IPFS技术浅析

• 一、IPFS是什么？

星际文件系统IPFS（Inter-Planetary File System）是一个面向全球的、点对点的分布式版本文件系统，致力于创建持久且分布式存储和共享文件的网络传输协议。目标是为了补充（甚至是取代）目前统治互联网的超文本传输协议（HTTP），将所有具有相同文件系统的计算设备连接在一起。

简单来说IPFS是一个可以永远存在的、由多个节点组成且没有中心化的文件存储和共享系统。

• 二、IPFS的起源

      IPFS是一个开放源代码项目，在2014年开始由Protocol Labs在开源社区的帮助下发展。其最初由Juan Benet设计，他建立实验室开发IPFS初衷正是为了通过设计一个协议建立更加安全、高效、开放的网络。他进入斯坦福大学后，学习计算机技术方面的知识，从事对分布式存储网络技术的研究开发。

• 三、IPFS原理

原理用基于内容的地址替代基于域名的地址，也就是用户寻找的不是某个地址而是储存在某个地方的内容，不需要验证发送者的身份，而只需要验证内容的哈希，通过这样可以让网页的速度更快、更安全、更健壮、更持久。

IPFS中文件通常不会都存在.一个节点上，.而是分片存在其他一些子节点上。提取.文件时IPFS把这些节点列表全部并行抓取，最后在本地拼成完整的.文件。并行的速度远远大于直接下载完整⽂文件的速度，用户很快就能在本地获得文件，还可以继续分享给其他人。分布式的储存方式能有效解决数据丢失的风险，同时减轻个体数据库的存储压力。

在IPFS中，每个文件及其中的所有数据都被赋予一个唯一的加密指纹。IPFS通过网络删除重复具有相同哈希值的文件，计算之后判断哪些文件是冗余重复的。并跟踪每个文件的版本历史记录。每个网络节点只存储想存储的内容，检索自己想要的信息。查找文件时，通过文件的哈希值就在网络查找到储存改文件的节点，找到所需的文件。 并且，每个节点除了存储了数据以外，还存储了一张哈希表，用来记录文件存储所在的位置，便于进行文件的查询下载。

采用IPNS即去中心化命名系统，每个文件都可以被协作命名为易读的名字。搜索之后可以很快地找到想要的文件。

IPFS设想的是让所有的网络终端节点不只是扮演使用浏览器 Browser或者终端Client的角色。人人参与IPFS，人人都是网络节点，人人都可以是服务器，从而组建一个去中心化的分布式网络。

 

当我们搜索/下载内容时，IPFS网络系统就会从离我们最近的距离（这里不是物理距离，是数学距离）的若干存储节点，传输数据或者文件的碎片（不是整个文件）给我们，它是若干节点同时下载传输到我们的设备上（类似于P2P、BT技术），速度非常快。当然，从这些节点下载出来的文件碎片，最终会整合成一个完整的文件呈现给我们。

IPFS网络是一个细粒度的、不可靠的、分布式的、易联合的内容分发网络（Content Delivery Network , CDN）。这就是IPFS与HTTP的区别，传统HTTP协议是从单个中心服务器将整个文件下载传输到设备上的，下载的速度相对慢很多。

 

上传到IPFS网络的文件会被分割成若干块，那如果其中的一块意外被损坏了，怎么办呢？不用担心，IPFS系统有一个容错机制，容错机制的意思就是，假设一份文件被分割成10份，其中4份损坏了，那么还是可以根据剩下的6份还原出原文件来。所以说，你的文件是可以被永久保存在IPFS网络里面的。

 

• 四、IPFS挖矿背景

IPFS系统下挖矿得到FIL（Filecoin），Filecoin是一个去中心化的存储网络，Filecoin有两个市场：存储市场和检索市场，这两个市场结构相同，但结构不同。
Filecoin：把基于IPFS应用的数据价值化，通过类似比特币的激励政策和经济模型，让更更多的.人去创建节点，提供服务，去让更多的人使用IPFS。（所谓提供的服务就是，有人提供存储服务，有人提供检索服务，存储市场和检索市场属于去中心化的交易所）。

存储市场上，客户付费给存储矿工，令其存储数据。检索市场上，客户向检索矿工付费后取回数据。（付费：Filecoin）
存储矿工为网络提供数据存储，存储矿工通过提供磁盘空间和响应客户请求来参与Filecoin运作。
检索矿工为网络提供数据检索服务，检索矿工通过提供用户检索请求所需要的数据来参与Filecoin运作。
（1）存储矿工可以同时担任检索矿工；
（2）存储矿工需要抵押存储磁盘空间，而检索矿工就不需要。

 

• 五、IPFS与Http相比有哪些优势？

IPFS具备内容可寻址、版本化、点对点超媒体的分布式协议，它的目标就是取代HTTP协议。

先说一下什么是HTTP。

HTTP指超文本传输协议（英文：HyperText Transfer Protocol），是计算机网络和超媒体信息系统的应用层协议。HTTP是互联网的数据通信的基础。但是仍然存在一些不可避免的缺点：

HTTP效率低，中心化服务器成本昂贵，并且依赖主干网，文件和数据容易丢失，网络攻击和安全问题频出等。

具体来说，在http协议的中心化造成效率非常低，并且成本还很高。一旦使用HTTP协议每次需要从中心化的服务器下载完整的文件(网页,视频,图片等),速度慢,效率低.如果改用P2P的方式下载,可以节省近60%的带宽. P2P将文件分割为小的块,从多个服务器同时下载,速度非常快.

还有一种就是web文件经常被删除。我们可能在上网的过程中会遇到，收藏某个网页，在使用的时候浏览器网页会显示404。而且现在web的存储成本非常高，时间也就是最多100天。所以会发现web文件经常被删除。. IPFS提供了文件的历史版本回溯功能(就像git版本控制工具一样),可以很容易的查看文件的历史版本,数据可以得到永久保存

IPFS目标是是取代传统HTTP，那么使用IPFS会带来哪些好处？

（1）一个宇宙图书馆，存储人类文件数据

       IPFS是一个分布式存储网络，无论是文字、图片、音乐、视频等，都可以成为存储资源。对于你来说，相当于有一个无限空间的网盘，对于企业来讲也是如此，海量的数据均可以存储。并且，通过文件地址就可以打开它们，这个地址是可以被分享的。由于是分布式存储，你的文件和数据不会丢失。

（2）你的文件安全你做主

• 在IPFS系统里，文件及数据具有存在的唯一性，一个文件加入了IPFS的网络，将基于计算对内容赋予一个唯一加密的哈希值。意味着IPFS哈希运算过后生成的地址是唯一。该地址不可篡改，也不可删除的特性。因此，一旦数据存储在IPFS中，它就会是完全的。而传统的HTTP网络，黑客可以对你进行攻击，盗取你的文件。在IPFS网络中，所有的文件和数据是分散在许许多多节点上的，而且都是加密的，黑客没有办法进行攻击。
• 对于文件的使用，你手上私钥只有你拥有，是惟一的，你完全掌控着自己的文件安全。而在传统网络中，比如一笔存放在某个支付钱包中，其实你的密码和账户是在中心化服务器中，不止你一个人知道账户密码，当然一般正规支付钱包不会冒着法律风险随意公开你的密码，但是平台一旦服务器瘫痪或被攻击，你的所有信息都是可能被盗取的。而IPFS则很好解决了这些问题，保证了文件和数据的安全性。

（3）不用多花钱了，网络会更好用

在IPFS中通过P2P即点对点传输的方式进行数据传输，可以节省带宽成本的60％。而在传统中心化网络中，服务器成本是巨大的。

同时，IPFS还有文件重复检测机制，不会出现资源冗余问题。而传统的HTTP一部电影会被反复储存，产生极大的网络资源浪费。

（4）作为区块链基础设施

区块链项目存在数据容量问题，IPFS可以与之进行无缝衔接，作为基础设施存在。

• 六、IPNS命名系统

如果我们要在IPFS网络上查询想要的文件或信息，只要输入对应的哈希值，就可以检索到这个文件。由于这个哈希值是全网唯一的，查询起来的速度非常快。

但是，如果使用哈希值来区分文件的话，我难道要记住那么多的一串串的哈希值？一个哈希值可是有64位的数字加字母啊，记起来多麻烦啊。假如我在IPFS网络上搭建了一个网站，生成一个这么复杂的哈希值，这不利于宣传啊，也会造成传播困难。

事实上，当然不会这样。因为哈希值不容易记忆，就像IP地址一样不容易记忆。所以Protocol Labs协议实验室弄出了IPNS（InterPlanetary Name System），IPFS的域名命名系统，这样，IPFS就可以利用IPNS将哈希值映射为容易记的名字了。

用一个例子演说IPFS的工作流程

比如我想观看一部叫ABC的视频：

1. 加入IPFS网络，在网络中搜索叫ABC的文件（ABC是通过IPNS映射得来的名字）。

2. IPFS网络迅速索引区块链上的哈希值，反馈出搜索结果。

3. 你支付一点Filecoin代币，获取ABC文件缓存到本地，ABC文件不是从云或者服务器上面下载下来的，而是由IPFS网络的参与者贡献的，它可能是离你最近的一个网络节点。这样的好处是，不仅不需要中间服务器，而且网络传输效率最快。

4. 如果ABC文件恰巧你周边好几个人都有，那IPFS网络会把这个文件拆成一小片一小片，节省了这些节点的储存成本，也让你用最具效率的方式下载到该视频。

5. 这个ABC视频文件缓存在你自己电脑里，不仅自己可以观看，同时也为其他需要ABC这部视频的人提供资源。

6. 另外，你也可以自己发布新内容到这个网络上，并且有机会获得Filecoin代币，因为你也为网络做了贡献。

通过这样的方式，实现了整个网络的文件利用达到最优效率。

•  七、应用场景
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  基于IPFS技术的应用已经越来越多，目前已经有不少的成功项目，从数据存储到文件传输，从社交媒体到买卖交易，这些APP、应用、平台，正在重构整个互联网。在上图中，是目前IPFS星际文件系统这一底层协议的项目大全。其中一些其采用了多种协议栈，值得我们关注。

  1.Filecoin：是基于IPFS的分布式存储区块链项目，是IPFS官方团队开发的项目。IPFS可以独立存在，而Filecoin是IPFS的激励层。

  2.Poseidon：一个基于IPFS网络的中心化的分布式搜索引擎，可以让用户快速检索IPFS网络上的文件，寻找到所需要的数据，同时用户参与挖矿还能获得通证激励。被誉为区块链版Google。Google是世界上最大的搜索引擎，但它是中心化的。Poseidon支持打标签即挖矿，支持双挖POSC+FILECOIN。

  3.Orbit：是一个数据平台，在IPFS诞生之初就已经发挥了它的重要作用。用Orbit可以开发一个“局域网”匿名聊天网络。

  4.Textile：一个数字资产平台，Textile Photos是其官方开发的去中心化版相册，致力于取代Instagram。

  5.Peepeth：Peepeth是一个分布式社交平台，可以看作是区块链版推特。包括以太坊V神等人均在使用。不过笔者提示，该平台注册流程较为复杂，正常使用有一些难度。

  6.GLOBAL UPLOAD：是IPFS全球文件上传，你在哪里都可以将文件Upload到IPFS网络，获取到hash地址。网站简洁、易用。对于需要普通人来说，它是一个上传文件到IPFS的绝佳助手。

  实际上，IPFS技术已经运用到了许多领域。依旧是上图，你会发现IPFS项目类型多样，基本是涵盖了当前的多个领域。不过也需要注意，国内已经出现借着IPFS的名义进行传销的项目，或者剽窃IPFS的功能，然后宣称它们的项目是有更多优势的，等等诸如此类，从一开始就是一个骗局。

 

• 八、加密存储

(1)HealthWalletStorage   IPFS系列存储

参考: http://www.healthwallet.cc/storage.html#storage3

 

(2)

下图简单的表述了IPFS的工作流程:

 

John打算上传一份PDF文档到IPFS: 他首先把PDF文件放到电脑工作区；然后，使用IPFS相关命令添加这个文件，并且得到了文件的hash值。上面动作结束后，这个PDF文件就可以在IPFS上面被访问了。

 

现在John打算把这个PDF通过IPFS分享给他的同事Mary。他只需要得到的hash值告诉Mary，然后Mary就能按图索骥，从IPFS上面下载这份文件。 

不对称加密技术能够让我们用文件接收方的公钥加密文件，之后接收方从IPFS下载文件之后，再用私钥解密即可。作恶方就算从IPFS上取得这个文件，也不能做任何事情，因为无法解密其内容。让我们重新设一下前面的工作流程，这次引入加密和解密的过程: 

 

 

 

John打算上传一份PDF到IPFS，但只打算给Mary一个人看。他将PDF放入电脑的工作区，然后用Mary的公钥对其进行加密。然后使用IPFS相关命令添加这个加密后的文件，并且得到了加密文件的hash值。上面动作结束后，这个加密过的文件就可以在IPFS上面被访问了。Mary得知hash值之后，可以从IPFS上下载，并用她的秘钥解密得到原PDF文件。

任何企图作恶的一方，由于没有Mary的密钥，所以他们无法解密这个文件，从而保证了文件在IPFS上面的安全共享。

 

(3)CarBlock

参考:http://www.woshipm.com/blockchain/992480.html

GitHub: https://github.com/zhangerna/carblock

 

(4)textile.photos

参考: http://www.btb8.com/fil/1810/18253.html

Github:

https://github.com/textileio/photos    https://www.textile.photos/