IPFS系列01-IPFS 前世今生

从今天开始我们聊一聊最近一直比较热门的 IPFS, 又叫星际文件系统(InterPlanetary File System), 通过这篇文章你会对 IPFS 的定义和整体架构有个初步的完整的认识。

1. IPFS 它是什么？

关于 IPFS 的理解，网上众说纷纭，很多人说它是区块链项目，也有人说它是分布式文件系统，还有人说它是矿机...

这里我们先抛开那些概念，首先我们看看IPFS官网(https://ipfs.io)对它的描述:

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

翻译过来是：一个点对点的超媒体协议，使得互联网更加快速，更加安全，更加开放.

提取一下句子的主谓宾, 你就能得到清晰，简明的定义: IPFS 是一个协议

这样理解起来很简单，但是有点抽象，根据信息论，要想消除一个事物的不确定性，减少信息熵，唯一的目的就是引入更多的信息，所以我们把定语还原：

IPFS 是一个 点对点 的 超媒体 协议。

2. IPFS 它要干什么？

这个我们还是从 IPFS 官网寻找答案：

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

这样看来 IPFS 协议诞生的目的是为了干掉 HTTP 协议，HTTP 协议出现到今天已经过去了半个多世纪，确实遇到一些瓶颈，并且 很少有一些设计能够增强整个 HTTP 网络或者为它带来新的功能。IPFS 的目标是就是取代 HTTP，重新建立一个完全去中心化，没有防火墙，没有政府监管，没有监控的 新的互联网世界。

3. IPFS VS HTTP

首先Http 是一种客户端-服务器的中心化访问模式，IPFS 是完全去中心化. http 是基于地址(主机ip)定位资源的，IPFS 是通过内容地址(Hash)定位资源 (具体的资源访问方式我们会在后面文章专门阐述)。

3.1 存储和访问

HTTP 是整文件存储，而 IPFS 是将文件切分成多个 chunk(文件碎片) 分散存储到多个节点，然后通过文件校验机制获取完整文件，这样使得文件的存储和访问更加高效 尤其是对于大文件来说，IPFS 的优势更加明显. 再者，在HTTP的文件系统中，存在大量的重复文件，而 IPFS 通过将文件切片之后，同一个切片只会保存一份， 大大提高文件碎片的重用性，节省存储空间。

3.2 传输

IPFS 传输高效，节约带宽资源，IPFS地址不是指的位置，而是直接指向资源，并确保这些数据都是来自最近的资源。 IPFS也会自动选择离你距离最近，带宽最流畅，存储速度最快，最可靠的节点来帮你存储数据，虽然你依然可以使用 HTTP + CDN 来使得服务器更靠近你， 但即使这样，可能最近的服务器还是离你有几百公里远，而且 CDN 的使用成本过高，只有少数大的互联网公司才用的起。

3.3 可靠性和持久性

HTTP 的可靠性就不用说了，你每天打开的那些 404 页面已经足够说明问题了。至于持久性，研究表明，现在一个网页的平均寿命是100天。人们每天都在删除历史数据。 IPFS 将会采用和Git类似的机制来记录文件的修改，保留多个数据版本，而不是每次修改后拷贝复制整个文件，并使用梅克尔树(Merkle DAG)来验证文件的完整性。 随着IPFS的缓存系统到位，默认情况下，很多可定期查看的内容完全可以脱机使用。

3.4 抵御DDoS攻击

HTTP 服务几乎是没有办法抵御攻击的，必须依赖硬件防火墙这些网络设备。因此一旦有人发起了 DDoS 攻击，将会大大降低 HTTP 服务的可用性。而 IPFS 是天然抗 DDoS 攻击的，因为发动 DDoS 攻击的前提是你必须先知道文件存储在那台服务器上，而 IPFS 的文件是分散存储到很多个节点上，这样就使得你无法定位你要攻击的 节点。

下面用个简单的表格来展示 IPFS 和 HTTP 的现状对比

VS	HTTP	IPFS
存储	存在大量的冗余数据	切分成 chunk 可去重，节省空间
带宽	需要大量的带宽资源	需要的带宽资源少，节省带宽
可靠性	容易丢失	可以保留多个数据版本
开放程度	中心化，掌握在少数机构手中(IBM,亚马逊,阿里云等服务器运营商)	完全去中心化，更开放

4. IPFS 整体架构

作为一个分布式的文件系统，IPFS 提供了一个支持部署和写入的平台，同时能够支持大文件的分发和版本管理；为了达到上述的目的， IPFS 协议被分成如下的几个子协议：(本次只是对各个协议做个简单的介绍，后期我专门对每个子协议做详细的介绍)

Identities(身份认证) | 在 IPFS 网络中，所有的节点都通过唯一的 NodeId 进行标识，为了对抗女巫攻击(恶意创建多个节点)，IPFS 内置了一个轻量级的 POW算法来生成节点 ID. NetWork(网络) | IPFS 可以使用任意的网络进行通信，它并没有假设自己一定运行在 IP 协议上，而是通过 multiaddr 的格式来表示目标地址和使用的协议，以此来兼容和扩展未来可能出现的其他网络协议。 Route(路由) | IPFS 路由使用的是 DHT(分布式Hash表), 同时采用了 IPNS 来解析路由记录。 Exchange(数据交换)| 在 IPFS 中，数据的分发和交换使用 BitSwap 协议，BitSwap 负责两件事情：向其他节点请求需要的 Block 以及为其他节点提供 Block, 对应使用的是, 这里借鉴的是 BitTorrent 技术， MerkleDAG(文件存储)| 这时 IPFS 文件系统的核心，是 IPFS 团队在 Git 文件系统的基础上进行了改进后的文件存储数据结构 Naming(命名) | IPFS 使用了自我认证认文件系统-SFS，并在其基础上发明了IPNS，解决了 MerkleDAG 易变的命名的问题。 Application(应用)|用户可以在 IPFS 基础上构建应用

5. 总结

本文对 IPFS 做了一整体的介绍，旨在让大家对 IPFS 有个整体的印象，它是一个点对点的超媒体协议，以及大概讲述了它是如何解决 HTTP 当前的一些痛点的， 后面会写系列文章对 IPFS 的各个子协议做专门的介绍.