TechFlow : Helium (HNT)
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TechFlow : Helium (HNT)
Helium vise à inciter les mineurs à déployer des hotspots afin de fournir une couverture réseau sans fil, offrant ainsi aux appareils IoT un accès sans fil à faible consommation et à large portée. Par ailleurs, Helium récompense les mineurs grâce à son mécanisme novateur de preuve de couverture.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesHelium vise à inciter les mineurs à déployer des hotspots afin de fournir une couverture réseau sans fil, offrant ainsi un accès sans fil basse consommation et à large portée aux dispositifs IoT, tout en récompensant ces mineurs via son mécanisme innovant de preuve de couverture (Proof of Coverage). Actuellement, Helium n’a pas de concurrents directs dans cet espace et connaît une croissance rapide, se trouvant sur une trajectoire ascendante continue. Il mérite donc une attention particulière.
Résumé d'investissement
Avec le développement du secteur IoT, le nombre d'appareils connectés tels que les capteurs augmente exponentiellement. En raison des inconvénients liés aux technologies cellulaires traditionnelles – notamment la forte consommation énergétique et les coûts élevés – une demande croissante s’est faite jour pour des réseaux sans fil basse consommation et à large couverture.
Helium utilise actuellement la technologie LoRaWAN, largement adoptée, compatible avec de nombreux appareils et disposant d'une base utilisateur étendue. En tant que seul produit au sein de l'écosystème blockchain proposant un accès réseau sans fil basse consommation et à large portée, Helium dispose d’un avantage compétitif marqué sur ce créneau. Grâce à son mécanisme incitatif basé sur la blockchain, il présente dès ses débuts un coût d’installation et une vitesse de déploiement naturellement supérieurs à ceux des opérateurs IoT traditionnels.
L’équipe de Helium est bien structurée. Le projet a levé environ 164,8 millions de dollars auprès de plusieurs investisseurs de premier plan du secteur, assurant une trésorerie abondante.
Sur le plan technique, l’écosystème Helium implique une chaîne technologique complète : création et distribution de routeurs LoRaWAN longue distance permettant un réseau sans fil basse consommation et à large portée, puis mise en œuvre principalement via une blockchain dédiée combinée à des technologies comme la preuve de couverture (Proof of Coverage, PoC) pour construire un réseau sans fil décentralisé et garantir une couverture efficace. La logique technique globale est claire.
Du côté de l’écosystème, depuis juin 2021, Helium ajoute chaque mois plus de 30 000 hotspots, soit environ 1 000 par jour, et sa taille réseau croît rapidement ces derniers mois. Sur le plan commercial, Helium intègre activement diverses applications IoT, étendant continuellement l’utilisation de son réseau. Aux États-Unis, plusieurs dizaines d’entreprises ont déjà établi des partenariats avec Helium, avec des cas d’usage concrets et des besoins réels de déploiement. Toutefois, l’équipe n’a pas encore divulgué les résultats financiers réels du projet.
Le modèle économique est bien pensé : le jeton HNT est essentiel dans tout l’écosystème et joue un rôle central.
À l’avenir, la priorité absolue pour Helium sera le déploiement d’un réseau sans fil 5G. Si ce déploiement réussit et est adopté, cela représenterait un atout majeur pour le projet. Cependant, il faut garder à l’esprit que le coût du déploiement des stations de base 5G, de l’investissement initial à leur exploitation commerciale, sera extrêmement élevé. De plus, le déploiement du réseau 5G soulève de multiples questions, notamment celles liées aux opérateurs mobiles, aux politiques nationales ou régionales, aux coûts d’exploitation et à l’écosystème terminal.
Présentation générale
Profil du projet
Helium vise à fournir un accès réseau sans fil basse consommation et à large portée aux dispositifs IoT. Grâce à un système de récompenses en jetons, il incite les mineurs à acheter des équipements Hotspot (mineurs de hotspot du réseau Helium), transférant ainsi les coûts initiaux de construction du réseau. Ces hotspots fournissent une couverture réseau aux dispositifs IoT situés à proximité.
Actuellement, l’équipe prévoit de lancer un réseau 5G décentralisé et d’autoriser les opérateurs mobiles à utiliser Helium 5G pour étendre leur couverture.
Informations générales
Source des données : coingecko, au 25 août 2021
Analyse détaillée du projet
Équipe
Selon LinkedIn, l’équipe de Helium compte 78 membres et est basée à San Francisco, États-Unis. Les détails des membres clés sont les suivants :
Tableau 2-1 : Détails de l’équipe Helium
Dans l’ensemble, la composition de l’équipe de Helium est équilibrée, et elle travaille sur la conception du produit depuis 2013, ce qui correspond bien au projet actuel.
Financement
Tableau 2-2 : Détails du financement de Helium
D’après le tableau 2-2 ci-dessus, Helium a levé environ 164,8 millions de dollars, dont des fonds provenant d’investisseurs renommés tels que Multicoin Capital, a16z et GV (anciennement Google Ventures). L’équipe dispose de fonds suffisants et d’une réserve budgétaire durable pour les besoins futurs du projet.
Code
Figure 2-1 : Situation du dépôt de code de Helium
Comme illustré ci-dessus (figure 2-1), depuis son lancement, le projet affiche une fréquence élevée de soumissions de code, témoignant d’un développement stable. Depuis janvier 2020, le nombre de développeurs a progressivement augmenté, et l’équipe technique reste désormais stable avec plus de 30 développeurs permanents.
Produits
Vue d’ensemble
Helium constitue un réseau sans fil pair-à-pair visant à offrir aux dispositifs IoT basse consommation un moyen sécurisé et économique d’interagir avec Internet. Les utilisateurs peuvent acheter un Hotspot (appareil matériel du réseau Helium) pour fournir une couverture réseau aux dispositifs IoT à proximité, participer ainsi à la construction du réseau et gagner des jetons.
Helium représente un nouveau modèle commercial pour le déploiement et la gestion des réseaux sans fil. Traditionnellement, des entreprises comme AT&T, Verizon, T-Mobile, China Mobile, China Unicom ou SoftBank planifient, gèrent et déploient de manière centralisée leurs réseaux sans fil. Elles construisent des stations de base, paient des salaires, transportent des marchandises, et achètent tous les équipements avant même de générer des revenus. Ce processus nécessite des capitaux importants et est lent. Contrairement aux entreprises classiques axées sur les normes 3G/4G/5G, Helium propose un réseau destiné aux dispositifs IoT basse consommation, et utilise un système de récompenses en jetons pour inciter les participants à acheter eux-mêmes les Hotspots (appareils de hotspot), transférant ainsi les coûts initiaux du projet.
Présentation des produits
Helium propose actuellement quatre principaux produits, détaillés ci-dessous :
Tableau 2-3 : Présentation des produits Helium
Hotspot
Helium Hotspot est un routeur sans fil LoRaWAN longue distance, comparable à un routeur Wi-Fi.
Il suffit à l’utilisateur de brancher le Hotspot sur une source d’alimentation, de le connecter au Wi-Fi ou via un port Ethernet, puis de le déployer et synchroniser via le portefeuille Helium pour commencer à fournir une couverture réseau et recevoir les jetons HNT correspondants. Le Hotspot est un dispositif à faible consommation supportant la transmission de données à longue distance, ne consommant que très peu d’énergie (environ 5 watts au pic), avec des coûts d’exploitation réduits. Grâce à ces caractéristiques basse consommation et longue portée, les mineurs peuvent facilement rejoindre le réseau, fournir une couverture et obtenir des récompenses, offrant ainsi aux dispositifs IoT un accès réseau à faible coût et faible consommation.
Initialement développé et distribué par Helium lui-même, après l’approbation de la proposition HIP-19, Helium autorise désormais des fabricants tiers à produire des hotspots après validation communautaire. Actuellement, huit modèles de hotspots LoRaWAN sont compatibles avec Helium : Bobcat, Cal-Chip, Kerlink, LongAP, Nebra, RAK Wireless, Sensecap et Syncrobit. Pour plus de détails, consulter ce lien.
Figure 2-2 : Exemples de mineurs Helium
Console 2.0
Helium Console 2.0 est un outil de gestion d’appareils basé sur le Web, offrant une interface visuelle facilitant aux développeurs et utilisateurs l’enregistrement, la vérification et la gestion de leurs appareils sur le réseau Helium. Outre la gestion des appareils, Console propose des intégrations prédéfinies permettant aux dispositifs de se connecter à des applications cloud préconfigurées ou d’envoyer directement des données via HTTP ou MQTT.
Les fonctionnalités de gestion d’appareils du Console incluent :
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Structure organisationnelle avec étiquettes et permissions par utilisateur.
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Enregistrement d’identifiants d’appareils, connexion sécurisée et authentification.
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Utilisation de crédits de données (Data Credits) sur le réseau Helium.
LongFi
LongFi combine le protocole sans fil LoRaWAN avec la blockchain Helium, permettant ainsi à tout dispositif LoRaWAN de transmettre des données sur le réseau Helium. Ces dispositifs sont généralement des traceurs GPS, des capteurs environnementaux, des pluviomètres, etc.
Les caractéristiques de LongFi sont les suivantes :
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Déploiement simple : LongFi permet aux entreprises de lancer autant d’appareils qu’elles le souhaitent, sans configuration supplémentaire ni aide tierce.
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Roaming des appareils : les appareils connectés sont associés à un identifiant stocké sur la blockchain, pouvant relayer leurs données via chaque hotspot du réseau.
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Récompense en jetons HNT : LongFi permet aux propriétaires d’appareils de gagner des jetons HNT lorsqu’ils contribuent à la transmission de données sur le réseau.
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Compatibilité LoRaWAN : tout dispositif ou capteur LoRaWAN peut être intégré au réseau Helium pour transmettre des données.
Helium Tabs
Figure 2-3 : Suivi des dispositifs avec Helium Tabs
Helium Tabs sont les premiers dispositifs terminaux de localisation fonctionnant sur le réseau Helium. Les utilisateurs peuvent suivre les balises via une application mobile, visualisant leur emplacement actuel et antérieur (uniquement disponibles pour les fréquences UE et États-Unis). Actuellement presque en rupture de stock, l’entreprise de vélos en libre-service Lime utilise déjà Helium pour tracer ses vélos.
Technologie
Aperçu
La construction d’un réseau sans fil décentralisé par Helium implique une chaîne technologique complexe, allant des terminaux matériels aux passerelles serveurs, puis aux serveurs backend, jusqu’à l’interface utilisateur, afin de fournir un accès pratique aux utilisateurs.
Helium a d’abord développé et distribué ses propres routeurs sans fil LoRaWAN longue distance pour créer un réseau basse consommation et à large couverture. Il a également conçu une blockchain dédiée, utilisant son modèle économique pour stimuler efficacement l’expansion et la maintenance du réseau. Pour garantir une couverture effective des hotspots, le mécanisme de preuve de couverture (Proof of Coverage, PoC) exige que les hotspots soumettent périodiquement des preuves cryptographiques de leur position physique et temporelle au réseau Helium, créant ainsi une couverture sans fil compatible WHIP. Les mineurs ayant soumis des preuves sont sélectionnés pendant une période fixe pour rejoindre un groupe de consensus, chargé ensuite de valider les transactions d’autres mineurs et de les regrouper en blocs.
Au niveau des paiements, un modèle « double jeton » combiné à l’OUI (Identifiant Unique Organisationnel) et aux canaux d’état permet des transactions de données fluides. Du côté applicatif, l’évolution de Console vers Console 2.0 améliore continuellement l’accessibilité.
La mise en œuvre de Helium intègre diverses technologies issues de l’IoT traditionnel et de la blockchain. Cette section analyse quelques technologies clés du réseau Helium.
Figure 2-4 : Flux global du système Helium
Le flux de transmission des données sur le réseau Helium suit approximativement le schéma illustré ci-dessus (figure 2-4) :
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Les utilisateurs/mineurs se connectent au réseau Helium via des hotspots.
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Les dispositifs IoT (côté utilisateur) sur Helium utilisent le protocole WHIP pour se connecter de manière sécurisée à plusieurs passerelles locales (Gateway) à portée.
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Une fois connecté au réseau, le hotspot envoie des données chiffrées à toutes les passerelles, qui ajoutent ensuite ces données aux blocs Helium.
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Les passerelles transmettent les données désignées à un routeur spécifique. Une fois le service de transmission fourni, le routeur rémunère la passerelle.
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Le routeur déchiffre les données, finalisant le processus.
Protocole de consensus Helium
La blockchain Helium est une blockchain publique originale et open-source, conçue pour inciter à l’expansion et à la maintenance d’un réseau sans fil physique décentralisé.
Le protocole de consensus Helium s'inspire du système de consensus HoneyBadgerBFT (HBBFT), résistant aux attaques Sybil, permettant une confirmation rapide des transactions, avec des propriétés d’asynchronisme et de résistance à la censure.
Initialement, pour garantir l’efficacité et l’authenticité des données transmises sur la chaîne, Helium sélectionnait aléatoirement des nœuds hotspots pour former un groupe de consensus validant chaque bloc. Cependant, avec la croissance exponentielle du nombre de hotspots et de blocs, ce modèle a affecté la vitesse de production de blocs et l’efficacité du réseau, imposant une pression importante sur le matériel. Helium a donc redéfini le mécanisme de formation du groupe de consensus en introduisant le rôle de « nœud validateur ». Dorénavant, le groupe de consensus sera sélectionné aléatoirement parmi les nœuds validateurs, chargés de la validation des transactions, de la production de blocs et récompensés en conséquence. Les hotspots n’ont plus besoin de synchroniser un nœud complet, améliorant ainsi l’expérience utilisateur et l’efficacité d’utilisation des ressources.
Figure 2-5 : Processus d’exécution des nœuds validateurs
Comme illustré ci-dessus (figure 2-5), le fonctionnement des nœuds validateurs sur le réseau Helium comporte trois étapes principales : 1) Les dispositifs terminaux utilisent le réseau Helium et transmettent des données aux hotspots ; 2) La preuve de couverture (PoC) et les informations associées sont relayées au groupe de consensus ; 3) Le groupe de consensus valide les transactions, atteint un accord et produit un bloc.
Composition du groupe de consensus :
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Les utilisateurs répondant aux exigences techniques peuvent demander à devenir nœud validateur en misant 10 000 jetons HNT (un montant supérieur ne rapporte pas davantage). Il n’y a pas de limite au nombre de validateurs. Lorsqu’un validateur retire sa mise, il subit une période de déverrouillage d’environ 5 mois (250 000 blocs), durant laquelle il ne reçoit aucune récompense ni ne peut transférer ou retirer sa mise.
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À chaque cycle Epoch (30 blocs, environ 30 minutes), le réseau sélectionne aléatoirement 40 nœuds validateurs parmi tous les candidats pour entrer dans le groupe de consensus, chargés de valider les transactions et produire des blocs, et recevant une récompense à la fin du cycle (6 % du total des HNT émis, soit 150 000 HNT par mois). On peut donc estimer qu’un nœud sélectionné gagne en moyenne environ 2,6 HNT par cycle. Actuellement, le nombre de nœuds sur la blockchain Helium atteint 2 252 et continue d’augmenter, rendant la probabilité de sélection de plus en plus faible pour la majorité des nœuds.
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À la fin de chaque Epoch, 25 % des nœuds du groupe de consensus actuel sont remplacés par un nombre équivalent de nouveaux nœuds parmi les validateurs non sélectionnés.
Pour garantir un meilleur service des nœuds validateurs, l’équipe a instauré un « système de pénalité », où la réélection au sein du groupe de consensus, l’opposition de la majorité des nœuds ou le non-respect des obligations entraînent une augmentation du score de pénalité. Ce score n’affecte pas le montant de HNT misé. Lors de la sélection aléatoire des nœuds validateurs pour le prochain groupe de consensus, plus le score de pénalité est élevé, plus la probabilité de sélection diminue, et inversement. Le score de pénalité diminue avec le temps.
Par ailleurs, les utilisateurs ordinaires peuvent choisir de miser leurs HNT via un service tiers de mise en commun, percevant une partie des récompenses de consensus (actuellement un rendement annuel inférieur à 5 %).
Preuve de couverture (Proof of Coverage, PoC)
Le réseau Helium prend actuellement en charge les dispositifs IoT conformes à la norme LoRaWAN, visant à fournir une couverture réseau sans fil mondiale, ouverte et étendue.
Pour assurer la construction d’un réseau sans fil décentralisé mondial, un point clé consiste à vérifier en temps réel si les hotspots fournissent effectivement une couverture réseau à partir de leur position réelle, garantissant ainsi une expansion efficace du réseau. À cette fin, Helium a mis en place un mécanisme de preuve de couverture (Proof of Coverage, PoC).
Le mécanisme PoC exploite les caractéristiques des ondes radio (Radio Frequency, RF) pour fournir des preuves significatives concernant le réseau Helium et ses participants. Plus précisément, PoC repose sur les propriétés RF suivantes :
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La propagation des ondes RF est limitée en distance.
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L’intensité du signal RF est inversement proportionnelle au carré de la distance de transmission.
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Les ondes RF se propagent à la vitesse de la lumière, rendant la transmission instantanée.
En exploitant ces propriétés, la blockchain Helium utilise un mécanisme appelé « défi PoC » pour interroger régulièrement les hotspots du réseau. Ces preuves de couverture sont générées en continu et stockées indéfiniment sur la blockchain. Chaque « défi » représente une vérification indépendante de la preuve de couverture. À ce jour, la blockchain Helium a publié et traité des dizaines de millions de défis. Chaque nouveau défi enrichit la base de données sur la qualité de la couverture réseau.
Un défi PoC implique trois rôles distincts :
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Le lanceur de défi (Challenger) : un hotspot du réseau Helium peut lancer un défi toutes les 300 blocs environ (toutes les 5 heures), choisi aléatoirement parmi les autres hotspots. Le lanceur reçoit une récompense en HNT, offrant des revenus stables.
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Le défié (Transmitter, parfois appelé Challengee) : le hotspot défié reçoit l’information du défi et émet alors un beacon radio (RF Beacon) omnidirectionnel. Les hotspots voisins qui captent ce beacon agissent comme témoins, renvoyant l’information au réseau Helium pour validation. Le défié ne reçoit une récompense que s’il y a des témoins valides. Plus il y a de témoins valides, plus la récompense est élevée, mais au-delà de 4 témoins, l’augmentation marginale décroît.
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Le témoin (Witness) : tout hotspot captant le beacon devient témoin et renvoie l’information au réseau Helium. À chaque Epoch, le groupe de consensus juge la validité du témoignage selon une série de critères logiques : positions respectives, preuves cryptographiques, intensité du signal et atténuation. Après un témoignage validé, le témoin reçoit une récompense.
Concernant les témoins, lorsque le nombre de témoins valides est inférieur ou égal à 4, la récompense unitaire par témoin reste constante. Au-delà de 4, la récompense unitaire diminue. Pour plus de détails, voir la figure 2-6 ci-dessous :
Figure 2-6 : Courbe de rendement des témoins
La communauté ajuste régulièrement la répartition des récompenses PoC via de nouvelles propositions HIP, encourageant l’optimisation stratégique du déploiement des hotspots et favorisant ainsi un développement sain de l’infrastructure réseau.
En termes simples, le mécanisme PoC fait envoyer au hotspot défié un signal beacon attestant de sa position fixe. Les hotspots voisins (témoins) utilisent une série de logiques, notamment des impulsions continues, pour confirmer sa position physique, empêchant ainsi toute tentative de géolocalisation frauduleuse.
Achat de paquets de données (Packet Purchasing)
La réalisation de l’échange de valeur entre fournisseurs et utilisateurs de données sans fil est au cœur du réseau Helium. Ce processus s’effectue via deux primitives spécifiques sur la blockchain Helium :
1) Identifiant Unique Organisationnel (Organizationally Unique Identifiers, OUI)
L’OUI est une identité enregistrée sur la blockchain Helium. Pour envoyer et recevoir des paquets de données aux dispositifs terminaux, un utilisateur réseau doit disposer d’un OUI, qu’il possède ou qu’il utilise via un tiers comme Console officiel de Helium.
L’OUI possède certaines caractéristiques liées à LoRaWAN et au routage des paquets (voir documentation). Pour la blockchain, l’essentiel est que seul un adresse libp2p enregistrée comme point de terminaison OUI peut ouvrir et fermer des canaux d’état.
2) Canaux d’état (State Channels)
Les canaux d’état sont des chaînes latérales ouvertes par un opérateur OUI (toute adresse libp2p enregistrée sur un OUI). Via une transaction state_channel_open, l’opérateur doit miser deux fois le montant de crédits de données (Data Credits, voir modèle économique) utilisables dans le canal. Une durée de validité en nombre de blocs est également définie.
Une fois le canal ouvert, le hotspot et l’opérateur OUI peuvent effectuer des transactions à l’intérieur. Le processus général est le suivant :
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Le hotspot fournit les paquets de données collectés à l’opérateur OUI.
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L’opérateur OUI décide d’acheter ou non les paquets. S’il accepte, il signe la transaction.
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Après signature, les données sont transférées du hotspot à l’opérateur, qui paie les crédits de données correspondants.
Protocole sans fil WHIP
Plusieurs technologies LPWAN (Low Power Wide Area Network) sont disponibles pour assurer la communication entre dispositifs, routeurs et passerelles. Ces technologies sans fil sont conçues pour créer des communications Internet longue distance et basse consommation adaptées aux capteurs et autres dispositifs intelligents. Toutefois, elles sacrifient le débit à la distance, avec des vitesses de transmission aussi basses que 18 bits par seconde (bps).
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