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一文说清楚IPFS分布式存储系统

引言

IPFS（InterPlanetary File System），一种分布式网络传输协议，通过去中心化、内容寻址、点对点通信等技术提高文件存储的安全性和效率。

IPFS原理

1. 分布式哈希表DHT：使用DHT实现内容寻址，每个文件由其内容哈希值唯一标识，节点根据内容哈希值可以快速定位文件。
2. 内容寻址：文件定位基于内容寻址而非其存储的物理位置，确保文件的唯一性和可验证性。
3. 点对点通信：IPFS节点通过点对点通信协议连接，可以请求、分布、转发文件。点对点的通信模型有助于提供网络可扩展性和抗攻击性。
4. 内容缓存：节点可以缓存访问过的文件内容，以便将来请求时更快提供文件，有助于减少重复传输和提高网络性能。
5. 数据块：文件分割为数据块，使用Merkle DAG组织起来，提高文件的可靠性和可验证性，也利于文件的部分下载和共享。
6. 内容生产者和消费者：节点既是内容发布者也是内容消费者。

IPFS与传统文件系统的优劣

传统文件系统的优势：成熟稳定、易用性、中心化管理、性能
传统文件系统的劣势：单点故障、可用性限制、数据冗余和复制、扩展性限制

IPFS的优势：去中心化、内容寻址、网络效率、共享和分发
IPFS的劣势：网络稳定性、学习曲线、数据隐私

IPFS应用场景

1. 分布式存储和共享
2. 内容发布和分发
3. 版本控制和文件管理
4. 区块链和智能合约
5. 去中心化应用
6. 云存储替代方案
7. 内容加速和CDN

常见IPFS系统

Go-IPFS、js-IPFS、IPFS Cluster、Textile、IPFS Desktop、Fleek、Infura、NFT.Storage

区块链 | IPFS：CID

CID

CID（Content-ID），IPFS用来标识内容，可以标识一个文件或文件块。CID是一个字符串，由内容经过哈希再编码而来，分CIDv0和CIDv1两个版本。

1. CIDv0
   CIDv0使用了多重哈希和base58btc编码

多重哈希mutlihash是一种自描述的哈希，本身包含描述哈希长度、加密算法元数据。多重哈希遵从TLV模式，type-length-value。

• type：生成哈希的加密算法的标识符，如SHA2-256的标识符为18
• length：哈希实际长度，如SHA2-256时为256
• value：实际哈希值

CIDv0内容多重哈希表示为<multihash-algorithm><multihash-length><multihash-hash>

基数编码将二进制编码为字符串，IPFS CIDv0对内容的多重哈希使用base58btc编码，如QmY7Yh4UquoXHLPFo2XbhXkhBvFoPwmQUSa92pxnxjQuPU。CIDv0以Qm开头。

1. CIDv1
   CIDv0只支持base58btc编码，而为了支持多种编码方式，推出了CIDv1。

多码前缀（multicodec prefix）指示了数据使用了哪种编码方式，格式为
<multicodec><multihash-algorithm><multihash-length><multihash-hash>
如01110000表示dag-pb编码

为了区分CID版本，引入版本前缀
<cid-version><multicodec><multihash-algorithm><multihash-length><multihash-hash>
<cid-version>为1代表CIDv1，而CIDv0只有multihash的部分。

多基数前缀（multibase prefix），表示CID进行格式转换时使用的基数编码

Binary:
<cid-version><multicodec><multihash>
String:
<base>base(<cid-version><multicodec><multihash>)

base()对括号中内容进行基数编码，<base>是基数编码前缀标识符，如b代表base32，IPFS大多实现默认选base32。