IPFS：Merkle DAG 数据结构

什么是 Merkle DAG？

Merkle DAG是IPFS系统的核心概念之一，当然Merkle DAG并不是IPFS团队发明的，它来自于Git数据结构，ipfs团队进行了改造（这一点ipfs团队一直是一个很努力的团队，并不是直接拿来使用，而是在此基础上修改更适合项目的使用）。

Merkle DAG的全称是 Merkle directed acyclic graph（默克有向无环图）。它是在Merkle tree基础上构建的，Merkle tree是由美国计算机学家merkle于1979年申请的专利。Merkle DAG跟Merkle tree很相似，但不完全一样，比如：Merkle DAG不需要进行树的平衡操作，非叶子节点允许包含数据等。

Merkle DAG

Merkle DAG拥有如下的功能：

内容寻址：使用多重哈希来唯一识别一个数据块的内容

防篡改：可以方便的检查哈希值来确认数据是否被篡改

去重：由于内容相同的数据块哈希是相同的，可以很容去掉重复的数据，节省存储空间

IPFS的数据对象格式如下：

IPFS让应用可以完全控制对象的数据字段，也就是说应用可以随意定义自己的data类型和结构，甚至可以是一些IPFS系统无法理解的数据结构，灵活度非常的大。下面以例子的方式带大家来看看IPFS的数据对象如何工作第一步：准备数据一张图片，这张图片是小编在丽江的蓝月谷拍摄的，好漂亮有没有。

文件名：first.JPG 文件大小：3646K

（如果你要测试的话，使用一个超过256k的数据文件比较好，因为ipfs当前的数据分片是 256k大小一个）

第二步：执行ipfs add 命令，添加文件

第三步：使用命令 ipfs -ls -v 来查看文件的分片如下所示，可以看到文件被分成了15个block。每个block大小时256k（除了最后一个）。

当执行 ipfs add 的时候，文件first.JPG的数据被分成了一个个大小均等的block并且构造一个Merkle DAG把文件数据片组织起来。

可以使用IPFS提供的命令来查看数据块（block）的信息，数据块block下面还允许链接子数据块（sub-block，本文的例子中没有涉及）。相关的查询命令如下：

ipfs block stat: 查询block的数据大小，不包含子块。

ipfs refs：列出来数据快的子块信息

ipfs ls or ipfs object links：显示所有的子块和块的大小

例如：

既然每一个数据块我们都能查询获取到，那么我们可以手工来把数据拼起来。比如刚才小编的那张图片，可以使用命令：

这样就可以手工得到上的那张照片，有兴趣的读者可以自己动手试试。直接操作Merkle DAGIPFS可以让我们直接操作Merkle DAG的数据，举个例子：

怎们样？很魔性吧，我们完全控制了block里面的数据内容和结构，IPFS把Merkle DAG操作权限几乎全部下放给了开发者，开发者可以很容易构造出来自己的数据结构。IPFS在论文里面提出了可以自己实现一些潜在的数据结构：

键值对存储（key-value stores）

关系型数据库（traditional relatioinal databases）

三元组存储（Linked Data triple stores）

文档发布系统（Linked document publishing systems）

通信平台（Linked communications platforms）

加密货币区块链（cryptocurrency blockchains）

在此基础上开发者还可以完全自定义自己的数据结构。看到最后一条了吧，IPFS为所有的区块链准备好了数据存储结构，IPFS将作为区块链的基础设施存在。

当然，想要实现这些东西，还需要开发者的共同努力，IPFS+filecoin仅仅是为我们建造了基础设施，上面千千万万的应用还需要广大开发者来实现。IPFS+filecoin给我们提供了几乎无限的想象空间。