虽然区块链有很多令人兴奋的特性，但是也有其固有的缺点。比如，文件或者长度较长的文本信息就不适合存储在链上。那么如何解决这个缺点呢？一个解决方案就是IPFS(Interplanetary File System)——星际文件系统。
本文作为简介篇不打算涉及网络及数据结构相关知识(比如什么是协议、什么是树、什么是图……)，不过我相信各位看官既然能找到本文网络基础应该不是问题。
为什么需要IPFS?
说这个之前，我们看看现在互联网基石 —— HTTP协议，网址(URL)由几部份构成:
- 协议
- 服务器地址（IP地址，或者域名)
- 端口
- 路径
- 参数
HTTP是路径(位置)导向的、中心化的，而IPFS则是资源导向的、分布式的。以网站举例，如果某个网站服务器关闭，那么如果没有其他三方对其进行过快照的话，基本就是再也看不到上面的内容了。而IPFS则不然，只要IPFS网络中有对应的副本，则不会因为某个”人”删除资源而导致无法访问。(单点问题)
老司机应该觉得眼熟，这不就和BT种子类似么？是的，IPFS结合了Git版本系统、Bittorrent、DHT等技术。也正因如此，IPFS刚好可以用来弥补区块链不适合存储文件或长文本这个缺陷。
基于路径导向还会导致某些安全问题，假定你需要下载http://www.aa.com/file.zip这个文件，如果这个文件被替换成木马病毒一类的，客户端是无法判断数据是否被更改的。换言之，客户端只知道”在哪里”，而不知道”是什么”。
此外，随着媒体类资源如音频、视频越发流行，带宽资源也越发成为限制HTTP传输速度的瓶颈。而如果你需要的资源在IPFS存在，则会自动选择一个最近的下载，传输速度大大提升。
什么是IPFS?
官网原话:
IPFS aims to replace HTTP and build a better web for all of us.
翻译过来就是：IPFS是来干掉现有HTTP协议、带领农奴翻身的。所以咧，官网就被”墙”了。但从技术角度，更好的解释在白皮书中。
白皮书标题就3点：
- 内容寻址：通过文件内容生成唯一哈希值来标识文件，而不是通过文件保存位置来标识。相同内容的文件在系统中只会存在一份，节约存储空间。
- 版本化：可追溯文件修改历史。（参照git、svn）
- 点对点文件系统：P2P保存各种各样类型的数据。
涉及的技术点有5个:
- 分布式哈希表(DHT)
- 块交换
- Merkle DAG
- 版本控制系统
- 自验证文件系统(SFS)
上面的技术点基本每个都能写一系列文章，这里就简单说一下，如果有时间以后再补充完善。(没错，我又开始挖坑了！)
DHT被广泛用于维护协调p2p网络的元数据，比如BitTorrent中的MainlineDHT就追踪了torrent网络中节点的集合。而IPFS中则是结合了Coral DSHT和S/Kademlia DHT，这两个都是Kademlia DHT的扩展。(再简单说就是用来查找节点的。)
块交换，IPFS在BitTorrent的基础上实现了更通用的版本——BitSwap，这也是Filecoin的基础。
Merkle DAG，如果涉及过轻钱包应用的应该知道Merkle Tree，在Merkle Tree中每个父节点的值都是其子节点值的哈希。Merkle DAG则是Merkle Tree和有向无环图(DAG)的结合体，广义上所有数据都在Merkle DAG进行建模，这是保证数据正确、安全传输的关键点。
版本控制，这个不用多说了吧？
自验证文件系统(Self-certifying File System,SFS)是一种不需要特殊权限的分布式文件系统，因为每个用户上传是生成的文件名已经是经过其私钥签名过的了。在这个基础上，又可以引出星际命名空间(InterPlanetary Name Space,IPNS)的概念。之前说过IPFS上的文件哈希后都是唯一识别的，推广开来，每个节点也有公钥、私钥和节点ID，节点ID是其公钥的哈希值，节点可以使用私钥来对其发布的数据签名，其他用户检索时，可以检查发送者的公钥来验证数据真实性。
如何使用IPFS?
首先下载go-ipfs，我这里直接使用linux版本的，解压后执行:
1 | go-ipfs❯ sudo sh install.sh |
建议使用提示中的哦命令看看quick-start，常用操作都在里面了。
然后启动ipfs服务：
1 | go-ipfs❯ ipfs daemon |
然后访问http://localhost:5001/webui可以查看系统信息、创建文件夹、添加文件等。
添加个文件：
1 | ~ » mkdir roy_test |
然后测试下文件是否添加成功：
1 | ipfs ls QmUK6CHzQyn2CWpHumysxhQXjzi4dA373DYLD2zgj8n7kx |
也可以通过本地网关访问http://localhost:8080/ipfs/QmTbyi4XTyG8PrJo7KDcexNGxBJNKfJCwjfmY4HmtENqYd。
然后我们来修改一下文件：
1 | echo "www.hi-roy.com" >> roy_test/roy.txt |
注意，修改文件后哈希值发生了变化，原来的文件依然存在。但每次更新文件都有一个新哈希也太麻烦了，这时可以使用上面说的IPNS了:
1 | ipfs name publish QmUK6CHzQyn2CWpHumysxhQXjzi4dA373DYLD2zgj8n7kx |
这里我把文件夹的哈希值作为根发布，然后就可以使用ipns查看文件了：
1 | ipfs cat /ipns/QmcWR5hMnF7LNqNJBC6fxSBdXRUBgJEnXca3MHWN8kpdXC/roy.txt |
以后更新文件后再publish就可以了。不过 使用ipns会很慢。
使用IPFS时应该注意？
永久性(Permanence)不等同于持久性(Persistence)。
Objects are permanent。
也就是说，你在IPFS网络中上传了某个文件，指向你这个文件的链接是永久不变的，但如果每个节点都觉得这个文件没什么价值而将其删除，那么这个文件是会”消失”的。
IPFS的应用领域?
白皮书3.8节提到了12个应用场景：
- 作为全球文件系统挂载到
/ipfs和/ipns下。 - 作为个人同步文件夹自动控制版本、推送、备份。
- 作为加密文件或者数据共享系统。
- 作为所有软件的版本控制器。
- 作为虚拟机的根文件系统。
- 作为VM的引导文件。
- 作为数据库:程序可以直接写入Merkle DAG数据模型，并获得IPFS提供的版本控制、缓存、分发功能。
- 作为一个加密的通信平台。
- 作为一个大文件完整性校验的CDN平台(不需要SSL)。
- 作为加密CDN。
- 作为网站CDN。
- 作为一个永远不会消失的网站。
利用IPFS的项目比较多，但大多处于探索阶段，杀手级的目前还没出现。这里给大家介绍我认为比较有意思的：
- akasha，号称下一代社交网络，测试玩的话chrome浏览器可以装个
MetaMask插件，并将网络设置为Rinkeby Test Network。 - 基于IPFS的维基百科，维基百科镜像。
- livepeer，去中心化流媒体平台，可以贡献自己的带宽获取token。
IPFS的缺点?
目前觉得缺点有２个：
域名不友好，比如
ipfs.io/ipns/Qmxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx/。当然可以引入域名系统DNS，但又会面临现有DNS系统的各种缺陷，比如域名污染等。数据节点没动力维持网络数据的长期备份，如果所有的数据节点都将某份数据清除来节省空间，理论上这个文件最终会”消失”。为了缓解这个问题，引入了
FileCoin来为IPFS添加经济激励，毕竟有句话叫做”无利不起早”么。
写到这让我想起了《人月神话》中的经典台词：
没有银弹。