站在Web3.0 理解IPFS是什么

尽管网络上,已经有不少文章讨论IPFS,不过真正讲明白IPFS想做什么的很少,文本尝试站在未来Web3.0的高度来看看IPFS究竟用来解决什么问题。

DApp 的缺陷

对区块链有所了解的同学,知道区块链维护的是一个中立的(去中心)、共同信任、难以篡改的数据库、智能合约创造的是一个完全透明(不被干扰)的运行规则,因此可以解决信任问题。

一切看起来很美好,我们可以开发去中心化应用DApp 解决信任问题,由此也确实产生了很多的博彩类DApp游戏。

不熟悉DApp的同学可以看我另一篇文章
程序员如何切入区块链去中心化应用开发.

细心的同学,也许会发现一个问题,虽然DApp的后台逻辑(智能合约)是在无中心的节点上运行的透明的规则,但是我们看到内容却来自于一台无信任的中心化服务器。

这是由当前互联网规则-超文本媒体传输协议(HTTP)决定的,简单来讲,在这个协议下,当我们在浏览器输入一个网址时,总是会先找到这个网址(域名)对应的服务器IP地址,然后请求服务器,并把服务器的响应显示在浏览器。

这种方式下文件能否访问,完全取决于服务器,服务器也许会关闭、内容获取被篡改或删除,对用户都无法保证。我自己看到好内容把网页收藏的习惯,经常会出现过一段时间再去访问的时候,页面已经不存在了。

IPFS想要做什么

IPFS – InterPlanetary File System 星际文件系统,多数人谈到IPFS都只讲到它的去中心化存储,其实IPFS想要做的远不只存储,其目标是取代HTTP,成为Web3.0时代的基础协议。我们从其官网对IPFS的定义就可以看到其雄心。

尽管Web3.0目前没有明确定义,从2014年以太坊联合创始人Gavin Wood提出分布式网络的Web3.0概念开始,业界普遍认为Web3.0 特征应该是 分布式、可信任。

在官网的有这样两个描述:

  1. IPFS is the Distributed Web

A peer-to-peer hypermedia protocol to make the web faster, safer, and more open.

  1. IPFS aims to replace HTTP and build a better web for all of us.

翻译过来就是: 1. IPFS是分布式Web,是点对点的超媒体协议,以构建更快、更安全、更开放的网络。 2. IPFS旨在取代HTTP,为我们构建一个更好的web。

当然,要完全取代HTTP还有一段路要走,最大的坎是怎样让‍‍主流的浏览器支持IPFS协议,‍‍现在是通过HTTP网关的方式访问IPFS网上面存在的文件。
未来IPFS能取代Http的话?就是通过网络浏览器里直接输入 ipfs://文件hash 访问内容,‍‍目前这种方式访问IPFS 必须依靠浏览器插件ipfs 伴侣, 并且这个插件的使用不广泛。

注意,这里提到的浏览器,只是沿用这个名词,Web3.0的浏览器也许不叫浏览器, 它更可能是数字钱包和浏览器的组合体,现在浏览器上发起交易也同样需要依靠钱包插件进行签名。所以这样一个形态的产品也是大家的机会,这是一个全新的超大入口级产品。

即未来期望的访问方式是这样的:
ipfs://Qme2qNy61yLj9hzDm4VN6HDEkCmksycgSEM33k4eHCgaVu

而现在通过网关访问是这样的:
http://127.0.0.1:8080/ipfs/Qme2qNy61yLj9hzDm4VN6HDEkCmksycgSEM33k4eHCgaVu
https://ipfs.io/ipfs/Qme2qNy6…

IPFS是怎么做的

IPFS是一种内容可寻址、版本化、点对点超媒体的分布式存储、传输协议。

我们知道在现在的网络服务里,内容是基于位置(IP)寻址的,就是在查找内容的时候,需要先找到内容所在的服务器(根据IP),然后再在服务器上找对应的内容。
而在IPFS的网络里,是根据内容寻址,每一个‍‍上传到IPFS上面去的文件、文件夹,都是以Qm为开头字母的哈希值,无需知道文件存储在哪里,通过哈希值就能够找到这个文件,这种方式叫内容寻址。

工作原理

在IPFS系统中,内容会分块存放(如果内容很小就会直接存在DHT中),并分散存储在IPFS网络中的节点上(不过目前的IPFS实现,一个节点会完整保存内容的所有区块)。系统会给内容的每一个块计算哈希值,然后把所有块的哈希值拼凑起来,再计算一次哈希值,从而得到最终的哈希值。同时每个节点会维护一张DHT(分布式哈希表),包含数据块与目标节点的映射关系。

在IPFS中是通过哈希去请求文件的,它就会使用这个分布式哈希表找到文件所在的节点,取回文件根据哈希重新组合文件(同样也会验证文件)。

IPFS的特点

根据前面的原理,我们可以推倒出IPFS的几个特点:

  1. 当我们知道一个文件的哈希值之后,可以确保文件不被修改, 即可以确保访问的文件是没有被篡改的。因为根据哈希的特点,哪怕源文件有一丁点的更改,对应的哈希值也会完全不同。
  2. (理论上) 如果IPFS得以普及,节点数达到一定规模,内容将永久保存,就算部分节点离线,也不会影响文件的读取,不像现在的收藏会失效。
  3. 由于IPFS是一个统一的网络,只要文件在网络中被存储过,除了必要的冗余备份,文件不会被重复存储,对比现有互联网,信息孤岛,各中心间不共享数据,数据不的不重复存储,IPFS一定意义上节约了空间,使得整个网络带宽消耗更低,网络更加高效。
  4. 相对于中心化存储的容易遭受DDOS攻击,IPFS采用分布式存储网络,文件被存储在不同的网络节点,天然避免了DDOS攻击,同时一个文件可以同时从多个节点同时下载,通信的效率也会更高。

IPNS

在IPFS中,一个文件的哈希值完全取决于其内容,修改它的内容,其相应的Hash值也会发生改变。这样有一个优点是保证文件的不可篡改,提高数据的安全性。
但同时我们在开发应用(如网站)时,经常需要更新内容发布新版本,如果每次都让用户每次在浏览器中输入不同的IPFS地址来访问更新后内容的网页,这个体验肯定是无法接受的。

IPFS提供了一个解决方案IPNS(Inter-Planetary Naming System),他提供了一个被私钥限定的IPNS哈希ID(通常是PeerID),其用来指向具体IPFS文件哈希,当有新的内容更新时,就可以更新IPNS哈希ID的指向。

为了方便大家理解,做一个类比,和DNS类似, DNS记录了域名指向的IP地址, 如果服务器更改,我们可以更改DNS域名指向,保证域名指向最新的服务器。
IPNS则是用一个哈希ID指向一个真实内容文件的Hash,文件更新这更改哈希ID的指向,当然更新指向需要有哈希ID对应的私钥。

通过IPNS访问文件的方式如下:

利用插件访问:ipns://QmYM36s4ut2TiufVvVUABSVWmx8VvmDU7xKUiVeswBuTva
利用网关访问: http://127.0.0.1:8080/ipns/QmYM36s4ut2TiufVvVUABSVWmx8VvmDU7xKUiVeswBuTva

IPNS同样兼容DNS,使用DNS TXT记录域名对应的IPNS哈希ID,就可以域名来替换IPNS哈希ID来进行访问。从而实现更容易读写和记忆。

例如使用以下方式简化访问:
ipns://ipfs.io
https://ipfs.io/ipns/ipfs.io/

IPFS/IPNS 如果使用,将在后面的文章进一步介绍。

小结

IPFS是一项非常激动人心的技术,尽管它仍在发展的早期(区块链也是),还有很多问题需要我们一起解决,如NAT穿透问题,浏览器支持问题,内容存储激励问题,存储数据安全与隐私保护问题。
但是通过 IPFS + 区块链将真正创建Web3.0时代的应用,这是一个完全可信的、自运转(不停机)的应用,它可以做什么我不知道,我对未来充满期待。

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    原文作者:区块链
    原文地址: https://segmentfault.com/a/1190000017415819
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