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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。

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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：

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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。

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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:

  • 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：

$ python examples/send_data.py

WIAEHXJUVO9IDZXROJEDBQLFHVFLZCIQKPLLXCGWLNZFIUJZLBZACVLZPWAKUBYLDYRZKFIDKLSAHJHEY
Duration: 1.91658091545 seconds
tags: iota, swarm-node
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