Was ist Helium (HNT)?

Helium (HNT) ist eine Layer-1-Blockchain, die darauf abzielt, durch die Nutzung eigener Hotspots ein Internet-of-Things-Netzwerk (IoT) zu schaffen, mit der Möglichkeit, ein dezentrales Internet-Netzwerk zu schaffen, das Validatoren die Möglichkeit bietet, im Austausch HNT-Tokens zu erhalten für das Anbieten von Internetabdeckung.

Helium (HNT) ist ein Blockchain-Projekt, das darauf abzielt, kleine drahtlose Netzwerke aufzubauen, die in der Lage sind, ganze Gemeinden oder Städte bei der Bereitstellung digitaler Konnektivitätsdienste für ihre Bewohner zu unterstützen. Die Idee ist, dass erstens die IoT-Geräte, die Teil unseres täglichen Lebens sind, über diese Verbindungen verfügen können, um auf wirtschaftliche Weise „immer verbunden“ zu sein. 

Auch Helium strebt danach, neue Grenzen zu erschließen. Zu diesem Zweck ist Helium kürzlich eine Partnerschaft mit Telefónica und anderen Betreibern auf der ganzen Welt eingegangen, um mit der Bereitstellung von 5G-Netzen zu beginnen. Dies zeigt, dass die Reichweite des Helium-Netzes enorm, aber vor allem zugänglich und nachhaltig sein kann.

Projektanfänge

Verantwortlich für die Entwicklung von Helium sind Shawn Fanning, Amir Haleem und Sean Carey. Das Projekt begann im Jahr 2013, um den Aufbau eines Netzwerks verbundener Geräte zu erleichtern. 

Ihre wichtigste Schöpfung auf dem Weg zu diesem Ziel war der Helium Hotspot. Hierbei handelt es sich um ein kostengünstiges Gerät, das mithilfe der LoRaWAN-Technologie drahtlose Verbindungen mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch herstellt, die sich ideal für mäßigen Datenverkehr eignen, wie man es von IoT-Geräten erwarten würde. 

Der Vorteil von Helium Hotspot besteht darin, dass es sich einem Schwarm von Hotspots anschließen könnte, nicht nur um größere Entfernungen zu überbrücken, sondern auch um viel größere Verbindungsnetze mit größerer Kapazität und geringeren Kosten zu knüpfen.

Der Grund für die Wahl dieses Schemas besteht darin, dass es wirtschaftlicher ist und IoT-Geräte direkt miteinander verbinden kann, sodass der gesamte Datenverkehr nicht über das Internetnetzwerk übertragen werden muss.

Auf diese Weise würde nicht nur ein Netzwerk für diese Geräte geschaffen, sondern gleichzeitig würden auch neue Mechanismen für deren Wartung geschaffen, da die Betreiber mit der Bereitstellung von Diensten und dem Erhalt von HNT-Münzen „schürfen“ würden Entschädigung für ihre Arbeit. 

Darüber hinaus eignen sich Helium-Hotspots aufgrund ihres geringen Verbrauchs hervorragend für den Aufbau von Netzwerken an abgelegenen Standorten, wo andere Arten von Verbindungen viel komplexer und teurer in der Bereitstellung sind.

Das Projekt kündigte den Start seines Projekts an Hauptnetz im Juli 2019, wobei Austin, Texas, die erste Stadt war, in der das Helium-Netzwerk eingesetzt wurde. Somit hat sich das Projekt seit dem Start des Helium-Hotspots weiterentwickelt und seine Nützlichkeit für den Aufbau dieser Art von Verbindungsdiensten unter Beweis gestellt.

Wie funktioniert Helium?

Nun ist der Betrieb von Helium viel komplexer als das, was wir in Blockchain-Netzwerken wie Bitcoin oder Ethereum sehen können. Der Grund dafür ist, dass Helium den Betrieb seiner Blockchain mit dem seiner Hardware vereint, was zur Schaffung wirklich einzigartiger Lösungen führt, die in anderen Projekten nicht zu sehen sind, was eines bedeutet: Helium ist eines der wenigen Blockchain-Projekte, die hat bei der Entwicklung neuer Dienstprogramme für diese Technologie wirklich Innovationen hervorgebracht.

WHIP, ein Standardprotokoll für drahtlose Verbindungen

Eine dieser frühen Kreationen ist WHIP, ein neues, standardkonformes Open-Source-Protokoll für drahtlose Netzwerke. Dieses Protokoll wurde entwickelt, um in Geräten mit geringem Stromverbrauch und großer Reichweite, dem sogenannten LoRaWAN, eingeführt zu werden. Dieses Protokoll ist so konzipiert, dass es mit vorhandenen Funkchips von Dutzenden von Herstellern funktioniert, ohne dass proprietäre Technologien oder Modulationsschemata erforderlich sind, was die Implementierung wesentlich komplexer und teurer machen würde.

Das WHIP-Protokoll von Helium sollte nicht mit dem WHIP-Protokoll von WebRTC verwechselt werden. Beide haben denselben Namen, aber die Funktionalität ist unterschiedlich. Die erste konzentriert sich auf Verbindungen mit geringem Stromverbrauch, großer Reichweite und mittleren Verbindungsgeschwindigkeiten. Mittlerweile hat er zweite (im Zusammenhang mit WebRTC) konzentriert sich auf das Anbieten von Media-Ingest-Verbindungen für Dienste wie YouTube oder andere Ingest-Streaming-Dienste.

Die Aufgabe dieses Protokolls besteht darin, dafür zu sorgen, dass jeder im Netzwerk die „gleiche Sprache“ spricht. Das heißt, Hotspot-Geräte können verschlüsselte Informationen so senden, dass Clients (u. a. IoT-Geräte) diese Informationen empfangen, entschlüsseln und Antworten in „der gleichen Sprache“ ausgeben können. WHIP ist hierfür ideal, da es Open Source ist, sich problemlos in jedes Gerät integrieren lässt und hierfür keine Hardware-Änderungen erfordert.

Während dieses Prozesses werden kryptografische Beweise erstellt, die es ermöglichen, jeden teilnehmenden Knoten als Teil des Netzwerks zu erkennen. Hierzu werden kryptografische Standards verwendet, beispielsweise die asymmetrische Kryptografie unter Verwendung der NIST P-256-Kurve, einem weltweit anerkannten ECDSA-Standard.

DWN, ein dezentrales Schema zur Erzeugung drahtloser Netzwerke

Da wir nun mit dem WHIP-Protokoll über eine „Kommunikationssprache“ verfügen, versucht Helium, eine Netzwerkstruktur zu schaffen, um seinen Betrieb auf physischer Ebene zu unterstützen. Dies ist dank DWN (Decentralized Wireless Network) möglich.

Hierbei handelt es sich um eine einzigartige Struktur, in der Helium-Dienste (und sein WHIP-LoRaWAN-Protokoll) sowie zusätzliche Dienste wie Gateways zum Internet oder anderen drahtlosen Netzwerken (z. B. Satellitenverbindungen oder andere an das Netzwerk anpassbare) miteinander verbunden sind. Die Idee dabei ist, mehrere Helium-Netzwerke zu einem einzigen großen Netzwerk zusammenzuführen, das in der Lage ist, nahtlos durchgängig zu kommunizieren.

Um dies zu erreichen, sind Helium-Clients und -Router in der Lage, Kommunikation entsprechend ihren Anforderungen auszugeben und zu empfangen. Wenn ein Client also eine Kommunikation mit einem Dienst im Internet benötigt, kann er die Anweisung ausgeben, die über das Helium-Netzwerk an das Ziel weitergeleitet wird und die vom Client erwartete Antwort zurückgibt.

Dies ist möglich, weil die Knoten, die Teil des Helium-Netzwerks sind, unterschiedliche Dienste bereitstellen können. Beispielsweise ist ein Helium-Knoten möglicherweise nur ein Signalverstärker oder Verbindungsbeacon, andere Knoten können jedoch erweiterte Verbindungsdienste wie Internetverbindungen bereitstellen, für die sie angemessen entschädigt werden.

Somit können wir folgende Teilnehmer an einem Helium-Netzwerk hervorheben:

1. Client: Dies ist der Punkt, der den Benutzer mit dem Helium-Netzwerk verbindet (z. B. sein mit Helium verbundenes IoT-Gerät).
2. Miner: Er ist für die Bereitstellung der drahtlosen Verbindung zum Helium-Netzwerk verantwortlich, eine Aufgabe, für die er eine finanzielle Vergütung in Form von HNT-Tokens erhält. Ein Miner ist ein Hotspot innerhalb des Netzwerks und die Hauptteilnehmer am Proof of Coverage (PoC)-Protokoll.
3. Router: Router wiederum sind Internetanwendungen, die Daten von den Geräten der Miner kaufen. An Orten mit einer ausreichenden Anzahl von Minern können Router mehrere Miner bezahlen, um genügend Kopien eines Pakets zu erhalten, um ein Gerät zu geolokalisieren, ohne dass Hardware zur Satellitenortung erforderlich ist. Dies ist bei Helium als Standortnachweis bekannt. Somit sind Router der Endpunkt für die Verschlüsselung der Daten von Geräten, die mit dem Netzwerk verbunden sind. Darüber hinaus sind Router dafür verantwortlich, Hotspots zu bestätigen, dass die Daten von den Geräten an das richtige Ziel übermittelt wurden und dass der Miner für seinen Dienst bezahlt werden sollte.

Proof of Coverage, Heliums Konsensnachweis

Proof of Coverage (PoC) ist ein Konsensprotokoll, das speziell für Helium entwickelt wurde. Ziel ist es, die von einem Mining-Hotspot bereitgestellte Abdeckung sowie die Anzahl der erfolgreich bedienten Geräte, Verbindungen und Pakete zu messen, um den Miner mit den entsprechenden HNT-Tokens für seinen Dienst zu belohnen. Grundsätzlich verwendet das System eine Reihe zwischengeschalteter Hotspots, die als „Beacons“ oder „Wireless Witnesses“ dienen und den Routern bestätigen, dass ein Hotspot einen Bereich effektiv abdeckt.

Mit diesen Informationen können Router die Datenmenge, die das Netzwerk verarbeitet hat, und seine Beziehung zum Miner vergleichen, um zu bestätigen, dass Abdeckung geboten wird und die Verbindung erfolgreich zu einer Reihe von Geräten bereitgestellt wurde. Somit dient die Beziehung zwischen versorgter Fläche, angeschlossenen Geräten und verarbeiteten Daten Routern dazu, zu überprüfen, ob ein Hotspot eine Belohnung erhalten kann.

Helium-Token, der den Einsatz und das Wachstum des Netzwerks fördert

Dies ist ein wichtiger Teil des Helium-Betriebs und dank des nativen Helium-Tokens (HNT) möglich. Der Token hat grundsätzlich zwei Hauptverwendungszwecke:

1. Zunächst als Belohnung für Helium-Hotspot-Betreiber für den Aufbau, die Sicherheit und den effektiven Service des Helium-Netzwerks.
2. Die zweite soll als Grundlage für Datenguthaben (Data Credit – DC) dienen, die durch das Verbrennen von Helium-Tokens entstehen. Diese DCs werden zur Zahlung aller Transaktionsgebühren im Netzwerk verwendet.

Im Helium-Netzwerk gibt es mehrere Möglichkeiten, Token zu verdienen, darunter:

1. Netzwerkdatenübertragung: Hotspots übertragen Datenpakete von Geräten, die das Netzwerk nutzen, und werden proportional für ihren Gesamtanteil an übertragenen Daten belohnt.
2. Teilnahme am Abdeckungsnachweis: Access Points validieren die WLAN-Abdeckung ihrer Kollegen.
3. Sie fungieren als Beacons oder Netzwerkzeugen und helfen dabei, den tatsächlichen Umfang des Versicherungsnachweises zu überwachen.
4. Mitarbeit in der Konsensgruppe, die es Hotspots ermöglicht, Transaktionen zu validieren und neue Blöcke zu veröffentlichen. Die Wahrscheinlichkeit, an diesem Konsensprozess teilzunehmen, basiert auf einem Reputationswert, der sich mit der Teilnahme am Abdeckungstest ändert.
5. Als Challenger, also als Hotspots, werden sie ausgewählt, um Nachrichten über das Netzwerk an eine Gruppe von Ziel-Hotspots zu verschlüsseln. Diese Herausforderungen werden vom Proof of Coverage genutzt, um die effektive Funkabdeckung der Knoten zu validieren.

Protokolländerungen

Kürzlich haben sich die Helium-Entwickler und die Community darauf geeinigt, die Funktionsweise des Netzwerks grundlegend zu ändern. Zu diesem Zweck wurde HIP-70 (HIP of Helium Improvements Proposal) vorgestellt, das darauf abzielt, alle Helium-On-Chain-Operationen in das Solana-Netzwerk zu integrieren, was zu einer höheren Geschwindigkeit und Verbesserungen bei der Fähigkeit zur Generierung dezentraler Anwendungen führen würde, ohne dies zu beeinträchtigen Erweitern Sie die einzigartigen Fähigkeiten von Helium. Der Der HIP-70-Vorschlag wurde von der Community angenommen und es wird erwartet, dass die Verbesserung dazu beitragen wird, die Dienste, die Helium seinen Benutzern anbieten kann, konsequenter weiterzuentwickeln.

Helium-Anwendungsfälle

Der vielleicht größte Anwendungsfall von Helium ist die Verbindung von IoT-Geräten für Gemeinden, die miteinander verbundene Netzwerke für diese Art von Geräten erstellen möchten. Beispielsweise ist es möglich, ein Helium-Netzwerk zu schaffen, das eine kontinuierliche Verfolgung der in einem Fischereigebiet durchgeführten Aktivitäten ermöglicht, und zwar auf eine viel wirtschaftlichere Weise als die Verwendung von Hochfrequenzbaken oder teuren GNSS-Geräten.

Eine weitere Verwendung kann in der Schaffung von Netzwerken zur Ortung von Drohnenschwärmen liegen. Diese Art von Netzwerken würde es ermöglichen, Standort, Richtung und Geschwindigkeit effektiver zu koordinieren, und das alles in Echtzeit.

Der Nutzen lässt sich jedoch noch weiter steigern, da die Technologie von Helium an andere Hochfrequenztechnologien angepasst werden kann. Beispielsweise kann eine entfernte Gemeinde mithilfe einer Helium-Netzwerkbereitstellung eine Internetverbindung erhalten, die es ihren Nachbarn ermöglicht, die Verbindung zu nutzen und gleichzeitig die Kosten für deren Aufrechterhaltung zu tragen.

Kurz gesagt, Helium eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten, bei denen die Blockchain-Technologie nicht nur eine sichere Möglichkeit bietet, einen Dienst zu gewährleisten und für dessen Wartung zu sorgen, sondern gleichzeitig auch den Zugang zu Netzwerkressourcen demokratisieren kann, die Gemeinschaften auf der ganzen Welt benötigen.