IPFS 底层原理入门（一）

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“When you have IPFS, you can start looking at everything elsein one specific way and you realize that you can replace it all” — Juan Benet

原作：An Introduction to IPFS

作者：Dr. Christian Lundkvist, Director of Engineering, andJohn Lilic, ConsenSys Enterprise

翻译：伏神

原文地址：https://medium.com/@ConsenSys/an-introduction-to-ipfs-9bba4860abd0

走近 IPFS

这一节我将尝试对IPFS做概况性描述，为我的同事Christian Lundkvist博士后面的深入技术总结提供铺垫。IPFS源于Juan Benet当初的一项工作尝试，其目的是建立一个系统能够快速移动版本化科学数据。版本控制使您能够跟踪软件的状态如何随时间变化(如Git)。自那时起，IPFS就被认为是分布式的、永久性的网络;“IPFS是一个分布式文件系统，它试图以同一个的文件系统将所有的计算设备连接起来。在某些方面，这类似于Web的原始目标，但是IPFS实际上更类似于一个的bittorrent集群，并在内部交换git对象。IPFS可以成为互联网的一个新的主要子系统。如果构建正确，它可以补充甚至替代HTTP。你没听错，它可以补充或替代更多东西。感觉像在吹牛B？它就是这么NB！”

IPFS本质上是一个版本化的文件系统，可以接收文件并管理、存储它们，随着时间的推移还能跟踪版本变化。IPFS也记录了这些文件是如何在网络中移动的，所以它也是一个分布式文件系统。

IPFS中的数据和内容在网络上移动的规则的与bittorrent相似。文件系统层提供了非常有趣的属性，例如:

- 完全分布式的网站。

- 没有源服务器的网站。

- 可以完全在客户端浏览器上运行的网站。

- 网站不必和任何服务器有联系。

内容寻址

IPFS不是引用存储在特定服务器上的对象(图片、文章、视频)，而是通过文件内容对应hash值引用文件。可以这样理解，如果在你的浏览器中你想访问一个特定的页面，那么IPFS会问整个网络“有人有这个文件对应这个hash吗?”在IPFS就会有节点返回文件，此时你就访问到了它。

IPFS在HTTP层使用内容寻址。这是一项用以代替位置标识符寻址文件的实践，我们通过文件内容本身的特征来定位它。也就是说内容将决定地址。它的机制是用加密算法计算文件的hash值，这样就可以安全地将文件用很小数据量进行表示，这个hash值作为文件的地址，不会发生地址相同文件数据不同的情况。IPFS中文件的地址通常以一个散列开头，该散列标识某个根对象，然后沿着一条路径向下走（注：类似目录层次）。不同于传统服务器上的文件寻址操作，IPFS是先获得特定的对象，然后查看的是这个对象记录的路径。

HTTP VS IPFS 查找并获取文件

HTTP有一个很好的特性，在标识符中包含了位置信息，所以很容易找到托管文件的计算机并访问他们。这在通常的应用场景下很好用，但不包括离线情况，或是在用到了大型分布式系统，希望将通过整个网络分散负载的场景。

在IPFS中，只需要两步就能解决问题：

通过内容寻址识别文件；查找文件——有了哈希，就可以向接入的网络询问“谁有这个内容? (哈希) ”，然后连接到相应的节点并下载它；最终的效果就是通过点到点的覆盖（译者：图论中的覆盖？），获得高速的路由。

例说 IPFS

IPFS(星际文件系统)是一种经过良好测试和技术检验的互联网技术的综合体，包含了如DHTs、Git版本控制系统和Bittorrent等技术。它创建了一个允许交换IPFS对象的P2P集群。IPFS对象的总体构成了一个被称为Merkle DAG的密码验证数据结构，这个数据结构可以用来建模许多其他数据结构。我们将在本文中介绍IPFS对象和Merkle DAG，并给出可以使用IPFS建模的结构示例。

IPFS 对象

IPFS本质上是一个用于检索和共享IPFS对象的P2P系统。一个IPFS对象是一个具有两个字段的数据结构:

Data—大小小于256 kB的非结构化数据块（blob）

Links — 一个Link结构体的数组。其中包含的Link指向其他IPFS对象。

Link结构有三个数据字段:

Name — Link的名字

Hash — Link指向的IPFS对象的hash

Size — Link指向对象的累计大小，计算Link指向的对象大小，需要计入这个被指对象所指向所有对象的大小（注：除了被指向对象自身的size，如果它里面有link，那么还要把link中的size加进来）

Size字段主要用于优化P2P网络，因为它不影响逻辑结构的概念表达我们将在这里忽略它。

IPFS对象通常采用经Base58编码的散列引用。

例如，观察hash为QmarHSr9aSNaPSR6G9KFPbuLV9aEqJfTk1y9B8pdwqK4Rq的IPFS对象，可以使用命令行估计执行如下指令（需要读者亲自实践一下）：

> ipfs object get QmarHSr9aSNaPSR6G9KFPbuLV9aEqJfTk1y9B8pdwqK4Rq

{“Links”: [{

“Name”:“AnotherName”,

“Hash”:“QmVtYjNij3KeyGmcgg7yVXWskLaBtov3UYL9pgcGK3MCWu”,

“Size”: 18},

{“Name”:“SomeName”,

“Hash”:“QmbUSy8HCn8J4TMDRRdxCbK2uCCtkQyZtY6XYv3y7kLgDC”,

“Size”: 58}],

“Data”: “Hello World!”}

读者可能会注意到，所有的散列都是以“Qm”开头的。这是因为它实际上是一个multihash，前两个字节用于指定哈希函数和哈希长度。在上面的例子中，前两个字节的十六进制是1220，其中12表示这是SHA256哈希函数，20代表哈希函数选择32字节长度计算。

数据和命名链接构成的IPFS对象的集合即是Merkle DAG结构。顾名思义，DAG表明了这一种有向无环图，而Merkle说明这是一个密码验证的数据结构，使用加密哈希来寻址内容。读者可以思考为什么在这个图中不可能有环。

为了直观显示结构关系，我们将通过图表示IPFS对象关系，图的节点代表数据对象中的数据，图的边表示指向其他IPFS对象的链接，链接的名称是图的一条边上的标签。上面的示例可视化表示如下:

现在我们将给出可以由IPFS对象表示的各种数据结构的示例。

剩下的我们下期再讲~