物聯網龍頭分析——IOTA
研究員：魏亞軍
2018.5.2
IOTA介紹
IOTA是一種新型的數字加密貨幣，專注于解決機器與機器（M2M）之間的交易問題。通過實現機器與機器間無交易費的支付來構建未來機器經濟（MachineEconomy）的藍圖。IOTA提供高效，安全，輕便，實時的微交易，并且不產生交易費用。 它是開源的，去中心化的數字加密貨幣，是專門為物聯網而設計的，它是實時微交易，并且能夠簡單方便的進行擴展。IOTA超越了blockchain技術。它是第一個用于整個生態系統的，基于非區塊鏈技術加密貨幣。IOTA超越了區塊鏈技術，是區塊鏈技術的延展。IOTA是基于纏結（tangle）而非區塊鏈技術。
項目特點/優勢
擴展性（Scalability）
IOTA的拓展性是隨著交易節點的增多而增長的，這一點與區塊鏈有一定的區別。網絡會隨著交易數量的增加而越來越強健。IOTA 能夠達成極高的交易流量，如果有越多的交易建立，交易確認的速率也會越來越快。
去中心化（Decentralisation）
所有IOTA都是在初始塊創建的，總數不變，也不用開采，IOTA是非通貨膨脹的。因此，IOTA 也并沒有礦工的設計，每個建立交易的人同時也是驗證交易的人，這代表每個人在建立共識的機制中均扮演相同的角色地位。
無交易手續費（No transaction fees）
這是通過IOTA獨特的共識方法實現的。通常為了讓交易得到驗證并且納入下一區塊中，是需要支付交易手續費的，但IOTA系統中不存在礦工或驗證者（來完成這項工作，因此不需要支付手續費）。IOTA的共識是完全去中心化的，每位網絡成員都能發起交易，直接或間接地確認過去的交易，其在網絡中的地位和權力是相同的。正是因為這種共識固有的特點（交易終端選擇和計算需求），才不用支付手續費。
抵抗量子計算（Quantum computingprotection）
量子計算尚在非常前期的開發階段，但目前預計此類科技將會在 2030 或 2050 年發展成熟。量子電腦將能夠以極快的速度破解現今大多數的信息加密手段。IOTA 使用的是 Winternitz One-Time SignatureScheme 屬于能夠抵擋量子計算的演算法。
（參考資料：https://eprint.iacr.org/2011/191.pdf）
應用場景廣泛
IOTA項目特有的共識機制以及運行模式，決定了其很適合進入智能城市、基礎設施和智能電網、供應鏈、運輸和移動性等領域。除此之外，IOTA能夠成為任何P2P交易結算的蜘蛛，比如說網絡支付甚至是匯款。在互聯網向物聯網大發展的基礎之上，IOTA準確把握未來發展的方向，為將來的大規模應用提供技術支持。
項目團隊
3.1基金會
IOTA基金會于2017年11月4日由Dominik Schiener和David S?nsteb?在德國成立，為正式非營利組織，是獲得柏林基金監管委員會認可、德國第一家合法的數字貨幣類的基金會，是數字貨幣在德國歷史上重要的里程碑。
由于在眾籌中，開發商/創始人并未保留任何的代幣，IOTA社區最終決定通過捐贈的方式來支持項目的持續發展，并在德國注冊了非營利性的“IOTA”基金會，基金會總計獲得了5%的社區捐贈代幣。IOTA創始人將IOTA的基礎層級設計為開放源代碼，免費使用并由一個獨立和中立的非營利實體領導，將政府和行業聯合起來，幫助實現IOTA愿景。
愿景：
l 研究和確保基礎協議層，并創造新的知識，以利于經濟背后的生態系統。
l 發展為社會，合作伙伴和生態系統的使用，并擴大在生產就緒型軟件。
l 教育和推廣新一代的技術和用例，以了解并確保基金會的成功。
l 規范并確保事物經濟的成熟和廣泛采用。
IOTA基金會受正式章程管理，其中包括：
l 理事會設立并實現基金會的愿景并開展運營。
l 監事會指導和監督理事會的表現。
l 咨詢委員會提供獨立的意見，觀點和方向。
3.2核心團隊成員
IOTA的核心創始團隊有4人，創始人為David S?nsteb?，另有3名聯合創始人分別是Sergey Lvancheglo、Dominik Schiener以及Serguei Popov。這4位核心創始人在區塊鏈和物聯網領域均有多年的專業經驗以及很高的學術水平。
IOTA目前的核心團隊成員以工程師、研究人員和開發者為主，在官網公開的33名團隊成員中，有27名為以上三者之一，，其中大多數研發人員學歷高，開發經驗和研究經驗不僅豐富，更涉及諸多行業，包括人工智能、神經網絡、加密技術、云技術、分布式系統等等前沿科技領域，對于IOTA在實體商業中的運用有非常強力的助推作用。
項目創始人和核心開發人員都有1到2個區塊鏈項目的開發經驗，技術實現能力強。其中Serguei Popov還發表了很多有關Tangle的論文，是該領域的重要專家，為IOTA的核心技術提供了重要的學術經驗。而核心開發人員Sergey Ivancheglo更是NXT項目的主要開發人員。
總體來說，由于非盈利的理念以及社區的逐漸建立，目前參與到IOTA項目及基于Tangle額第三方應用的社區開發人員逐漸龐大，目前有超過100人，并且大量基于底層技術的第三方應用正在緊密開發之中。
團隊/顧問
IOTA并未進行私募，2015年，IOTA在Bitcointalk上面完成眾籌，任何人都可以參與，總共募集了總量1337枚比特幣的資金，開發商/創始人并沒有保留任何代幣，Token 100%發行。
在沒有通脹的情況之下，IOTA代幣的二級市場表現還是不錯的，最高時曾達到$5.69的高位，相比較于ICO總額約50萬美元 100%代幣（2,779,530,283M IOTA）的成本來說，即便是在數字貨幣市場，也是令人瞠目結舌的價值幣，更不用提隨著Tangle網絡的擴大，交易速度的提升，目前IOTA$2.05的價格仍然有很大的升值空間。
開發路徑以及核心技術板塊
5.1發展路線
l 2017/04/01在testnet中，首批1000000個確認的交易
l 2017/05/05發布1000萬美元的生態基金
l 2017/05/22成為分布式身份DLF基金會成員
l 2017/06/16開始在bitfinex上交易，以15億美元的市值打破記錄
l 2017/07/15成為Trusted IOT Alliance創始成員
l 2017/08/06開始時間戳
l 2017/08/20開展閃電頻道
l 2017/10/19與BOSCH（博世）和1871在芝加哥成立聯合辦公室
l 2017/11/04IOTA基金會成立
l 2017/11/04引入掩碼認證
l 2017/11/27在閃電通道開啟兩個月的黑客馬拉松競賽
l 2017/11/28啟動IOTA數據市場項目
l 2017/12/14Tangle的納什均衡證明
l 2017/12/19羅伯特博世風險投資公司投資IOTA
l 2017/12/22“東京市京都政府計劃”選擇IOTA進行合作孵化
l 2018/01/30臺北市政府和IOTA基金會合作搭建智慧城市
l 2018/02/08宣布成立IOTA生態系統平臺
從IOTA一年多以來的發展進程來看，IOTA目前的側重點仍然在兩個方面：
技術的持續開發
盡管已經完成了初步的結構，但是技術開發仍然是IOTA運營的重中之重，只有將IOTA真正的和實際商業場景進行結合，才會使IOTA真正獲得價值
商業應用的拓展
在開發緊鑼密鼓的進行之中，IOTA基金會積極的尋求與傳統企業進行相關合作的機會，在非常多的實際商業場景下進行IOTA的針對性開發和應用，這一點無論是對推進IOTA項目進展還是促進物聯網技術的發展都是極重要的。
5.2IOTA研發進展
5.3 Tangle纏結和有向無環圖（DAG）
IOTA可以說是超越了區塊鏈技術，是區塊鏈技術的延展。他們創造了一種全新的“Tangle（纏結）”，Tangle（纏繞）是分類賬結構的名稱，Tangle就像區塊鏈一樣，但它使用網絡結構而不是鏈狀結構，這使它更具拓展性和穩定性。創始人David S?nsteb? 認為“Tangle（纏結）”會是比以太坊和比特幣更好的替代品。
Tangle（纏結）是基于定向非循環圖的（DAG），而不是一種連續的鏈式架構，定期添加區塊。通過DAG，IOTA能夠實現較高的交易吞吐量（平行驗證），并且不收取交易手續費。隨著Tangle的不斷發展，越來越多的參與者都將發起交易，整個系統也會變得越來越安全和快速，確認時間會縮短，交易也完成的越來越快。
5.4 IOTA交易、證明以及共識機制
與區塊鏈技術不同，IOTA 并不是一條有著時間序列概念，每個區塊前后相連的鏈，鏈中的每個塊包含一些交易。在IOTA 中，每筆交易都可以其他交易連接（所謂連接，就是驗證其他交易），并且可并行發生。下面的內容將就如何在IOTA 中加入交易，驗證交易及其共識機制展開。
l 初始狀態
上圖是 tangle 的一個案例，下面內容都會圍繞這個例子展開。綠色交易代表已經被網絡以高確定性（high certainty）地確認，藍色交易是部分確認，也就是確定性較低，或者說正在處于被確認的過程之中。灰色（以及下面的黃色）方框表示還沒有任何人驗證過的tip （這里的 tip 表示tangle 中最新的尚無人驗證的交易）。紅色交易，表示有沖突，或無效交易。
在上圖中，交易 α 并非一筆普通交易。它引用了交易 h 和 l，由于交易 h 已經被交易 l 引用了， α 會選擇一個 tip(l) 和 一個顯然不是 tip 的交易（h）。這么做目前似乎并沒有問題，網絡也允許這樣的行為。
l 加入一筆交易
為了向 tangle 中加入一筆新的交易，用戶必須從 已有tangle網絡 中隨機挑選出兩個 tip（tip 就是尚未確認的交易），并對兩個 tip 進行驗證。所謂驗證，意味著用戶需要檢查 tip 的簽名，即所謂的 PoW（這里的PoW消耗極少，與BTC中的PoW消耗完全不同），并確保所選的 tip 與之前的任何交易（無論是直接相關還是間接相關）都沒有沖突。如果所選的 tip 是合法的，用戶就對其進行引用，也就是加入新的交易。
如果交易既沒有被所選的 tip 直接引用，也沒有被間接引用，那么對于當前的驗證過程來說，這些交易就是不相關的交易（也就是圖中沒有標記灰色背景的部分）。對于不相關交易，會由其他人或是之后的交易來進行驗證，并將它們加入到 tangle 中。
l 加入另一筆新的交易
另一個用戶可能正在一個不同的位置加入新的交易。它選擇了 tip z 和 y。如此一來，它就在更大的范圍上驗證了已經驗證過的同樣交易，即 a 到 k，m 到 n，加上額外的一些沒有在交易 1 驗證路徑上的交易（l, o, r, t, v, y 和 z）。
l 新的Tangle狀態
交易 1 和 2 的驗證路徑有重合之處，我們可以看到有一些交易僅被確認一次，有些交易被確認兩次。被當前所有 tip 驗證和確認的交易就被認為是完全確認。因此，交易 n 進入 tangle 更深一層，現在變成了綠色。從現在開始，隨后所有連接到 1 與/或 2 或者它的交易，將會保持再驗證和再確認的交易狀態。從以上的交易1和交易2的驗證過程中，我們得到：
沒有人需要看到和驗證所有的交易（即不需要像ETH一樣每一筆交易需要廣播全網，從而可以保證足夠的交易效率）。每個用戶僅需要選擇和驗證兩筆交易及其父交易。如此一來，他們僅驗證了 tangle 的一部分而已。當其他用戶選擇并驗證不同的 tip 和路徑，完整 tangle 的協同驗證就出現了。
完全確認交易的認定。交易發生的越早，被驗證次數就越可能更多，在某個時間點以后，一旦一筆交易在 tangle 中進入足夠深的位置，無論從最新的 tip 中的任意一個，無論從直接或是間接路徑上它都存在。這樣的交易就被認為是完全確認，并且會被每一個新的交易再驗證，再確認。我們可以認為它被所有用戶（和機器）確認，并且確定性很高。
為了對確認進行檢查，接收者只需要檢查交易是否被已有的所有 tip 直接或間接引用（或者通過一個確定比率，如果確定性更低的話，比如 80%，也可以接受）。這時候就不需要再驗證或是其他類似操作了。注意：可能會有上千個tip。與其檢查每個 tip 的父節點，更可能的是選擇一個隨機樣本，并做一個統計評估。
以上我們可以大致的了解在Tangle網絡中究竟怎么樣去完成一筆交易，從發起交易，到驗證的過程，以及最重要的就是確認交易，實現Tangle網絡的拓展。
IOTA商業場景應用
IOTA目前已經和諸多公司展開了關于IOTA在具體商業場景中應用的合作，相信隨著開發的順利進行，未來IOTA的應用前景也是不錯的。
VOTANGLE是一個免費的基于IOTA纏結網絡的去中心化投票平臺，它證明了IOTA比傳統區塊鏈更加靈活和強大，并且能夠實現前輩們無法實現的各種WEB應用，這或許就是IOTA被大眾汽車CDO稱為Web 3.0的原因。
2018年 2月 22 日舉辦的博世聯網世界會議上，大眾汽車宣布他們將與總部位于柏林的 IOTA 基金會合作，開發基于去中心化技術的聯網汽車。大眾汽車是繼去年 IOTA 獲得汽車供應商博世投資之后的另一重大合作伙伴。大眾首席數字官 Johann Jungwirth 在演講時介紹了雙方合作伙伴關系的發展潛力。這三家公司在地理位置上的相近讓他們之間的合作更加便利，但更重要的是 IOTA 提供了傳統區塊鏈技術所不能提供的可用性。IOTA 使用了一個非阻塞的纏結系統，憑借其可與幾乎無限的端點結合的能力，能使物聯網（IoT）達到最優化。
美國加州的 IoT-BlockChain 平臺公司 NetObjex 近期展示了該公司的智能媒體解決方案，該方案利用 IOTA Tangle 技術實現更好的版權歸屬和數字版權監控。去年，該公司已經在加州舉辦的物聯網開發者論壇上，演示了使用 IOTA 加密貨幣進行支付的智能停車場解決方案。
團隊/顧問
潛力
1. 發展前景
物聯網巨大的發展前景就是IOTA項目最大的潛力。隨著互聯網的發展進入到瓶頸期，物聯網逐漸成為發展的新方向，即物物相連的互聯網，它是互聯網的應用拓展，代表的內在含義與其說是網絡不如說是商業實際的業務和應用。根據全球移動通信系統協會發布的公告《Spectrum for the Internet of Things》支出，預計2020年，全球物聯網市場規模將達到1.9萬億美元，物聯網設備連接總量預計達到300億個。可見市場潛力之大。
2. 可靠的項目團隊和運營
IOTA公開的基金會運營模式以及目前為止良好的項目規劃體現出整個IOTA創始團隊的可靠性。基金會具備明確完整的治理結構，結構設計合理，也有明確的職責分配以及相應的負責人，同時還有安永公司全程協助IOTA項目完成基金會申請相關工作。
此外，目前官方博客保持高頻率的信息披露，同時，基金會也一直按照章程以及德國相關法律運營、管理和審計。
3. 技術創新領先
IOTA不需要手續費，基于DAG的共識機制，有機結合了交易的發送者和驗證者，網絡速度歲使用者增多而越快，項目方案先進性很強。根據2017.9的統計數據，IOTA全網上轉移的數據已經超過40億美元。由于存在技術創新領先，目前IOTA在物聯網應用領域還未出現能夠與之抗衡的競爭對手。
風險
1. 三進制的設計是否能夠符合預期？
IOTA采用三進制的主要原因是其創始人相信未來世界會被三進制替代，因為三進制CPU理論上具有比二進制CPU更好的能效。但實際情況是，目前為止三進制CPU僅僅是在科研、實驗室階段，三進制與IOTA并不是強關聯的，IOTA目前的代碼也全都是二進制形式，在程序里需要將三進制轉化成二進制，處理完后再轉回三進制，效率其實是大幅低于直接二進制處理的，這一點的風險在于，三進制CPU僅處于實驗室階段，未來可能不會獲得世界主流認可，即便三進制CPU具有更好的能效，其也不會對IOTA網絡有本質的提升。
2. 中心化的風險以及算力控制風險
DAG（IOTA里稱為纏結）技術，DAG可以認為是區塊鏈的一種特殊形式，DAG里將區塊鏈里每個交易都分離成獨立的單元，每個交易相當于一個極小的區塊，這些交易通過引用之前的交易來確認整個賬本的歷史，但DAG缺乏礦工這個角色來保護賬本，因此賬本里交易是否不可逆轉的安全性很低，通常認為34%的算力可以有能力影響到賬本的安全。因為IOTA整個網絡目前的算力極低（通常在1~2TPS左右，一臺較好的電腦即可達到），因此目前的IOTA網絡的交易確認并不是利用的纏結內在特性，而是利用了“協調器”，協調器工作時，交易由一個特定的地址發出，該地址發出的交易被全網無條件接受，它被固化在IOTA全節點的代碼中（https://github.com/iotaledger/ir… ta/iri/IRI.java#L38），地址為：
KPWCHICGJZXKE9GSUDXZYUAPLHAKAHYHDXNPHENTERYMMBQOPSQIDENXKLKCEYCPVTZQLEEJVYJZV9BWU
因此IOTA目前階段是一個中心化系統，整個網絡的確認都由協調器負責；此外DAG技術在網絡交易傳播方面并無優勢，所有節點仍然需要通過廣播接收到所有交易信息，因此IOTA的無限擴展特性與區塊鏈系統放寬區塊大小本質上是一樣的。
3. DoS攻擊隱患
交易費為0，首先由于存在微量的PoW，因此實際中費用不是0，其次由于PoW可以硬件加速，交易費為0將帶來巨大的DoS攻擊隱患，任何人都可以在任何時刻發送大量交易來降低整個網絡的效率，這在真正的物聯網應用中是不可接受的，物聯網的數據量是巨大的，沒有人愿意無償去部署一個每天增加幾十GB甚至幾百GB的全節點，這潛在的會導致IOTA網絡極度中心化（如果真的應用于物聯網的話）
