区块链】IPFS不是一个单纯的产品，而是一个体系

本篇文章会涉及到一些技术描述，需要读者在阅读之前对IPFS已经有一些了解。如果还不了解或者只听说过名字，建议先看一些介绍性的文章。我有几篇列在此文最后，可以参考。

IPFS是一套协议栈的实现

IPFS虽名为文件系统，但其实其主要工作与文件系统的关系不大，真正的工作在于协议的定义和实现，用计算机的术语讲，就是定义了一套协议栈，这里可以对标OSI七层网络协议。所以不要把IPFS理解为一个产品，其实它是一个框架。它不是一颗树，而是一片森林。

Juan Benet（IPFS的创始人）的两张图对此进行了清晰的表述，图一定义了6层，也有人总结出8层（另包括最下的身份层和IPLD之上的文件层）。这就是一套协议栈。

紧接着Juan拿出了图二，表示各层实现的协议，或可以实现的协议。

这两个图技术点太多，这里不细讲，但总体说来可以总结出以下几点：

各层中最关键的是IPLD（InterPlanetary Linked Data），这是整个协议栈的核心。也只有IPLD是最关键的和必不可少的。它定义了数据交换的格式，也定义了数据组织的方式

整个体系是一个松耦合结构，除了IPLD之外，其他各层并没有严格的约束条件，协议和应用实现可以有多种选择，可以根据需要进行配置，或开发新的协议

IPFS总体而言是开放的，现在的实现只是一个实例，通过日后协议的完善，新协议的推出，可以逐步演进

与区块链项目不同，IPFS的演进没有分叉的概念，也没有业务中断的担心。协议的进化完全可以在部分节点上先进行或实验，再逐步推广到全网。拿网络层协议来举例，不同节点对之间完全可以使用不同的网络层协议，对数据的存取没有影响

那么问题来了，目前的IPFS实现了哪些协议呢？如果你直接从GitHub下载IPFS的实现，采用缺省配置安装、联网、使用IPFS，那么，你采用的这样一个协议栈（从network层到naming层）：

TPC（4001port）--- mDNS+DHT --- Bitswap --- IPLD --- IPNS

IPLD到底定义了什么？

既然IPLD是IPFS的核心，那么它的定义和作用就非常关键。协议实验室把IPLD作为独立的项目来进行设计和开发的，可见对此十分重视。

而同时，IPLD本身也作为通用数据结构来进行设计，也就是说它不仅仅限于IPFS使用。作为一种数据组织形式，它可以用于任何数据关系链接的场合，包括区块链，目录结构，大文件的分片存储等等。

总体而言，IPLD定义了数据链接的格式，规范了协议之间的数据交换。也就是说，IPLD是为互操作协议而制定的数据模式，其表达的是数据之间的关系。为实现此目的，IPLD融合了密码学里的散列算法、默克尔树，有向无环图等技术，数据可以通过JSON和YAML等格式在协议交换中呈现。这些技术的采用使得IPLD所表达的数据结构具有以下几个特点：

分布式的数据存储 （适用于大规模的应用和去中心化的应用）

自验证的数据完整性 （任何的修改和破坏都很容易被发现）

基于内容寻址的哈希链接数据结构 （适合于区块链，有向无环图，目录结构等数据关系）

另外，IPLD的定义本身也考虑到了数据结构的演化，为日后的改进做了设计。对此，为IPFS整套完整协议的升级换代提供了基础。

探讨几个问题

根据以上两节的描述，我们可以来试着探讨一下几个大家关心的问题。

1. IPFS到底使用了什么文件系统？

综上所述，把IPFS仍然按照传统文件系统来理解是错误的，至少是不全面的。但对用户而言，IPFS确实又可以作为一个文件系统来使用，一般的使用方法是采用FUSE（基于用户空间的文件系统）来把IPFS映射到本地。但就IPFS本身而言，更多的工作在文件系统之上的各层协议和数据组织。其实每一个IPFS节点都采用自己原有的文件系统，IPFS相关协议跑在原有系统之上。

2. IPFS能够被墙吗？

Yes and No.

如果你直接安装IPFS，采用缺省配置，是很容易被墙的，因为特征太好抓取了，一方面其使用TCP 4001端口进行通信，直接封端口就可以了，另外，其地址编码是有特征的，简单地说，就是所有地址都是以“Qm”打头的一场串字符，非常容易检测出来。

但是记住，本身IPFS的架构可以支持不同的网络协议，而且你可以自定义，你当然也可以采用其他TCP端口，或者干脆使用HTTPS，TOR网络，甚至自己定义协议来绕过防火墙。当然，这些也需要对端也支持。系统中可以有一些网关节点，支持多种协议来做为中继而实现整个网路的互联。这些都不容易，而且离实现还有一段距离。

所幸的是，目前IPFS用户不多，使用量不大，墙上还没有IPFS的补丁。

3. IPFS如何取代HTTP？

从用户的角度而言，用IPFS取代HTTP，就是你在浏览器里输入的是ipfs://content-hash, 或ipns://publisher-hash 来取代 http://content-path. 其呈现的结果一样，但本质区别是http(s)协议采用路径寻址，服务器挂了或墙了，就得到404，而ipfs或ipns是基于内容寻址，只要网上还有相同的内容，就可以访问到。

从实现的角度来看，HTTP本质上是实现了一套协议，用来连接客户端（浏览器）和服务器端，从而实现数据的获取，写入，改动和删除。而IPFS也实现同样的功能，同时也实现了内容之间的嵌套连接，超文本标记语言（HTML）的支持完全没有问题。这样，只要浏览器实现对IPFS客户端的支持，一切就OK。实际上，目前Firefox已经支持IPFS插件，有兴趣的可以试试。

进一步的探讨

本文简单地谈到了IPFS协议栈，以及其中关键的IPLD。你可能已经注意到，丝毫没有提到FileCoin，以及挖矿，存储的效率等其他有意思的问题。是的，IPFS本身的基本功能已经实现，但要建立起一个生态，还有很多其他的工作，比如激励机制和系统，存储的可靠性，安全性和一致性等问题，如何实现存取的高效率和实现CDN系统等等。

所有这些问题都没有那么简单，但这里要强调的是，尽管FileCoin和IPFS都是Protocol Labs的项目，在生态中相互支撑。但从设计而言，是两个独立的项目，不需要Filecoin，IPFS可以独立运行，而且已经在运行，运行得还不错。Filecoin作为一套激励系统也是独立存在的，所谓IPFS挖矿，其实是Filecoin挖矿。Filecoin也可以有竞争系统，但无论怎么做，都需要实现激励机制，通过这套机制建立起市场，并保护存储的可靠性，安全性和一致性的问题。由于Filecoin本身于IPFS是相互独立的，这里不做深入探讨，留待日后专门讨论。

主要参考资料

IPFS whitepaper (draft 3)

Filecoin whitepaper

IPLD官网

Juan Benet: Enter the Merkle Forest