IPFS是什么？

星際文件系統(tǒng)(InterPlanetary File System)

本質(zhì)上是一種內(nèi)容可尋址、版本化、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)超媒體的分布式存儲(chǔ)、傳輸協(xié)議，目標(biāo)是補(bǔ)充乃至取代過(guò)去20年里使用的超文本媒體傳輸協(xié)議（HTTP），希望構(gòu)建更快、更安全、更自由開放的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

Ipfs最核心的技術(shù)是p2p，原來(lái)是中心化的服務(wù)器在分發(fā)內(nèi)容，現(xiàn)在我們想要下載某一個(gè)內(nèi)容，可以直接建立一個(gè)連接，也可以跟其他人連接，迅雷也是這種模式，它是一個(gè)虛擬的p2p中心網(wǎng)絡(luò)，這里不多細(xì)講。

為什么需要IPFS？

HTTP的中心化是低效的, 并且成本很高

油管上，鳥叔的“江南style”這個(gè)視頻，累計(jì)被播放30億次，假設(shè)這個(gè)文件100MB大小，則播放這個(gè)視頻浪費(fèi)300Petabytes（1P=1,000,000GB）的網(wǎng)絡(luò)流量，按照0.01USD/GB算CDN成本，谷歌將支付300W美金給ISP服務(wù)商。

使用HTTP協(xié)議每次需要從中心化的服務(wù)器下載完整的文件(網(wǎng)頁(yè), 視頻, 圖片等), 速度慢, 效率低。如果改用P2P的方式下載, 可以節(jié)省近60%的帶寬。

Web文件經(jīng)常被刪除

http的頁(yè)面平均生存周期大約只有100天，Web文件由于存儲(chǔ)成本太高經(jīng)常被刪除，無(wú)法永久保存。

IPFS提供了文件的歷史版本回溯功能(就像git版本控制工具一樣), 可以很容易的查看文件的歷史版本, 且數(shù)據(jù)無(wú)法刪除，可以得到永久保存。

中心化限制了web的成長(zhǎng)

現(xiàn)在使用的互聯(lián)網(wǎng)其實(shí)是由數(shù)百萬(wàn)個(gè)分布在世界各地的服務(wù)器構(gòu)成的。世界最大的芯片制造廠商 Intel 有大約10萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，F(xiàn)acebook有3萬(wàn)臺(tái)，美國(guó)最大的電話公司 AT&T 也有2萬(wàn)臺(tái)，而 Google有超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。

在現(xiàn)有的http協(xié)議下，所有的數(shù)據(jù)都保存在這些巨頭的服務(wù)器上，這是高度中心化的。巨頭不但對(duì)我們的數(shù)據(jù)有絕對(duì)的控制權(quán)和解釋權(quán)，各種各樣的監(jiān)管，封鎖，監(jiān)控一定程度上也極大的限制了創(chuàng)新和發(fā)展。

建立在去中心化的分布式網(wǎng)絡(luò)上的IFPS很難被中心化管理和限制，互聯(lián)網(wǎng)將更加開放。

互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用高度依賴互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)

過(guò)于中心化，為了支撐http協(xié)議，服務(wù)器7*24小時(shí)開啟，對(duì)于大流量公司，比如百度、騰訊、阿里等，投入大量資源維護(hù)服務(wù)器和安全隱患，防止DDoS，XSS，CSRF等攻擊。

主干網(wǎng)絡(luò)受制于戰(zhàn)爭(zhēng)，自然災(zāi)害，中心服務(wù)器宕機(jī)等因素，都可能造成整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)中斷服務(wù)。

IPFS可以極大的降低對(duì)中心主干網(wǎng)絡(luò)的依賴。

IPFS如何工作？

IPFS為每一個(gè)文件分配一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的哈希值(文件指紋: 根據(jù)文件的內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)建), 即使是兩個(gè)文件內(nèi)容只有1個(gè)比特的不相同，其哈希值也是不相同的。所以IPFS是基于文件內(nèi)容進(jìn)行尋址， 而不像傳統(tǒng)的HTTP協(xié)議一樣基于域名尋址。

IPFS在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)去掉重復(fù)的文件, 并且為文件建立版本管理, 也就是說(shuō)每一個(gè)文件的變更歷史都將被記錄(這一點(diǎn)類似版本控制工具git,svn等), 可以很容易個(gè)回到文件的歷史版本查看數(shù)據(jù)。

當(dāng)查詢文件的時(shí)候, IPFS網(wǎng)絡(luò)根據(jù)文件的哈希值(全網(wǎng)唯一)進(jìn)行查找。 由于每個(gè)文件的哈希值全網(wǎng)唯一, 查詢將很容易進(jìn)行。

如果僅僅使用哈希值來(lái)區(qū)分文件的話，會(huì)給傳播造成困難，因?yàn)楣�希值不容易記憶，就像ip地址一樣不容易記憶，于是人類發(fā)明的域名。IPFS利用IPNS將哈希值映射為容易記的名字。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了存儲(chǔ)自己需要的數(shù)據(jù)，還存儲(chǔ)了一張哈希表， 用來(lái)記錄文件存儲(chǔ)所在的位置，用來(lái)進(jìn)行文件的查詢下載。

IPFS的架構(gòu)

IPFS 協(xié)議棧

身份       S/Kademlia生成     對(duì)等身份信息生成

網(wǎng)絡(luò)       任意傳輸層協(xié)議     ICE NET & NAT穿透

路由       分布式松散哈希表（DSHT）    定位對(duì)等點(diǎn)和存儲(chǔ)對(duì)象需要的信息

交換       BitTorrent& BitSwap     管理區(qū)塊如何分布

對(duì)象       Merkle-DAG     內(nèi)容可尋址的不可篡改、去冗余的對(duì)象鏈接

文件       類似Git 版本控制的文件系統(tǒng)：blob,list, tree, commit

命名       具有SFS（Self-CertifiedFilesystems）IPNS：DAG對(duì)象命名可變

應(yīng)用       在IPFS上運(yùn)行的應(yīng)用程序利用最近節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)提供效率、降低成本

身份層和路由層

對(duì)等節(jié)點(diǎn)身份信息的生成以及路由規(guī)則是通過(guò)Kademlia協(xié)議生成制定，KAD協(xié)議實(shí)質(zhì)是構(gòu)建了一個(gè)分布式松散Hash表（distributedhash table），簡(jiǎn)稱DHT，每個(gè)加入這個(gè)DHT網(wǎng)絡(luò)的人都要生成自己的身份信息，然后才能通過(guò)這個(gè)身份信息去負(fù)責(zé)存儲(chǔ)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)里的資源信息和其他成員的聯(lián)系信息。

網(wǎng)絡(luò)層

LibP2P可以支持任意傳輸層協(xié)議。

ICE NAT traversal框架整合STUN、TURN和其他類型的NAT協(xié)議，該框架可以讓客戶端利用各種NAT方式打通網(wǎng)絡(luò)，從而完成NAT通信，這對(duì)于IPFS的p2p網(wǎng)絡(luò)非常重要。

交換層

類似迅雷這樣的BT工具，IPFS團(tuán)隊(duì)把BitTorrent進(jìn)行了創(chuàng)新，叫作Bitswap，它增加了信用和帳單體系來(lái)激勵(lì)節(jié)點(diǎn)去分享，用戶在發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以增加信用值，從其他節(jié)點(diǎn)接受數(shù)據(jù)降低信用值。如果用戶只去接收數(shù)據(jù)而不分享數(shù)據(jù)，信用分會(huì)越來(lái)越低而被其他節(jié)點(diǎn)忽略掉。

對(duì)象層和文件層

共同管理IPFS上80%的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

大部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)象都是以MerkleDag的結(jié)構(gòu)存在，這為內(nèi)容尋址和去重提供了便利。

文件層是一個(gè)新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，和DAG并列，采用Git一樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)支持版本快照。

命名層

具有自我驗(yàn)證的特性（當(dāng)其他用戶獲取該對(duì)象時(shí)，使用指紋公鑰進(jìn)行驗(yàn)簽，即驗(yàn)證所用的公鑰是否與NodeId匹配，這驗(yàn)證了用戶發(fā)布對(duì)象的真實(shí)性，同時(shí)也獲取到了可變狀態(tài)），并且加入了IPNS這個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)來(lái)使得加密后的DAG對(duì)象名可定義，增強(qiáng)可閱讀性。

應(yīng)用層

IPFS核心價(jià)值就在于上面運(yùn)行的應(yīng)用程序，可以利用它類似CDN的功能，在成本很低的帶寬下，去獲得想要的數(shù)據(jù)，從而提升整個(gè)應(yīng)用程序的效率。

IPFS家族

IPFS項(xiàng)目其實(shí)很大，并不是一個(gè)東西，IPFS是由很多模塊組成，每一個(gè)模塊現(xiàn)在都已經(jīng)獨(dú)立成項(xiàng)目了，并且有自己的主頁(yè)。

協(xié)議實(shí)驗(yàn)室的主頁(yè)：https://protocol.ai/projects/

在協(xié)議實(shí)驗(yàn)室的主頁(yè)上面，可以找到目前的五個(gè)項(xiàng)目，來(lái)簡(jiǎn)單看一下IPFS家族成員：

 Filecoin

IPFS只是一個(gè)協(xié)議, 并不是挖礦軟件本身。Filecoin系統(tǒng)才是挖礦軟件本身, 代幣名字是 FIL。Filecoin使用了IPFS 協(xié)議來(lái)運(yùn)行系統(tǒng)。

FIL代幣總共有20億枚。分配方案，總共有四個(gè)部分組成：

70%作為挖礦的回報(bào)：像比特幣一樣根據(jù)挖礦的進(jìn)度逐步分發(fā)

15%預(yù)留Protocol Labs：作為研發(fā)費(fèi)用, 6年逐步解禁

10%分配給ICO投資者： 根據(jù)挖礦進(jìn)度, 逐步解禁

5%預(yù)留給Filecoin基金會(huì)： 作為長(zhǎng)期社區(qū)建設(shè), 網(wǎng)絡(luò)管理等費(fèi)用,  6年逐步解禁

私募時(shí)間：2017.07.21-2017.7.24

成本：0.75美元

行權(quán)期：1-3年，折扣額0-30%

參與人數(shù)：150+人

募集金額：0.52億美元

公募時(shí)間：2017.08.07-2017.09.07

成本：1-5美元

行權(quán)期：1-3年，折扣額0-30%

參與人數(shù)：2100+人

募集資金：2.05億美元

Filecoin與挖礦市場(chǎng)

Filecoin存儲(chǔ)市場(chǎng)(Filecoin Storage Market)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)市場(chǎng)所需要貢獻(xiàn)的就是硬盤存儲(chǔ)空間，越多的硬盤空間，挖礦能力就越高，存儲(chǔ)市場(chǎng)采用的工作量證明是PoS(Power of Storage)證明，根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)大小來(lái)按比例分配FIL

Filecoin數(shù)據(jù)檢索市場(chǎng)(Filecoin  Retrieval Market)

數(shù)據(jù)檢索市場(chǎng)貢獻(xiàn)帶寬，根據(jù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)的流量來(lái)分配FIL

Filecoin場(chǎng)景

用戶場(chǎng)景：

1.用戶提交數(shù)據(jù)存儲(chǔ)訂單（PUT）給Filecoin系統(tǒng)

2.用戶提價(jià)數(shù)據(jù)檢索訂單（GET）給Filecoin系統(tǒng)

3.如果上述訂單達(dá)成，用戶支付FIL以獲取相應(yīng)的服務(wù)

存儲(chǔ)礦工場(chǎng)景：

1.在區(qū)塊鏈上注冊(cè)自己硬盤空間，注冊(cè)完成后硬盤空間將被記錄到區(qū)塊鏈的配置表里面

2.接受訂單，用戶提交的存儲(chǔ)訂單（PUT）

3.訂單交易達(dá)成后，雙方對(duì)交易進(jìn)行簽名，礦工完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，交易完成后該交易被記錄到區(qū)塊

4.用戶獲取到對(duì)應(yīng)的支付

檢索礦工場(chǎng)景：

1.接受訂單，用戶提交數(shù)據(jù)查詢訂單（GET）

2.交易達(dá)成后，雙方對(duì)交易進(jìn)行簽名，礦工把數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶，該交易提交到區(qū)塊

Filecoin證明

數(shù)據(jù)持有性證明（Provable Data Possession ，PDP)：用戶發(fā)送數(shù)據(jù)給礦工進(jìn)行存儲(chǔ)，礦工證明數(shù)據(jù)已經(jīng)被自己存儲(chǔ)，用戶可以重復(fù)檢查礦工是否還在存儲(chǔ)自己的數(shù)據(jù)

可檢索證明（Proof-of-Retrievability，PoRet）：和PDP過(guò)程比較類似，證明礦工存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是可以用來(lái)查詢的

存儲(chǔ)證明（Proof-of-Storage ，PoS）：利用存儲(chǔ)空間進(jìn)行的證明。工作量證明的一種，F(xiàn)ilecoin上一篇論文使用了這個(gè)名字，新的論文則升級(jí)為PoRep

復(fù)制證明（Proof-of-Replication，PoRep）：新的 PoS（Proof-of-Storage），PoRep可以保證每份數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)都是獨(dú)立的，可以防止女巫攻擊，外源攻擊和生成攻擊

工作量證明（Proof-of-Work，PoW）：證明者向檢驗(yàn)者證明自己花費(fèi)了一定的資源，PoW被用在加密貨幣，拜占庭共識(shí)和其他各種區(qū)塊鏈系統(tǒng)。BTC使用的就是這種類型的證明，依賴巨量的哈希計(jì)算和能源消耗來(lái)建立共識(shí)和保證btc網(wǎng)絡(luò)的安全性

空間證明（Proof-of-Space，PoSpace）：Filecoin提出的概念，存儲(chǔ)量的證明，PoSpace是PoW的一種，不同的是PoW使用的計(jì)算資源，而PoSpace使用的是存儲(chǔ)資源

時(shí)空證明（Proof-of-Spacetime，PoSt)：時(shí)空證明，礦工證明自己花費(fèi)了spacetime資源,即：一定時(shí)間內(nèi)的存儲(chǔ)空間的使用，PoSt是基于PoReps實(shí)現(xiàn)的

Libp2p

IPFS團(tuán)隊(duì)將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(peer-to-peer)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層從IPFS工程里面分離出來(lái)，形成一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目，這就是libp2p。該項(xiàng)目不僅可以供IPFS使用，也可以提供其它項(xiàng)目使用，作為一個(gè)p2p工程的底層協(xié)議存在。

主要功能：

發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)

連接節(jié)點(diǎn)

發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)

傳輸數(shù)據(jù)

 IPLD

IPLD定義了基于內(nèi)容尋址的統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型。它是一個(gè)轉(zhuǎn)換器，可以把現(xiàn)有的異構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（基于內(nèi)容尋址）統(tǒng)一成一種格式，方便不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和互操作。

通過(guò)哈希進(jìn)行內(nèi)容尋址的技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種分布式系統(tǒng)。從加密貨幣的區(qū)塊鏈到備份代碼的每一次提交，再到各種web內(nèi)容，他們背后的邏輯幾乎是相同的，然后由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不兼容，造成了這些數(shù)據(jù)無(wú)法互相操作。IPLD作為中間層統(tǒng)一了這些異構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得不同的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

IPLD的組成：

CID（Self-describingcontent-addressed identifiers for distributed       systems）：基于內(nèi)容尋址的自我描述標(biāo)識(shí)

IPLDtree：基于 JSON、Protobuf和路徑導(dǎo)航的跨協(xié)議的數(shù)據(jù)模型

IPLD Resolvers: IPLD轉(zhuǎn)換器，可以添加新的協(xié)議到IPLD里面

Multiformats

Multiformats是一系列協(xié)議的集合，它在現(xiàn)有協(xié)議基礎(chǔ)上對(duì)值（值：通常是具有某一項(xiàng)表達(dá)意義的）進(jìn)行自我描述改造，即從值上就可以知道該值是如何產(chǎn)生的。

當(dāng)前multiformats協(xié)議里面包含以下協(xié)議。

            multihash- self-describing hashes

            multiaddr- self-describing network addresses

            multibase- self-describing base encodings

            multicodec - self-describingserialization

            multistream- self-describing stream network protocols

            multigram(WIP) - self-describing packet network protocols

通常情況下我們使用的哈希計(jì)算方法都是某一種實(shí)現(xiàn)方式，比如sha1，sha2-256等。哈希計(jì)算在軟件工程里面幾乎隨處可見，特別是區(qū)塊鏈項(xiàng)，multiformats將所有的哈希值計(jì)算統(tǒng)一成同樣的格式，為系統(tǒng)開發(fā)帶來(lái)很多好處

以multihash為例：

升級(jí)后的哈希值的結(jié)構(gòu)為：

<hash-func-type><digest-length><digest-value>

<哈希函數(shù)類型><摘要長(zhǎng)度><摘要值>

有一個(gè)使用sha2-256函數(shù)生成的哈希值（如下），其長(zhǎng)度為32（16進(jìn)制0x20）：

41dd7b6443542e75701aa98a0c235951a28a0d851b11564d20022ab11d2589a8

規(guī)定sha2-256的代表數(shù)字為12(16進(jìn)制)，于是得出來(lái)新的哈希值：

122041dd7b6443542e75701aa98a0c235951a28a0d851b11564d20022ab11d2589a8

新的哈希值具有自我描述性質(zhì)，它說(shuō)明了自己是怎么來(lái)的

IPFS應(yīng)用及意義

可以為內(nèi)容創(chuàng)作帶來(lái)一定的自由

代表應(yīng)用：

Akasha（ https://blog.akasha.world ）是一個(gè)基于以太坊和IPFS的社交博客創(chuàng)作平臺(tái)，用戶創(chuàng)作的博客內(nèi)容通過(guò)一個(gè)IPFS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)布，而非中心服務(wù)器。

同時(shí)，用戶和以太坊錢包賬戶進(jìn)行綁定，用戶可以對(duì)優(yōu)質(zhì)內(nèi)容進(jìn)行ETH打賞，內(nèi)容創(chuàng)作者能以此賺取ETH，如同人腦挖礦一樣。它沒(méi)有太多監(jiān)管的限制，也沒(méi)有中間商抽成，內(nèi)容收益直接歸創(chuàng)作者所有。

可以降低存儲(chǔ)和帶寬成本

代表應(yīng)用：

Dtube（https://d.tube）是一個(gè)搭建在Steemit上的去中心化視頻播放平臺(tái)，其用戶上傳的視頻文件都經(jīng)過(guò)IPFS協(xié)議進(jìn)行存儲(chǔ)，具有唯一標(biāo)識(shí)。相較于傳統(tǒng)視頻網(wǎng)站，它降低了同資源冗余程度，同時(shí)大大節(jié)約了海量用戶在播放視頻時(shí)所產(chǎn)生的帶寬成本。

可以與區(qū)塊鏈完美結(jié)合

代表應(yīng)用：

EOS引以為傲的是可以支持百萬(wàn)級(jí)別TPS的并發(fā)量，其中除了DPOS共識(shí)機(jī)制的功勞之外，還歸功于其底層存儲(chǔ)設(shè)計(jì)是采取IPFS來(lái)解決大型數(shù)據(jù)的傳輸效率。

EOS將自己打包好的區(qū)塊數(shù)據(jù)通過(guò)IPLD進(jìn)行異構(gòu)處理，統(tǒng)一成一種便于內(nèi)容尋址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，并掛載到IPFS的link上，讓IPFS網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)存儲(chǔ)和P2P檢索的邏輯，而不消耗EOS區(qū)塊鏈系統(tǒng)本身太多的計(jì)算資源。

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