在中低階 Arm 環境佈署 IOTA Swarm Nodes

IOTA 是一個為了物聯網而設計的開放原始碼分散式賬本技術，為機器提供無需手續費的微交易 (micro-transactions)。

在 IOTA 上，您需要仰賴一個節點 (node) 來發起交易，或是查詢曾經的交易紀錄。但如果我們這樣想，很快就會遇到以下的一些問題：

IOTA 現行的 full-node 需要 fully synced 才能發起交易。
運行一個 full-node 最小的系統需求
需要 7 天 24 小時不關機以確保 fully synced
每個 Node 需要維運 7~9 的鄰居節點 (neighbor nodes)，大量的 Node 維運成本非常高。

這樣的使用情境，對物聯網之類的裝置而言，是難以接受的。就像我們不能要求家裡的微波爐儲存著快 100 GB 的分散式帳本， 24 小時上電，就為了達成 fully-synced 這樣的任務。

因此，對於我們週邊的物聯網裝置，合理的使用情境應該是：

不保證持續的電源、網路狀態。
期望的功能唯物聯網裝置本身能夠收/發交易。
不定時的查帳可以透過 full-node 或是 Light Wallet Servers

所以我們可以將 iota-swarm-node 佈署在便宜的 Arm 開發板上，作為物聯網裝置端微型支付的基礎建設。解釋 iota-swarm-node 之前，我們先看 IOTA 交易是如何連接到 Tangle。IOTA 在發起一筆交易時候，需要在 Tangle 上選擇兩個交易驗證，可以被選的交易，稱之為 tips，如同下列的灰色方塊所示。所以現在我們知道，iota-swarm-node 只需要這些 tips 就可以發起交易了，這些 tip 大概會佔去幾 MB 的空間。

經過上文的解釋， iota-swarm-node 與 full-node 分工就很明白了，分工如下：

full-node
- 提供 tips 給 iota-swarm-node
- 廣播 iota-swarm-node 的交易
iota-swarm-node
- 產生寄款/收款帳號
- 對交易簽名
- 接收來自 full-node 的 tips
- tips selection (options)
- 對交易做工作證明 (proof of work; PoW)

詳細的架構如下圖所示：

順帶一題，iota-swarm-node 採用 dcurl 實現 PoW (proof of work)，支援 GPU 加速以及 multi-thread Curl function，在交易的處理上有顯著的效能改善。

以下為 iota-swarm-node 在 Raspberry Pi 3 Model B 上安裝的過程：

Hardware requirements

Raspberry Pi 3 (Model B)
microSDHC > 2 GB
- Resbian 約需要 2 GB
- iota-swarm-node 約需要 11 MB

設定 Raspberry Pi

安裝 Raspberry Pi 上的作業系統

下載網路上的 Raspbian image 作業系統映像檔
將作業系統映像檔複製至 microSDHC
- sudo unzip -p 2018-03-13-raspbian-stretch-lite.zip | sudo dd of=/dev/mmcblk0 bs=4M conv=fsync

設定 wifi

掛載 boot 分割區，設定 wifi AP

touch ssh /mount_point/boot/

vim /mount_point/boot/wpa_supplicant.conf

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev

update_config=1

country=<your_ISO-3166-1_two-letter_country_code>

network={
    ssid="<your_SSID>"
    psk="<your_PSK>"
    key_mgmt=WPA-PSK
}

第一次登入

Raspbian 預設帳號/密碼
- pi/raspberry

安裝 iota-swarm-node

Update apt list:
- $ sudo apt-get update
Pre-Installation:
- sudo apt-get install git
- sudo apt-get install python-pip python-setuptools python-dev python3-dev build-essential libssl-dev libffi-dev
Official Python library for the IOTA Core:
- $ pip install pyota
  - Known issue: TypeError: unsupported operand type(s) for -=: 'Retry' and 'int'
Install iota-swarm-node:

$ pip2.7 install cryptography==2.1.4
$ git clone https://github.com/yillkid/iota-swarm-node.git
$ cd iota-swarm-node
$ python server.py

嘗試傳送 0 元交易

$ cd iota-swarm-node
$ python examples/send_data.py

RXDAJLAPHJ9TXVJWGNYYOFPARCIAHZEUIJYKYHTXEVZA9ZHDIXVIGJHJAQTRSPYGFDEILGFAJLPQWWXBD
Duration: 6.59507608414 seconds

您可以隨意將 swarm_node.py 檔案裡的 node 位址換成 light Wallet Servers 上的任意 node，例如：http://cryptoiota.win:14265

$ python examples/send_data.py

BXCEOILCZNLDACORIWDTKIKJXTSUMYCPHCBFEZRZXIDVCRWECDKRUAWTORBWFFDEGBDWQN9DGLISFF9VZ
Duration: 13.4243559837 seconds

在 Asus Tinker board 上的測試結果：