ヘリウム（HNT）レポート｜トップクラスの倉庫研究
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ヘリウム（HNT）レポート｜トップクラスの倉庫研究
Heliumは、対応するインセンティブを通じてマイナーがホットスポットを展開し、無線ネットワークのカバレッジを提供することを促進することを目的としています。これにより、IoTデバイスに低消費電力で広範囲な無線ネットワーク接続を提供するとともに、独自の「カバレッジプルーフ（Coverage Proof）」メカニズムを通じてマイナーに報酬を与えます。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察Heliumは、インセンティブを活用してマイナーがホットスポットを展開し、無線ネットワークのカバレッジを提供することで、IoTデバイスに低消費電力で広範囲な無線ネットワーク接続を提供することを目指しています。独自の「カバレッジ証明（Proof of Coverage）」メカニズムを通じてマイナーに報酬を付与します。現在、同分野での直接的な競合は存在せず、最近の事業成長スピードも非常に速く、継続的な上昇トレンドにあるため、注目すべきプロジェクトです。
投資概要
IoT産業の発展に伴い、センサーなどのIoTデバイスの設置台数は指数関数的に増加しています。従来のモバイルセルラー通信技術に基づくIoTデバイスは消費電力が大きく、コストが高いという欠点があり、低消費電力・広範囲カバーの無線ネットワークに対する需要が高まっています。
Heliumは現在、主流であるLoRaWAN長距離無線技術を採用しており、互換性のあるデバイスが多く、ユーザー層が広いのが特徴です。ブロックチェーンエコシステム内で低消費電力・広範囲カバーの無線ネットワーク接続を提供する唯一の製品として、Heliumはこの分野における競争優位性が顕著です。また、ブロックチェーンのインセンティブメカニズムと組み合わせることで、初期段階の設備構築コストや普及スピードにおいて、従来のIoT通信事業者よりも自然に優位に立っています。
Heliumのチーム体制は比較的適切であり、プロジェクトの総調達額は約1億6480万ドルに達し、業界トップクラスの複数の投資機関から支援を受けており、財務基盤は堅固です。
技術面では、Heliumエコシステムは長い技術チェーンを含んでいます。まず自社でLoRaWAN遠距離無線ルーターを開発・配布し、低消費電力・広範囲カバーの無線ネットワークを実現しました。その後、主にHeliumパブリックチェーンを構築し、「カバレッジ証明（Proof of Coverage，PoC）」などの技術を組み合わせることで、非中央集権型の無線ネットワークの構築と有効なカバレッジを実現しています。全体の技術ロジックは明確です。
エコシステム面では、2021年6月から毎月3万台以上のホットスポットを増加させ、平均して1日あたり約1,000台のペースで成長しており、ネットワーク規模はここ数ヶ月で急速に拡大しています。ビジネス面でも、HeliumはさまざまなIoTアプリケーションとの統合を積極的に進め、プロジェクトの利用拡大を図っています。現在、米国では数十の企業がHeliumとパートナーシップを結び、実際に応用されたユースケースと実際の導入ニーズがあります。ただし、プロジェクトの実際の収益状況については、チーム側からまだ開示されていません。
経済モデルの設計も比較的適切であり、HNTトークンはエコシステム内での必需品として重要な役割を果たしています。
将来において、Heliumの次の段階で最も重要な課題は5G無線ネットワークの展開です。これが成功裏に導入され、採用されれば、プロジェクト全体にとって大きな好材料となるでしょう。しかし一方で、5G基地局の建設には、導入から商用化までのコストが非常に巨大になる可能性があることに注意が必要です。さらに、5Gネットワークの展開には、5G通信事業者、各国・地域の政策、運用コスト、端末エコシステムなど、多岐にわたる課題が関わってきます。
基本概要
プロジェクト概要
Heliumは、IoTデバイスに低消費電力・広範囲カバーの無線ネットワーク接続を提供することを目指しています。トークンによるインセンティブを活用し、ホットスポット所有者がHotspotデバイス（Heliumネットワーク内のマイニング装置）を購入することで、プロジェクト立ち上げ時の建設コストを転嫁しています。これにより、Hotspotの有効カバレッジ範囲内にあるIoTデバイスに無線ネットワーク接続を提供します。
現在、チームは分散型5Gネットワークの展開を計画しており、モバイルネットワーク事業者がHelium 5Gを利用して信号カバレッジを拡大できるようにすることを目指しています。
基本情報
データ元：coingecko、2021年8月25日時点
プロジェクト詳細
チーム
公式LinkedInによると、Heliumチームは全78名で、本社は米国サンフランシスコにあります。主要メンバーの詳細は以下の通りです：
表2-1 Helium チーム詳細
全体として、Heliumのチーム構成は比較的適切であり、2013年からHeliumのプロダクト設計を開始しており、現在のプロジェクトとの整合性も高いと言えます。
資金
表2-2 Helium 調達資金詳細
上記表2-2より、Heliumの累計調達額は約1億6480万ドルであり、業界トップクラスの投資機関であるMulticoin Capital、a16z、GV（旧Google Ventures）などが参加しています。チームの資金は豊富であり、今後のプロジェクト運営のために持続可能な財政準備金が確保されています。
コード
図2-1 Heliumコードリポジトリ状況
上記図2-1の通り、Heliumはサービス開始以来、頻繁にコードがコミットされており、開発は安定しています。開発者数は2020年1月から徐々に増加しており、現在は30名以上が長期的にプロジェクト開発に従事しています。
製品
概要
Heliumはピアツーピアの無線ネットワークであり、低消費電力のIoTデバイスが安全かつ経済的にインターネットとやり取りできるようにすることを目的としています。消費者はHotspot（Heliumネットワーク上のハードウェアホットスポット）を購入することで、周辺のIoTデバイスに信号カバレッジを提供し、ネットワーク構築に参加しながらトークン報酬を得ることができます。
Heliumは、無線ネットワークの展開と管理の新しいビジネスモデルを代表しています。従来、AT&T、Verizon、T-Mobile、中国移動、中国聯通、ソフトバンクといった通信事業者は、集中型で無線ネットワークを計画・管理・展開していました。彼らは基地局を建設し、人件費を払い、機材を輸送し、収益が発生する前からすべての設備を購入していました。無線ネットワークの構築には巨額の資金が必要であり、そのプロセスは非常に遅いものでした。一方、Heliumネットワークは伝統的な企業のように3G/4G/5Gを追求しません。代わりに、低消費電力のIoTデバイス向けのネットワークを提供し、トークンインセンティブを通じて参加者が自らHotspots（ホットスポット機器）を購入するように誘導することで、プロジェクト立ち上げ時の建設コストを転嫁しています。
製品紹介
現在、Heliumには主に4つの製品があり、詳細は以下の通りです：
表2-3 Helium 製品紹介
Hotspot
Helium Hotspotは、LoRaWAN遠距離無線ルーターであり、Wi-Fiルーターのようなものと考えてください。
ユーザーはHotspotを電源に接続し、Wi-Fiまたはイーサネットポートに接続した後、Heliumウォレット上で展開・同期を完了すれば、無線ネットワークのカバレッジを提供し、対応するHNTトークンを獲得できます。Hotspotは低消費電力で長距離データ転送をサポートする装置であり、消費電力は少なく、ピーク時でも約5ワット程度の消費電力しか必要とせず、運用コストが低いのが特徴です。この低消費電力・長距離伝送の特性により、マイナーは簡単な設定だけでネットワークに参加し、無線カバレッジを提供して報酬を得ることができ、IoTデバイスに低コスト・低消費電力のネットワーク接続手段を提供できます。
Helium Hotspotは当初、Heliumが自社で開発・配布していましたが、HIP-19提案が承認された後、第三者のホットスポット（Hotspot）メーカーおよびサプライヤーがコミュニティに申請し、製造を許可されるようになりました。現在、HeliumがサポートしているLoRaWANホットスポットマイナーは8種類あり、Bobcat、Cal-Chip、Kerlink、LongAP、Nebra、RAK Wireless、Sensecap、Syncrobitです。各マイナーの詳細はこちらのリンクをご確認ください。
図2-2 Helium マイニング機器一部展示
Console 2.0
Helium Console 2.0はWebベースのデバイス管理ツールであり、開発者やユーザーがHeliumネットワーク上で自分のデバイスを登録・検証・管理できる視覚的インターフェースを提供します。デバイス管理に加えて、Consoleは「統合（Integrations）」と呼ばれる事前構築された接続機能を提供し、デバイスが事前に設定されたクラウドサービスアプリケーションに接続したり、HTTPまたはMQTT経由でデータを直接送信できるようにします。
Heliumコンソールのデバイス管理機能には以下が含まれます：
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ラベルとユーザーごとのアクセス権限を持つ組織構造。
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デバイスIDの登録、セキュアログインおよび認証。
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Heliumネットワーク内でのデータクレジット（Data Credits）の使用。
LongFi
LongFiは、LoRaWAN無線プロトコルとHeliumブロックチェーンを統合したもので、あらゆるLoRaWANデバイスがHeliumネットワーク上でデータを転送できることを意味します。これらのデバイスは通常、GPSトラッカー、環境センサー、気象計などです。
LongFiの特徴は以下の通りです：
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導入の簡便さ：LongFiは企業ユーザーが追加の設定や第三者の支援なしに、必要なだけ多くのデバイスを起動できるようにします。
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デバイスローミング：接続されたデバイスはブロックチェーン上に保存されたIDとマッピングされ、各ホットスポットを介して中継され、ネットワーク内でデータを送信できます。
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HNTトークンインセンティブ：LongFiは、デバイス所有者がネットワークのデータ転送を支援する際に、対応するHNTトークンを獲得できるようにします。
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LoRaWAN対応：あらゆるLoRaWANデバイスやセンサーがHeliumネットワークと統合され、データを転送できます。
Helium Tabs
図2-3 Helium Tabs 追跡デバイス
Helium Tabsは、Heliumネットワーク上で動作する初のエンドポイント位置追跡デバイスです。ユーザーはモバイルアプリを使ってタグトラッカーを追跡でき、過去の位置履歴と現在地を確認できます（EUおよび米国の周波数のみ対応）。現在、ほぼ完売状態にあり、シェアサイクル会社Limeはすでに自社の自転車追跡にHeliumを使用しています。
技術
概要
Heliumは非中央集権型の無線ネットワークを構築しており、技術的には端末ハードウェアからゲートウェイ、バックエンドサーバーまで一連のセットアップを経て、最終的にアプリケーション層に至り、ユーザーが簡単に接続できる方法を提供しています。この過程には非常に長い技術チェーンが関係しています。
まず、Heliumは自社でLoRaWAN遠距離無線ルーターを開発・配布し、低消費電力・広範囲カバーの無線ネットワークを実現しました。また、専用のパブリックチェーンを開発し、その経済モデルによって無線ネットワークの拡張と維持を効果的にインセンティブ化しています。ネットワーク中のホットスポットの有効カバレッジを保証するため、「カバレッジ証明（Proof of Coverage，PoC）」メカニズムを採用しています。無線ネットワークカバレッジを提供するホットスポット（Hotspot）は、暗号化された物理的位置と時間内に、Heliumネットワークに対して証明を提出し、WHIP互換の無線ネットワークカバレッジを生成します。証明を提出したマイナーは固定期間ごとにコンセンサスグループに選出され、他のマイナーからの取引を受け取り、ブロックにまとめます。
支払い面では、「二重トークン」モデルに加え、OUI（Organizationally Unique Identifier）とステートチャンネルを組み合わせることで、データ取引の利便性を実現しています。アプリケーション面では、ConsoleからConsole 2.0への進化により、接続の敷居が継続的に最適化されています。
Heliumの実装には、従来のIoTとブロックチェーンの両方の技術が関係しており、本章ではHeliumネットワーク内のいくつかの重要な技術について詳しく分析します。
図2-4 Helium システム全体の流れ
Heliumネットワークのデータ転送の流れは、上記図2-4の通りです：
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ユーザー／マイナーはHotspotsホットスポット機器を介してHeliumネットワークに接続します。
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Helium上のIoTデバイス（ユーザーサイド）は、WHIPプロトコルを使用して、伝送範囲内の複数のローカルゲートウェイ（Gateway）に安全に接続します。
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デバイスがネットワークに参加すると、Hotspotsは暗号化されたデータをすべてのゲートウェイに送信し、各ゲートウェイはデータをHeliumブロックに追加します。
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ゲートウェイは指定されたデータを指定されたルーター（Router）に送信します。ルーターはデータ転送サービスを受け取った後、ゲートウェイに料金を支払います。
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ルーターがデータを復号化し、プロセス終了です。
Helium コンセンサスプロトコル
Heliumブロックチェーンは、非中央集権型の物理的無線ネットワークの拡張と維持をインセンティブ化するためのオリジナルオープンソースパブリックチェーンです。
Heliumコンセンサスプロトコルは、HoneyBadgerBFT（HBBFT）コンセンサスシステムを参考にしており、シンジケート攻撃（Sybil Attack）に対しても耐性を持ち、高速で取引を確定でき、非同期性と検閲耐性の特徴を持っています。
当初、チェーン上のデータの有効性と真実性を保証するため、Heliumはすべてのホットスポットからランダムにコンセンサスノードを選出し、コンセンサスグループを構成して各ブロックを検証していました。しかし、ネットワーク上のホットスポット数とブロック数が急激に増加するにつれ、既存の方式はブロック生成速度と実行効率に影響を与え、ネットワーク内のハードウェアに極めて大きな負荷をかけるようになりました。そのため、Heliumはコンセンサスグループの生成メカニズムを再設計し、「検証ノード（Validator）」という新たな役割を導入しました。つまり、Heliumブロックチェーンのコンセンサスグループは検証ノードの中からランダムに選出され、チェーン上の取引検証、ブロック生成などのコンセンサス作業を担当し、報酬を得ます。これにより、ホットスポットはフルノードの同期を行う必要がなくなり、Heliumネットワークのユーザー体験とリソース利用効率の向上が図られます。
図2-5 検証ノードの動作プロセス
上記図2-5の通り、Heliumネットワークにおける検証ノードの動作プロセスは大まかに3つのステップに分けられます：1）端末デバイスがHeliumネットワークを使用し、データをホットスポットに転送；2）カバレッジ証明（Proof of Coverage，PoC）とデバイス関連情報をコンセンサスグループに転送；3）コンセンサスグループが取引を検証し、合意に達した後、ブロックを生成します。
コンセンサスグループの構成：
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技術要件を満たすユーザーは、10,000 HNTをステーキングすることで検証ノードの申請が可能です（1万枚を超えるステーキング量は報酬に影響しません）。検証ノードの上限はありません。検証ノードがステーキング解除を申請すると、約5か月（25万ブロック）のロック期間が必要で、この期間中は報酬を受け取れず、ステーキング額の移動や引き出しができません。
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各Epoch周期（30ブロック、約30分）、ネットワークはすべての検証ノードからランダムに40ノードを選出してコンセンサスグループに選出し、取引検証、ブロック生成などのコンセンサス責任を担い、そのEpoch終了時に対応するコンセンサス報酬を受け取ります（コンセンサス報酬はHNT放出総量の6%、つまり15万HNT/月）。
したがって、各Epochでコンセンサスグループに選ばれたノードは平均して約2.6 HNTの追加報酬を得られると計算できます。現在、Heliumチェーン上のノード数は2,252に達しており、さらに増加中です。そのため、ほとんどのノードがコンセンサスグループに選ばれる確率はますます小さくなっています。 -
各Epoch終了時に、既存のコンセンサスグループから25%の検証ノードを除外し、未選出の検証ノードから同数のノードを選出して交代させます。
検証ノードがネットワークにより良いサービスを提供できるよう、チームは「ペナルティスコアメカニズム」を設けました。再選挙、多数のコンセンサスノードからの反対、検証ノードが規定通りコンセンサス責任を果たせない場合、ペナルティスコアが増加します。ペナルティスコアはステーキングされたHNT元本には影響しません。検証ノードがコンセンサスグループに選ばれる際、ペナルティスコアが高いほど次期グループに選ばれる確率が低くなり、逆にスコアが低いほど選ばれやすくなります。各ノードのペナルティスコアは時間とともに減少します。
また、一般ユーザーは第三者ノードのステーキングサービスを利用し、自身のHNTをステーキングすることで、一部のコンセンサス報酬を得ることも可能です（現在の年間利回りは5%未満）。
カバレッジ証明（Proof of Coverage，PoC）
Heliumネットワークは現在、LoRaWAN規格のIoTデバイスをサポートしており、開放的で大規模なグローバル無線ネットワークカバレッジを提供することを目指しています。
非中央集権型グローバル無線ネットワークの構築を保証する上で、重要なポイントの一つは、ホットスポットが本当に正確な位置で無線ネットワークカバレッジを提供しているかをリアルタイムで検証し、ネットワークの有効な拡張を確保することです。これを実現するために、Heliumはカバレッジ証明（Proof of Coverage，PoC）メカニズムを構築しました。
PoCメカニズムは、電波（Radio Frequency，RF）の特性を利用して、Heliumネットワークとその参加者に有意義な証明を提供します。具体的には、PoCメカニズムは以下のRF特性に依存しています：
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RFの物理的伝播には距離制限がある；
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RF信号の強度は伝送距離の二乗に反比例する；
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電波は光速で伝播するため、ネットワーク伝送には遅延がない。
これらの特性を活用して、Heliumブロックチェーンは「PoCチャレンジ」というメカニズムを使い、ホットスポットに対して継続的に問い合わせを行い、これらの無線カバレッジの証明は継続的に生成され、永久にチェーン上に保存されます。各「チャレンジ」は独立したPoC検証を表しています。これまでに、Heliumブロックチェーンは数千万のチャレンジを発行・処理してきました。新しいチャレンジが発生するたびに、ブロックチェーンはネットワークカバレッジ品質に関するさらなるデータを記録しています。
PoCチャレンジには、以下の3つの異なる役割が関与しています：
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挑戦者 (Challenger)：Heliumネットワーク内のホットスポットは、約300ブロック（約5時間）ごとにネットワーク内のランダムなホットスポットに対してチャレンジを発起でき、挑戦者は対応するHNT報酬を受け取ります。挑戦者の場合、チャレンジを発起すれば報酬が得られるため、収益は比較的安定しています。
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被挑戦者 (Transmitter，時としてChallengeeとも呼ばれる)：チャレンジされたホットスポット（PoC照会の対象）は、チャレンジ情報を受信後、チャレンジ内容に基づき、無差別な無線ビーコン（RF Beacon）を発信します。周囲のホットスポットがこのビーコンを受信すると、証人（Witness）となり、情報をHeliumネットワークに返信して検証を行います。各チャレンジは有効な証人がいることで、被挑戦者が報酬を得られます。
被挑戦者の場合、有効な証人が多いほど報酬も多くなります。有効証人が4つを超えると、報酬の増加率は逓減します。 -
証人 (Witness)：ビーコンを受信したホットスポットが証人となり、チャレンジ情報をHeliumネットワークに返信します。各Epochのコンセンサスグループは、証人と被挑戦者の位置、暗号学的証拠、信号強度と減衰の妥当性などを基に、この証明が有効かどうかを判定します。有効な証明を行った証人は、対応する報酬を受け取ります。
証人の場合、チャレンジの有効証人が4以下の場合、各証人の単位報酬は一定ですが、4を超えると、各証人の単位報酬は逓減します。詳細データは下記図2-6を参照してください：
図2-6 証人収益変化曲線
コミュニティは新しいHIP提案を通じて、PoC報酬の分配を継続的に調整し、各ホットスポットの展開戦略の最適化を促進し、ネットワークインフラの健全な展開と発展を推進しています。
簡単に言えば、POCメカニズムは、被挑戦されたホットスポットが固定位置装置のビーコンを送信し、それを受信した周囲のホットスポット（証人）が、被挑戦者が送信した連続パルス回路などの一連の論理に基づいて、その物理的位置を確認することで、不正なホットスポットによる虚偽の位置情報表示を防止します。
データ取引（Packet Purchasing）
無線データプロバイダーとユーザー間の価値交換を実現することは、Heliumネットワークの核心です。データ取引はHeliumブロックチェーン上で2つの特定プリミティブによって実現されています：
1）組織的固有識別子（Organizationally Unique Identifiers，OUI）
組織的固有識別子（OUI）は、Heliumブロックチェーン上の登録身分です。端末デバイスにデータパケットを送受信するには、ネットワークユーザーにOUIが必要です。これは、ユーザー自身のOUIでも、第三者が運営するOUI（例えばHelium公式運営のConsole）でも構いません。
OUIには、LoRaWANおよびデータパケットルーティングに関連するいくつかの特性があります（詳細は該当箇所参照）。ブロックチェーンにとっては、OUIエンドポイントとして登録されたlibp2pアドレスのみが、ステートチャンネルの開閉を代表できることが重要です。
2）ステートチャンネル（State Channels）
ステートチャンネルは、OUIオペレーター（OUIに登録された任意のlibp2pアドレス）によって開設されるサイドチェーンです。state_channel_open取引を通じて、オペレーターはステートチャンネル内で使用可能なデータクレジット（Data Credits、経済モデル参照）の2倍に相当する額をステーキングする必要があります。また、チャンネルの有効期限までのブロック数も設定されます。
一旦ステートチャンネルが開設されると、ホットスポットとOUIオペレーターはチャンネル内で取引を行うことができます。一般的な流れは以下の通りです：
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ホットスポット（Hotspot）が収集したデータパケットをOUIオペレーターに提供；
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OUIオペレーターがデータパケットを購入するかどうかを決定し、購入を決定した場合は取引に署名；
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取引に署名後、データパケットがホットスポットからOUIオペレーターに渡される；オペレーターはホットスポットに相当するデータクレジット（Data Credits）を支払います。
WHIP 無線プロトコル
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