物联网龙头分析——IOTA
研究员：魏亚军
2018.5.2
IOTA介绍
IOTA是一种新型的数字加密货币，专注于解决机器与机器（M2M）之间的交易问题。通过实现机器与机器间无交易费的支付来构建未来机器经济（MachineEconomy）的蓝图。IOTA提供高效，安全，轻便，实时的微交易，并且不产生交易费用。 它是开源的，去中心化的数字加密货币，是专门为物联网而设计的，它是实时微交易，并且能够简单方便的进行扩展。IOTA超越了blockchain技术。它是第一个用于整个生态系统的，基于非区块链技术加密货币。IOTA超越了区块链技术，是区块链技术的延展。IOTA是基于缠结（tangle）而非区块链技术。
项目特点/优势
扩展性（Scalability）
IOTA的拓展性是随着交易节点的增多而增长的，这一点与区块链有一定的区别。网络会随着交易数量的增加而越来越强健。IOTA 能够达成极高的交易流量，如果有越多的交易建立，交易确认的速率也会越来越快。
去中心化（Decentralisation）
所有IOTA都是在初始块创建的，总数不变，也不用开采，IOTA是非通货膨胀的。因此，IOTA 也并没有矿工的设计，每个建立交易的人同时也是验证交易的人，这代表每个人在建立共识的机制中均扮演相同的角色地位。
无交易手续费（No transaction fees）
这是通过IOTA独特的共识方法实现的。通常为了让交易得到验证并且纳入下一区块中，是需要支付交易手续费的，但IOTA系统中不存在矿工或验证者（来完成这项工作，因此不需要支付手续费）。IOTA的共识是完全去中心化的，每位网络成员都能发起交易，直接或间接地确认过去的交易，其在网络中的地位和权力是相同的。正是因为这种共识固有的特点（交易终端选择和计算需求），才不用支付手续费。
抵抗量子计算（Quantum computingprotection）
量子计算尚在非常前期的开发阶段，但目前预计此类科技将会在 2030 或 2050 年发展成熟。量子电脑将能够以极快的速度破解现今大多数的信息加密手段。IOTA 使用的是 Winternitz One-Time SignatureScheme 属于能够抵挡量子计算的演算法。
（参考资料：https://eprint.iacr.org/2011/191.pdf）
应用场景广泛
IOTA项目特有的共识机制以及运行模式，决定了其很适合进入智能城市、基础设施和智能电网、供应链、运输和移动性等领域。除此之外，IOTA能够成为任何P2P交易结算的蜘蛛，比如说网络支付甚至是汇款。在互联网向物联网大发展的基础之上，IOTA准确把握未来发展的方向，为将来的大规模应用提供技术支持。
项目团队
3.1基金会
IOTA基金会于2017年11月4日由Dominik Schiener和David Sønstebø在德国成立，为正式非营利组织，是获得柏林基金监管委员会认可、德国第一家合法的数字货币类的基金会，是数字货币在德国历史上重要的里程碑。
由于在众筹中，开发商/创始人并未保留任何的代币，IOTA社区最终决定通过捐赠的方式来支持项目的持续发展，并在德国注册了非营利性的“IOTA”基金会，基金会总计获得了5%的社区捐赠代币。IOTA创始人将IOTA的基础层级设计为开放源代码，免费使用并由一个独立和中立的非营利实体领导，将政府和行业联合起来，帮助实现IOTA愿景。
愿景：
l 研究和确保基础协议层，并创造新的知识，以利于经济背后的生态系统。
l 发展为社会，合作伙伴和生态系统的使用，并扩大在生产就绪型软件。
l 教育和推广新一代的技术和用例，以了解并确保基金会的成功。
l 规范并确保事物经济的成熟和广泛采用。
IOTA基金会受正式章程管理，其中包括：
l 理事会设立并实现基金会的愿景并开展运营。
l 监事会指导和监督理事会的表现。
l 咨询委员会提供独立的意见，观点和方向。
3.2核心团队成员
IOTA的核心创始团队有4人，创始人为David Sønstebø，另有3名联合创始人分别是Sergey Lvancheglo、Dominik Schiener以及Serguei Popov。这4位核心创始人在区块链和物联网领域均有多年的专业经验以及很高的学术水平。
IOTA目前的核心团队成员以工程师、研究人员和开发者为主，在官网公开的33名团队成员中，有27名为以上三者之一，，其中大多数研发人员学历高，开发经验和研究经验不仅丰富，更涉及诸多行业，包括人工智能、神经网络、加密技术、云技术、分布式系统等等前沿科技领域，对于IOTA在实体商业中的运用有非常强力的助推作用。
项目创始人和核心开发人员都有1到2个区块链项目的开发经验，技术实现能力强。其中Serguei Popov还发表了很多有关Tangle的论文，是该领域的重要专家，为IOTA的核心技术提供了重要的学术经验。而核心开发人员Sergey Ivancheglo更是NXT项目的主要开发人员。
总体来说，由于非盈利的理念以及社区的逐渐建立，目前参与到IOTA项目及基于Tangle额第三方应用的社区开发人员逐渐庞大，目前有超过100人，并且大量基于底层技术的第三方应用正在紧密开发之中。
团队/顾问
IOTA并未进行私募，2015年，IOTA在Bitcointalk上面完成众筹，任何人都可以参与，总共募集了总量1337枚比特币的资金，开发商/创始人并没有保留任何代币，Token 100%发行。
在没有通胀的情况之下，IOTA代币的二级市场表现还是不错的，最高时曾达到$5.69的高位，相比较于ICO总额约50万美元 100%代币（2,779,530,283M IOTA）的成本来说，即便是在数字货币市场，也是令人瞠目结舌的价值币，更不用提随着Tangle网络的扩大，交易速度的提升，目前IOTA$2.05的价格仍然有很大的升值空间。
开发路径以及核心技术板块
5.1发展路线
l 2017/04/01在testnet中，首批1000000个确认的交易
l 2017/05/05发布1000万美元的生态基金
l 2017/05/22成为分布式身份DLF基金会成员
l 2017/06/16开始在bitfinex上交易，以15亿美元的市值打破记录
l 2017/07/15成为Trusted IOT Alliance创始成员
l 2017/08/06开始时间戳
l 2017/08/20开展闪电频道
l 2017/10/19与BOSCH（博世）和1871在芝加哥成立联合办公室
l 2017/11/04IOTA基金会成立
l 2017/11/04引入掩码认证
l 2017/11/27在闪电通道开启两个月的黑客马拉松竞赛
l 2017/11/28启动IOTA数据市场项目
l 2017/12/14Tangle的纳什均衡证明
l 2017/12/19罗伯特博世风险投资公司投资IOTA
l 2017/12/22“东京市京都政府计划”选择IOTA进行合作孵化
l 2018/01/30台北市政府和IOTA基金会合作搭建智慧城市
l 2018/02/08宣布成立IOTA生态系统平台
从IOTA一年多以来的发展进程来看，IOTA目前的侧重点仍然在两个方面：
技术的持续开发
尽管已经完成了初步的结构，但是技术开发仍然是IOTA运营的重中之重，只有将IOTA真正的和实际商业场景进行结合，才会使IOTA真正获得价值
商业应用的拓展
在开发紧锣密鼓的进行之中，IOTA基金会积极的寻求与传统企业进行相关合作的机会，在非常多的实际商业场景下进行IOTA的针对性开发和应用，这一点无论是对推进IOTA项目进展还是促进物联网技术的发展都是极重要的。
5.2IOTA研发进展
5.3 Tangle缠结和有向无环图（DAG）
IOTA可以说是超越了区块链技术，是区块链技术的延展。他们创造了一种全新的“Tangle（缠结）”，Tangle（缠绕）是分类账结构的名称，Tangle就像区块链一样，但它使用网络结构而不是链状结构，这使它更具拓展性和稳定性。创始人David Sønstebø 认为“Tangle（缠结）”会是比以太坊和比特币更好的替代品。
Tangle（缠结）是基于定向非循环图的（DAG），而不是一种连续的链式架构，定期添加区块。通过DAG，IOTA能够实现较高的交易吞吐量（平行验证），并且不收取交易手续费。随着Tangle的不断发展，越来越多的参与者都将发起交易，整个系统也会变得越来越安全和快速，确认时间会缩短，交易也完成的越来越快。
5.4 IOTA交易、证明以及共识机制
与区块链技术不同，IOTA 并不是一条有着时间序列概念，每个区块前后相连的链，链中的每个块包含一些交易。在IOTA 中，每笔交易都可以其他交易连接（所谓连接，就是验证其他交易），并且可并行发生。下面的内容将就如何在IOTA 中加入交易，验证交易及其共识机制展开。
l 初始状态
上图是 tangle 的一个案例，下面内容都会围绕这个例子展开。绿色交易代表已经被网络以高确定性（high certainty）地确认，蓝色交易是部分确认，也就是确定性较低，或者说正在处于被确认的过程之中。灰色（以及下面的黄色）方框表示还没有任何人验证过的tip （这里的 tip 表示tangle 中最新的尚无人验证的交易）。红色交易，表示有冲突，或无效交易。
在上图中，交易 α 并非一笔普通交易。它引用了交易 h 和 l，由于交易 h 已经被交易 l 引用了， α 会选择一个 tip(l) 和 一个显然不是 tip 的交易（h）。这么做目前似乎并没有问题，网络也允许这样的行为。
l 加入一笔交易
为了向 tangle 中加入一笔新的交易，用户必须从 已有tangle网络 中随机挑选出两个 tip（tip 就是尚未确认的交易），并对两个 tip 进行验证。所谓验证，意味着用户需要检查 tip 的签名，即所谓的 PoW（这里的PoW消耗极少，与BTC中的PoW消耗完全不同），并确保所选的 tip 与之前的任何交易（无论是直接相关还是间接相关）都没有冲突。如果所选的 tip 是合法的，用户就对其进行引用，也就是加入新的交易。
如果交易既没有被所选的 tip 直接引用，也没有被间接引用，那么对于当前的验证过程来说，这些交易就是不相关的交易（也就是图中没有标记灰色背景的部分）。对于不相关交易，会由其他人或是之后的交易来进行验证，并将它们加入到 tangle 中。
l 加入另一笔新的交易
另一个用户可能正在一个不同的位置加入新的交易。它选择了 tip z 和 y。如此一来，它就在更大的范围上验证了已经验证过的同样交易，即 a 到 k，m 到 n，加上额外的一些没有在交易 1 验证路径上的交易（l, o, r, t, v, y 和 z）。
l 新的Tangle状态
交易 1 和 2 的验证路径有重合之处，我们可以看到有一些交易仅被确认一次，有些交易被确认两次。被当前所有 tip 验证和确认的交易就被认为是完全确认。因此，交易 n 进入 tangle 更深一层，现在变成了绿色。从现在开始，随后所有连接到 1 与/或 2 或者它的交易，将会保持再验证和再确认的交易状态。从以上的交易1和交易2的验证过程中，我们得到：
没有人需要看到和验证所有的交易（即不需要像ETH一样每一笔交易需要广播全网，从而可以保证足够的交易效率）。每个用户仅需要选择和验证两笔交易及其父交易。如此一来，他们仅验证了 tangle 的一部分而已。当其他用户选择并验证不同的 tip 和路径，完整 tangle 的协同验证就出现了。
完全确认交易的认定。交易发生的越早，被验证次数就越可能更多，在某个时间点以后，一旦一笔交易在 tangle 中进入足够深的位置，无论从最新的 tip 中的任意一个，无论从直接或是间接路径上它都存在。这样的交易就被认为是完全确认，并且会被每一个新的交易再验证，再确认。我们可以认为它被所有用户（和机器）确认，并且确定性很高。
为了对确认进行检查，接收者只需要检查交易是否被已有的所有 tip 直接或间接引用（或者通过一个确定比率，如果确定性更低的话，比如 80%，也可以接受）。这时候就不需要再验证或是其他类似操作了。注意：可能会有上千个tip。与其检查每个 tip 的父节点，更可能的是选择一个随机样本，并做一个统计评估。
以上我们可以大致的了解在Tangle网络中究竟怎么样去完成一笔交易，从发起交易，到验证的过程，以及最重要的就是确认交易，实现Tangle网络的拓展。
IOTA商业场景应用
IOTA目前已经和诸多公司展开了关于IOTA在具体商业场景中应用的合作，相信随着开发的顺利进行，未来IOTA的应用前景也是不错的。
VOTANGLE是一个免费的基于IOTA缠结网络的去中心化投票平台，它证明了IOTA比传统区块链更加灵活和强大，并且能够实现前辈们无法实现的各种WEB应用，这或许就是IOTA被大众汽车CDO称为Web 3.0的原因。
2018年 2月 22 日举办的博世联网世界会议上，大众汽车宣布他们将与总部位于柏林的 IOTA 基金会合作，开发基于去中心化技术的联网汽车。大众汽车是继去年 IOTA 获得汽车供应商博世投资之后的另一重大合作伙伴。大众首席数字官 Johann Jungwirth 在演讲时介绍了双方合作伙伴关系的发展潜力。这三家公司在地理位置上的相近让他们之间的合作更加便利，但更重要的是 IOTA 提供了传统区块链技术所不能提供的可用性。IOTA 使用了一个非阻塞的缠结系统，凭借其可与几乎无限的端点结合的能力，能使物联网（IoT）达到最优化。
美国加州的 IoT-BlockChain 平台公司 NetObjex 近期展示了该公司的智能媒体解决方案，该方案利用 IOTA Tangle 技术实现更好的版权归属和数字版权监控。去年，该公司已经在加州举办的物联网开发者论坛上，演示了使用 IOTA 加密货币进行支付的智能停车场解决方案。
团队/顾问
潜力
1. 发展前景
物联网巨大的发展前景就是IOTA项目最大的潜力。随着互联网的发展进入到瓶颈期，物联网逐渐成为发展的新方向，即物物相连的互联网，它是互联网的应用拓展，代表的内在含义与其说是网络不如说是商业实际的业务和应用。根据全球移动通信系统协会发布的公告《Spectrum for the Internet of Things》支出，预计2020年，全球物联网市场规模将达到1.9万亿美元，物联网设备连接总量预计达到300亿个。可见市场潜力之大。
2. 可靠的项目团队和运营
IOTA公开的基金会运营模式以及目前为止良好的项目规划体现出整个IOTA创始团队的可靠性。基金会具备明确完整的治理结构，结构设计合理，也有明确的职责分配以及相应的负责人，同时还有安永公司全程协助IOTA项目完成基金会申请相关工作。
此外，目前官方博客保持高频率的信息披露，同时，基金会也一直按照章程以及德国相关法律运营、管理和审计。
3. 技术创新领先
IOTA不需要手续费，基于DAG的共识机制，有机结合了交易的发送者和验证者，网络速度岁使用者增多而越快，项目方案先进性很强。根据2017.9的统计数据，IOTA全网上转移的数据已经超过40亿美元。由于存在技术创新领先，目前IOTA在物联网应用领域还未出现能够与之抗衡的竞争对手。
风险
1. 三进制的设计是否能够符合预期？
IOTA采用三进制的主要原因是其创始人相信未来世界会被三进制替代，因为三进制CPU理论上具有比二进制CPU更好的能效。但实际情况是，目前为止三进制CPU仅仅是在科研、实验室阶段，三进制与IOTA并不是强关联的，IOTA目前的代码也全都是二进制形式，在程序里需要将三进制转化成二进制，处理完后再转回三进制，效率其实是大幅低于直接二进制处理的，这一点的风险在于，三进制CPU仅处于实验室阶段，未来可能不会获得世界主流认可，即便三进制CPU具有更好的能效，其也不会对IOTA网络有本质的提升。
2. 中心化的风险以及算力控制风险
DAG（IOTA里称为缠结）技术，DAG可以认为是区块链的一种特殊形式，DAG里将区块链里每个交易都分离成独立的单元，每个交易相当于一个极小的区块，这些交易通过引用之前的交易来确认整个账本的历史，但DAG缺乏矿工这个角色来保护账本，因此账本里交易是否不可逆转的安全性很低，通常认为34%的算力可以有能力影响到账本的安全。因为IOTA整个网络目前的算力极低（通常在1~2TPS左右，一台较好的电脑即可达到），因此目前的IOTA网络的交易确认并不是利用的缠结内在特性，而是利用了“协调器”，协调器工作时，交易由一个特定的地址发出，该地址发出的交易被全网无条件接受，它被固化在IOTA全节点的代码中（https://github.com/iotaledger/ir… ta/iri/IRI.java#L38），地址为：
KPWCHICGJZXKE9GSUDXZYUAPLHAKAHYHDXNPHENTERYMMBQOPSQIDENXKLKCEYCPVTZQLEEJVYJZV9BWU
因此IOTA目前阶段是一个中心化系统，整个网络的确认都由协调器负责；此外DAG技术在网络交易传播方面并无优势，所有节点仍然需要通过广播接收到所有交易信息，因此IOTA的无限扩展特性与区块链系统放宽区块大小本质上是一样的。
3. DoS攻击隐患
交易费为0，首先由于存在微量的PoW，因此实际中费用不是0，其次由于PoW可以硬件加速，交易费为0将带来巨大的DoS攻击隐患，任何人都可以在任何时刻发送大量交易来降低整个网络的效率，这在真正的物联网应用中是不可接受的，物联网的数据量是巨大的，没有人愿意无偿去部署一个每天增加几十GB甚至几百GB的全节点，这潜在的会导致IOTA网络极度中心化（如果真的应用于物联网的话）
