G subDAO，MOBILE Token在现有的 Helium 区块链上发行。这将立即允许任何在线 5G 网络挖掘 MOBILE Token。

提案的经济学概述部分中指定的预挖金额分配给 Helium 基金会持有的多重签名钱包。就本 HIP 而言，我们建议 250B MOBILE 中的 50B 被预先开采并存入基金会。

Helium 基金会随后利用这一储备的 MOBILE Token?立即执行对移动网络运行至关重要的市场活动，包括对热点和社区或业务发展工作的奖励。

第二阶段（2022 年 8 月 1 日）：在 Helium 网络成立三周年之际，IOT Token根据 HIP 52：LoRaWAN? subDAO 在工作的 Helium 区块链上发行。

将指定的排放曲线和金库储备赎回合约（做市曲线的单向实施）部署到网络，以便核心 subDAO 经济结构到位。如果 5G 和 LoRaWAN 持有者选择或继续持有 DNT，这将允许他们在各自的金库中赎回 HNT。此时，所有 HNT 排放都存入 subDAO 金库、现有的Helium验证器和 HST 持有者。每个子网通过 DNT 奖励热点用于数据传输和覆盖证明。

HIP 52 和 HIP 53 规范中被 Helium Foundation 视为范围内的其余部分捆绑在一起。这可能包括对 5G subDAO 的覆盖证明机制的更新。

第三阶段（待定）：在对所有可用的作为 Helium 网络基础层的L1区块链进行完整评估后，将迁移在此之前构建的系统。

Helium 网络上的所有账户和交易活动都在这个L1区块链上进行结算。

从先前的链上迁移状态的桥已经完全开发，为把subDAO 链传递的任何重要状态转换消息转移到指定的主网或测试网上。

精确定义了 subDAO 的 Oracle 机制，并提出了一个安全的转换过程。

veHNT 和 veDNT 治理机制已经到位。

No.07

Helium生态

Helium应用场景案例

一、AIRICA-空气质量检测

AIRICA 测量室内空气质量，如 CO2（NDIR 技术）、温度、湿度、挥发性有机成分，并在室内空气质量超过阈值（例如 900 ppm CO2）时提供实时反馈。

精确的测量和复杂的数据分析相结合，可以概览每个房间的感染风险。

Helium 提供了一个分散的、由区块链支持的 LoRaWAN 网络，该网络正在全球范围内迅速扩展。通过使用一个简单的网关，任何人都可以为周围的物联网设备提供网络覆盖，并在 Helium 的原生加密资产?HNT 中获得奖励。AIRICA 的物联网服务可以通过Helium网络发送数据，而无需管理自己的网络基础设施。

二、Nobel Systems-物联网停车应用

Nobel Systems 将利用Helium Networking 的无线网络协议来管理其 GeoViewer IoT 停车应用程序基于云的数据。

Helium 的 LoRaWAN 连接物联网设备并将数据传输到云端。该网络对于经济高效地将大量传感器连接到云非常有用。设备不需要 SIM 卡即可使用网络，这有助于节省费用。

将 Helium 的 LoraWAN 与 GeoViewer IoT 停车应用程序结合使用，可提供一个完整的云管理数据库，经济高效，因为各个传感器不需要 SIM 卡或以太网连接。在 GeoViewer Parking 应用程序的 1,490 个传感器中，网关只需要 18 个 SIM 卡。

LoraWAN 有助于扩大应用规模——每个网关最多可连接 700 个传感器。由于 LoraWAN，GeoViewer 应用程序和网关之间的通信延迟大大减少。类似的停车应用程序需要更多的基础设施，例如专用射频网络天线和布线，才能部署如此大型的应用程序。

Helium Networking 还提供超出其他无线服务提供商的扩展无线网络范围。典型的网状网络提供大约两英里的范围，而不是提供十英里范围的 Helium 的 LoRaWAN。

更多应用场景:

https://www.helium.com/ecosystem

Helium公链

Helium 在过去一年中增长迅猛，最近一轮融资是在 2022 年 2 月。值得注意的是，Web3 Index 和 Token Terminal 对Helium收入的计算截然不同。

Token Terminal 显示 Helium 在 2022 年第一季度的收入为 1450 万美元，但 Web3 Index 显示同期的收入为2.6万美元。

考虑到 Helium 是通过销毁 HNT 产生data credit来支付网络费用，且Token Terminal是基于销毁量计算需求，并且也显示出不同的Token激励措施，Token Terminal 的计算可能更准确。

Helium 在 2022 年第一季度产生的收入最多（1450 万美元），比上一季度增长 4%。随着 5G时代以及HIP 51提案的到来，Helium可能产生更多data credit消耗以及被更广泛采用。

在Web3领域，Helium的公链盈利率排名第四，以太坊排名第一。

数据来源：Token Terminal

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