HashKey 郝凱：解讀去中心化無線通信網絡 Helium 代幣模型與生態進展

本文來源於 HashKey Research ，作者為郝凱，就職於 HashKey Capital Research 。
Helium 是一個全球性、分佈式的開放網絡。通過 Hotspots （Hotspots 特指 Helium 生態中的熱點），Helium 可以為支持 LoRaWAN 協議的物聯網設備提供公共的無線網絡覆蓋，使物聯網設備更方便地接入互聯網和傳輸數據。

通過 PoC 機制（Proof of Coverage，覆蓋證明），Helium 可以持續驗證 Hotspots 的位置和創建的無線網絡覆蓋範圍。在 PoC 共識機制中存在 3 種角色。一是挑戰者（challenger），可以每隔 240 個區塊對網絡中隨機熱點發起挑戰。二是被挑戰者（challengee），被挑戰的熱點接受到挑戰信息後，會基於挑戰的信息，發起一次無差別的無線電廣播。三是見證人（Witness），被挑戰者周圍的熱點接收到無線電廣播，會將信息回傳至 Helium 網絡以便驗證。

Helium 採用的 PoC 機制與分佈式存儲網絡中採用的各種存儲證明有相似之處。例如，對於 Filecoin 項目，存儲提供者必須證明他存儲了用戶的數據，而且按客戶要求存儲一定的時間。存儲提供者使用複製證明（PoRep）來向客戶證明數據已經被複製到唯一專用的物理存儲中，而用戶則使用時空證明（PoSt）來檢查存儲提供者是否存儲著自己的數據。

Helium 生態中的工作流程大致如下。礦工購買並部署 Hotspots，可以為覆蓋範圍內的物聯網設備提供無線網絡。其他用戶的物聯網設備可以通過這個無線網絡接入互聯網和傳輸數據。這個過程中，用戶需要支付使用費。

代幣模型

目前，Helium 生態中有兩種代幣，即 HNT 和 Data Credits。

HNT

按照官方文件計劃，HNT 代幣總量為 240,000,000 個，共 50 年發行完畢，第一年發行 6000 萬個，此後每兩年進行一次減半。由於第一年的實際發行量為 4300 萬個，因此 HNT 代幣實際總量約為 223,000,000 個。

當前獲取 HNT 代幣的主要方式有以下幾種：成為挑戰者、被挑戰者、見證人，加入共識小組參加 Helium 區塊鏈共識，參與網絡數據傳輸，以及 Helium 團隊和投資人的代幣。HNT 代幣分配如下表所示。

表 1：HNT 代幣分配

HNT 的主要作用是：激勵礦工部署 Hotspots 並維持無線網絡覆蓋，激勵生態中的用戶參與 PoC 和 Helium 區塊鏈共識。HNT 的價格是變化的，由二級市場交易者決定。

Data Credits

Data Credits 主要用於支付使用 Helium 網絡產生的費用。例如，Helium 錢包之間的轉賬，物聯網設備傳輸數據，新增 Hotspots 節點，聲明 Hotspots 位置等。

與 HNT 不同，Data Credits 的價格是穩定的，每個 Data Credits 的價格是 0.00001 美元。用戶通過銷毀 HNT 來獲得 Data Credits，得到的 Data Credits 數量取決於銷毀時 HNT 的價格。例如，當 HNT 的價格是 1 美元時，用戶銷毀 1 個 HNT 獲得的 Data Credits 數量是 100,000。

Data Credits 類似於以太坊的 gas，但也有明顯不同。首先，Data Credits 的價格是固定的，而 gas 價格則可以由用戶設置。其次，以太坊的 gas 由 ETH 支付，這筆費用會被出塊的礦工獲得；Data Credits 通過銷毀 HNT 來獲得，銷毀意味著不再流通，Helium 礦工並不能獲得這部分 HNT。為了讓 Helium 礦工參與網絡數據傳輸，HNT 的代幣分配中有 32.5% 作為這部分激勵（如表 1 所示）。

當一個 epoch （包括 30 個區塊，共約 3424.65 個 HNT）中因生成 Data Credits 而銷毀的 HNT 數量大於 1113 （3424.65 個 HNT 的 32.5%）時，所有在這個 epoch 中參與工作的 Hotspots 按比例分配 1113 個 HNT。當一個 epoch 中銷毀的 HNT 數量小於 1113 時，例如實際銷毀的數量為 N （N\<1113），所有在這個 epoch 中參與工作的 Hotspots 按比例分配 N 個 HNT，剩餘的（1113-N）個 HNT 分配給挑戰者、被挑戰者和見證人。

銷毀 HNT 獲得 Data Credits 的過程可以由 Helium 錢包自動完成，Data Credits 不能交易和轉讓，只能由錢包所有者使用。銷毀機制帶有通縮屬性，可以在一定程度上平衡 HNT 通脹的影響。但如果大量的 HNT 被銷毀，也不利於整個生態的穩定。因此 Helium 團隊還將引入 Net Emissions 機制（淨排放，可以理解為淨增發）。假如一個 epoch 中銷毀了 m 個 HNT，那麼這個 epoch 會多產生 m 個 HNT，以使淨增發的 HNT 數量與計劃保持一致。

對代幣模型的討論

由於投機和炒作等因素，很多區塊鏈項目的代幣價格波動很大，不利於將代幣用於支付工具，購買生態中的產品和服務。隨著區塊鏈生態的發展，單一代幣可能無法滿足多樣化的需求，雙代幣模型開始被一些區塊鏈項目採用。其中，一種代幣的價格穩定，主要用於支付使用費，整個生態的商業穩定性不會受到幣價變化的影響；另一種代幣的價格波動，代表項目的收益權、治理權等，也能滿足投機需求。

由於 Data Credits 是由銷毀 HNT 而產生的，因此嚴格意義上講，Helium 不算雙代幣模型。用戶需要先持有 HNT 才能產生 Data Credits。用戶在使用 Helium 時不希望價格發生太大的波動，因此用戶可能會在價格高時銷毀 HNT 產生 Data Credits，而在價格低時選擇等待。HNT 價格的波動會影響 Helium 用戶的使用心態。

生態發展情況

Helium 生態發展非常快，目前，整個生態中已有 80575 個 Hotspots，並且還在加速增長。Hotspots 主要分布在美國和歐洲，中國的 Hotspots 增長速度很快。Helium 團隊認為，每個城市需要 150-300 台 Hotspots 能有效完成網絡覆蓋，對於北京、上海等超大型城市，大約需要 500-3000 台設備才足以完成網絡覆蓋。因此，為實現全球性、分佈式的開放網絡，未來會有更多 Hotspots 完成部署。

圖 1：Hotspots 分布圖（數據來源：explorer.helium）

理論上講，支持 LoRaWAN 協議的物聯網設備都可以接入 Helium 網絡。Helium 官網上列出了幾十個具體應用場景和案例，包括寵物追蹤、空氣監測和食品溯源等。例如，對於 Conserv 使用 Helium 網絡來使博物館與私人收藏的藝術品收藏有序；NOWI 將滴漏傳感器來連接到 Helium 網絡，用以向維修人員預警漏水以便及時補救。

目前來看，Helium 生態能夠快速發展的主要原因是投機需求。根據上文中代幣分配，當前每月新產生 500 萬個 HNT，其中 34% 屬於團隊和投資人，另外 66% 被生態中參與者獲得，也就是約 330 萬個 HNT。結合 Helium 生態中現有 80575 個 Hotspots，平均每個 Hotspots 每月可獲得 41 個 HNT，即每天 1.36 個（實際並非平均分配，這裡只是為方便計算）。根據 coinmarketcap 價格信息，HNT 的市場價格為 12.1 美元，則每個 Hotspots 每天可獲利 16.5 美元。Hotspots 的設備成本為 350 美元，可以直接部署在家中，耗電量非常小，因此其他成本可以忽略。按照當前情況，購買一個 Hotspots 的回本周期僅需約 21 天。

圖 2：HNT 價格變化（數據來源：coinmarketcap）

在這種賺錢效應的驅使下，越來越多的參與者會加入 Helium 生態，部署新的 Hotspots，這對生態中礦工的影響是比較複雜的。礦工的收益主要取決於兩個變量：獲得的 HNT 數量和 HNT 價格。

對於獲得的 HNT 數量，隨著更多 Hotspots 加入，礦工獲得 HNT 的數量會減少。2019 年時，Hotspots 平均每天可獲得 100 個 HNT，與當時相比，現在已經減少了 98% 以上。對於 HNT 價格，更多 Hotspots 加入會使得關注度提高，應用範圍越來越廣，這有利於 HNT 價格的上漲。

當然，Hotspots 數量激增並不能說明 Helium 項目已經取得成功，還需要進一步關注生態中應用案例的實際參與者和真實業務量，以及 HNT 代幣能捕獲多大的生態價值。

啟動模式

搭建一個為物聯網設備提供無線網絡覆蓋的基礎設施是非常困難的。在項目啟動階段，需要有大量的資金和人力投入，包括租賃場地、購買熱點設備、維護和運行無線網絡、人力成本等。很多傳統電信運營商主導的類似項目建設速度很慢，生態也沒有發展起來。與之相比，Helium 可能是發展最快的無線網絡，Hotspots 已經遍布全球，並且具有持續擴展的趨勢。

Helium 模式的優勢

Helium 模式最大的優勢就是引入 HNT 代幣激勵，吸引參與者購買 Hotspots，從而轉移了項目啟動階段的建設成本。相比於傳統電信運營商，Helium 團隊不需要自己購買熱點設備，不需要負責設備的維護和運行，也不需要雇佣工人。相反，Helium 團隊甚至可以通過出售 Hotspots 獲得一筆不小的收入，這極大降低了項目成本。

同時，購買了 Hotspots 礦工會獲得 HNT，這相當於跟整個項目的發展進行綁定，他們為了自身利益會自發幫助 Helium 建設生態，以使持有的 HNT 更具價值。

Helium 團隊選擇使用 LoRaWAN 協議，不需要團隊開發和推廣新的協議。LoRaWAN 協議是物聯網設備所採用的一種熱門協議，通用性非常高，具有長頻、低功耗、開放等特點。

Hotspots 硬件製造商能實現大量盈利。在賺錢效應高漲的行情中，Hotspots 供不應求，硬件製造商能在幾個月的時間內出售幾萬個設備。並且隨著生態發展，他們可以持續獲得收入。

Helium 模式的問題

首先，Helium 在啟動階段的商業模式並非原創，熱門項目 Filecoin、Chia，以及幾年前迅雷推出的玩客雲，都採用過類似的模式。在上線之前，這些項目就推出硬盤、雲盤等各種類型的礦機設備，並聲稱成功部署之後可以參與挖礦獲得相應代幣獎勵。在早期賺錢效應的吸引下，大量投機者湧入，部署的設備越來越多。之後，平均每個設備能獲得的代幣獎勵越來越少，如果項目一直沒有實際使用需求，那麼代幣的價格也會大幅下跌，投機者也就隨之離開，項目最終失敗。

其次，Helium 計劃建立一個全球性的開放網絡，發行的 HNT 代幣在很多國家可能存在合規風險。例如，Helium 團隊已經在中國市場進行佈局和推廣，但中國對虛擬貨幣的監管十分嚴格。目前，Helium 在中國並沒有太多應用項目，參與者更多是出於投機需求以獲得 HNT 代幣，未來可能會受到監管。

第三，據 Helium 團隊介紹，Helium 網絡對物聯網應用和設備支持具有明顯的價格優勢，1 台 Lora 終端設備連續 1 年每 5 分鐘傳輸一個數據包，僅需要約 1 美元的成本。這一方面體現 Helium 的價格優勢，另一方面也顯示出需要極大的業務量才能支撐項目市值。目前來看，Helium 生態中的業務量還遠遠不夠。Helium 網絡的穩定性和用戶體驗也需要在實踐中進一步檢驗。

第四，不同於硬件製造商，生態中的礦工或其他參與者並不能保證實現盈利。他們的盈利水平受到挖礦難度和幣價波動的雙重影響，挖礦預期收益可能與實際收益有很大偏差，甚至出現虧損。

結論

Helium 展示了一種搭建無線網絡基礎設施的新模式。通過引入代幣激勵，礦工和其他參與者承擔了早期建設成本，幫助搭建網絡和傳輸數據，他們未來可能會獲得超額收益。這種模式使得 Helium 發展迅速，並且具有持續擴展的趨勢。不可否認，投機需求在這裡面起了很大作用。

但這種模式並不能保證一定成功。在投機情緒消退之後，決定項目的關鍵因素是實際使用情況和價值捕獲能力。如果項目一直沒有實際使用需求，那麼項目的市值就無法得到支撐。

區塊鏈具有去中心化、多方共識、激勵機制等特點，物聯網具有設備多、數據量大等特點，區塊鏈和物聯網之間有機結合能實現設備間大規模協作，並通過激勵機制完成利益分配。Helium 的早期發展也不順利，後面是將區塊鏈與物聯網相結合才實現項目快速發展。