文|李伟志
星际文件系统IPFS（InterPlanetary File System）由 Protocol Lab 提出，是一个面向全球的、点对点的分布式版本文件系统。
目标
为了补充（甚至是取代）目前统治互联网的超文本传输协议（HTTP），将所有具有相同文件系统的计算设备连接在一起。IPFS想打造一个点对点的网络拓扑，相当于颠覆HTTP所代表的分布关系，它具有内容可寻址的特点，通过文件内容生成唯一的哈希标识，一定程度上节约了空间开销的成本。我们每个人都既是终端也是用户，一个永远不会被shut down的网络。
原理
用基于内容的地址替代基于域名的地址，也就是用户寻找的不是某个地址而是储存在某个地方的内容，不需要验证发送者的身份，而只需要验证内容的哈希，通过这样可以让网页的速度更快、更安全、更健壮、更持久。
每天上网使用APP刷朋友圈、微博都在使用HTTP协议，它基于TCP／IP的计算机应用层面，从服务器传输超文本数据到本地浏览器，本地浏览器或APP渲染后呈现给用户。基于这样的网络环境构成了CS或BS架构，最后注入BAT这样大型网络提供商。
HTTP协议使用的域名寻址，最终会映射到最底层，找到某个域名所对应的IP地址下的某个主机，以及某个文件目录的某个文件。它不关心是否存在相同的文件，但内容寻址会通过唯一的标识去访问，并且提前检验这个标识是否已经被存储过。如果被存储过，直接从其它节点读取它，不需要重复存储，一定意义上节约了空间。
把哈希指纹和路径名都告诉用户，用户要做的事情是启动一个本地节点，对该网关发一个寻址PIN的请求，IPFS自动索引分布式哈希表的哈希值，找到指纹b所对应的节点列表。大的视频通常不会都存在一个节点，可能分片存在其它一些子节点上，IPFS把这些节点列表全部并行抓取，最后由本地的manager拼成完整的文件。
可以把 IPFS 想象成所有文件数据是在同一个 BitTorrent 群并且通过同一个 Git 仓库存取。
总之，它集一些成功系统（分布式哈希表、BitTorrent、Git、自认证文件系统）的优势于一身，是一套很厉害的文件存取系统。
代码库
IPFS 结合了 Git，BitTorrent，Kademlia，SFS 和 Web 的优势，提供跟 HTTP web 一样简单的接口。
IPFS 分为 3 个代码库：
* github.com/ipfs/ipfs - IPFS 规范
* github.com/ipfs/go-ipfs - Go 实现
* github.com/protocol/ipfs-webui - Web 工作台
IPFS 使用场景
IPFS 的发明者 Juan Benet（juan@benet.ai）在 IPFS 技术白皮书中假设了一些使用场景：
存储数据:a) 存储数据订单必须上链，形成存储市场。b) 客户报价订单要锁定相应的代币。c) 矿工询价订单要锁定相应的存储空间。d) 订单匹配成功后，生成成交订单。e) 存储矿工完成存储任务。f) 网络验证了存储矿工的“复制证明”后将客户的代币转给矿工。
检索数据:a) 检索数据场景考虑到效率和性能，不上链，可以是链外的市场。 b) 客户发出检索报价订单。c) 检索矿工发出询价订单。d) 双方匹配成功，生成成交订单。e) 客户分步支付小金额给检索矿工。f) 检索矿工分片发送数据给客户。g) 完成数据检索后，在链上一次完成转币。
工作原理
每个文件及其中的所有块都被赋予一个称为加密散列的唯一指纹。
IPFS通过网络删除重复具有相同哈希值的文件，通过计算是可以判断哪些文件是冗余重复的。并跟踪每个文件的版本历史记录。
每个网络节点只存储它感兴趣的内容，以及一些索引信息，有助于弄清楚谁在存储什么。
查找文件时，你通过文件的哈希值就可以在网络查找到储存改文件的节点，找到想要的文件。
使用称为IPNS（去中心化命名系统），每个文件都可以被协作命名为易读的名字。通过搜索，就能很容易地找到想要查看的文件。
从IPFS的介绍可以看出， IPFS设想的是让所有的网络终端节点不仅仅只充当 Browser或Client的角色，其实人人都可以作为这个网络的运营者，人人都可以是服务器。
对比HTTP，IPFS具有这样的一些特性：
基于内容寻址，而非基于域名寻址。文件（内容）具有存在的唯一性，一个文件加入了IPFS的网络，将基于计算对内容赋予一个唯一加密的哈希值。这将改变我们使用域名访问网络的习惯。
提供文件的历史版本控制器（如git），并且让多节点使用保存不同版本的文件。
IPFS的网络上运行着一条区块链，即用来存储互联网文件的哈希值表，每次有网络访问，即要在链上查询该内容（文件）的地址。
通过使用FileCoin的激励作用，让各节点有动力去存储数据。 Filecoin 是一个由加密资产驱动的存储网络。矿工通过为网络提供开放的硬盘空间获得Filecoin，而用户则用 Filecoin 来支付在去中心化网络中储存加密文件的费用。
架构
IPFS至少有八层子协议栈，从上至下为身份、网络、路由、交换、对象、文件、命名、应用，每个协议栈各司其职，又互相搭配。
身份层和路由层可以一起解释。对等节点身份信息的生成以及路由规则是通过Kademlia协议生成制定，KAD协议实质是构建了一个分布式松散Hash表，简称DHT，每个加入这个DHT网络的人都要生成自己的身份信息，然后才能通过这个身份信息去负责存储这个网络里的资源信息和其他成员的联系信息。如同微信名片分享，在无法通过直接搜索微信号的情况下，如果你要找一个人，可以通过有这个人联系方式的朋友分享名片来建立联系。DHT被广泛用于协调和维护关于对等系统的元数据。比如，MainlineDHT 是一个去中心化哈希表，他可追踪查找所有的对等节点。
网络层比较核心，使用的LibP2P可以支持任意传输层协议。NAT技术能让内网中的设备共用同一个外网IP，我们都体验过的家庭路由器就是这个原理。
交换层，是类似迅雷这样的BT工具。迅雷其实是模拟了P2P网络，并创建中心服务器，当服务器登记用户请求资源时，让请求同样资源的用户形成一个小集群swarm，在这里分享数据。这种方式有弊端，一位服务器是由迅雷统一维护，如果出现了故障、宕机时，下载操作无法进行。
中心化服务还可以限制一些下载请求，人们发明了一种更聪明的方式就是Bittorrent，让每一个种子节点所要存储的数据，通过哈希表存储在里面，BT工具相对不太受监管，服务更加稳定。
对象层和文件层适合结合来谈，它们管理的是IPFS上80%的数据结构，大部分数据对象都是以MerkleDag的结构存在，这为内容寻址和去重提供了便利。文件层是一个新的数据结构，和DAG并列，采用Git一样的数据结构来支持版本快照。
命名层具有自我验证的特性（当其他用户获取该对象时，使用指纹公钥进行验签，即验证所用的公钥是否与NodeId匹配，这验证了用户发布对象的真实性，同时也获取到了可变状态），并且加入了IPNS这个巧妙的设计来使得加密后的DAG对象名可定义，增强可阅读性。
最后是应用层，IPFS核心价值就在于上面运行的应用程序，我们可以利用它类似CDN的功能，在成本很低的带宽下，去获得想要的数据，从而提升整个应用程序的效率。
Mutiformats是一系列hash加密算法和自描述方式（从值上就可以知道值是如何生成）的集合，它具有SHA1\SHA256 \SHA512\Blake3B等6种主流的加密方式，用以加密和描述nodeID以及指纹数据的生成。
LibP2P是IPFS核心中的核心，面对各式各样的传输层协议以及复杂的网络设备，它可以帮助开发者迅速建立一个可用P2P网络层，快速且节约成本，这也是为什么IPFS技术被众多区块链项目青睐的缘由。
IPLD其实是一个转换中间件，将现有的异构数据结构统一成一种格式，方便不同系统之间的数据交换和互操作。现在IPLD支持的数据结构，是比特币、以太坊的区块数据，也支持IPFS和IPLD。这也是IPFS为什么受到区块链系统欢迎的原因。
IPFS应用了这几个模块的功能，集成为一种容器化的应用程序，运行在独立节点上，以Web服务的形式，供大家使用访问。
Filecoin把这些应用的数据价值化，通过类似比特币的激励政策和经济模型，让更多的人去创建节点，去让更多的人使用IPFS。
