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  IPFS技术机制以及架构

  提到IPFS我们就得首先说说耳熟能详的HTTP。

  传统的HTTP超文本媒体传输协议,是全世界统一的全局信息格式协议,它的制定为分发和显示信息提供了规范,至今已经应用了20年,是个堪称伟大的发明,可以说没有HTTP协议,也就没有今天的互联网。我们今天所访问的几乎所有网站,都是基于HTTP协议的。

  那么到底HTTP协议有哪些问题,我们为什么需要一种新的协议来取代它呢

  HTTP传输协议之下,数据是被集中的储存在服务器上的。这种简单的中心化存储传输方式,将发布信息的成本降到了最低,但同时也在可分布性和可持久性方面造成了先天的缺失,2017年人类所产生的数据里比过去500年的总和还要多,随着人类数据几何级数的快速增长,中心化的存储方式将很难成为人类知识的永久载体。中心化的存储也显现出了诸多难以解决的问题。

  例如:

  1.存储安全性差,数据有可能被监控、被复制,甚至被篡改;

  2.存储成本高,数据很难被永久保存;

  3.当存储服务器出现突发状况时,数据很可能永久消失,无法被找回;

  4.服务器的带宽有限而且昂贵,会造成集中访问时的网络拥堵。

  举些实际的例子吧:

  美国911事件世贸大楼倒塌时,有太多珍贵的数据永远在人类历史上消失了。

  我们常说我们自己数字货币的私钥,是绝不能通过微信、QQ、邮件等方式保存或传输的,为什么呢,其实就是因为这些软件上的信息都是被中心化保存的,中心化的系统后台有可能看到你的所有信息记录。

  大家抢票时页面打不开,因为中心化的服务器,带宽不够造成了拥堵。

  你如果访问一个其他国家的网站,需要经过长长的光缆和无数个节点,才能到达对方的服务器,所以网页的打开速度会很慢。

  这些就是生活中的一些HTTP的典型缺点,尽管我们已经习以为常,但不得不说,中心化的HTTP并不完美,而IPFS去中心化的分布式存储方式将能完全避免上述的问题,有可能成为历史发展的必然选择。

  为什么IPFS项目如此受人欢迎

  首先与我们目前所使用的互联网协议HTTP有关,目前在互联网世界,用户和网站之间,是以HTTP协议为基础进行交流的。但HTTP作为一种具有超中心化特性的协议,其本身却存在着明显的缺陷。

  举个最简单的例子,几乎所有网站的运行都依赖于一个超中心化的服务器,你想在一个网站获取资源信息,就必须通过服务器。但是一旦这个中心服务器发生故障或者被DDoS攻击,就会出现网站崩溃,网页打不开等问题。好比游戏客户端崩溃,无法进入游戏;云盘存储的文件失效,不能下载等。

  但IPFS与HTTP协议不同,作为去中心化的分布式存储网络,IPFS不存在主网故障问题。并且它比HTTP协议功能更强大,效率更高以及成本更低。

  为什么这么说

  首先IPFS网络中的文件,会被赋予一个独一无二的哈希值,就像比特币挖矿一样,这个哈希值是特定的,只要有一个字符发生了改变,被计算出的哈希值就会天差地别。因此,在HTTP网络一份文件被重复存储的情况绝对不会发生IPFS网络中,它的文件都是独一无二的,不会重复,更不可能被恶意篡改。

  这么一来,在很大程度上减少了存储资源的浪费,降低了存储资源的成本。

  其次,IPFS网络是分布式存储的,一个文件可以被分散成很多份,存储在全球不同的电脑硬盘中,想要下载文件时,只需查询相应的地址(哈希值),就能从各个电脑硬盘中同时获取数据。比起中心化存储,效率明显要快上许多。

  第三, IPFS网络几乎不会受到DDOS攻击的影响,由于IPFS网络是去中心化的,不存在中心化服务器,所以大量集中访问进入网络时就会被分散到不同的节点,不可能造成网络拥堵甚至崩溃的问题。

  第四,IPFS网络能充分保护你的隐私,与比特币的加密算法相同,只要在存入IPFS前对文件进行加密,哪怕别人知道这份文件的哈希值,在没有私钥的情况下也无法查看文件的内容。

  凭借这些优势,IPFS协议很有可能成为未来主流的数据存储方式,取代HTTP协议也绝非是天方夜谭

  从技术演变的角度来看,一种新技术要想取代老技术至少应该做到两点:效率更高和成本更低。而IPFS完美做到了。

  它到底是通过怎样的方式实现的呢,我们通过下面的例子来描述一下IPFS的运行机制。

  你希望在IPFS网络中存储一段音频时,这段音频数据将会通过特殊的加密算法被分割成了若干小份,然后再分散的存储到世界各地矿工们的存储器里。它们中的一部分可能就在你邻居的存储器中,也可能被存储在地球另一端。IPFS中的容错机制会保证你的数据被复制了足够多数量并存放在不同的地区,即使某一个地区的数据因自然灾害完全被毁,通过其他地区的备份也可以完整恢复你的数据。这就极大的保证了存储在IPFS上的数据安全性,当你希望收听小姐姐的音频时,一定可以完整的听到。此外,你也不必担心数据的隐私性,被加密保存的数据小块数据是无法被人查看的,也就是说你的邻居既不清楚他替谁保存了数据,也不清楚保存的数据到底是什么内容,这就比中心化的存储更好的保护隐私。在数据传输速度方面,IPFS也是更有优势的,当你需要读取数据时,所有的存储者会同时为你发送自己保存的那一小块数据,机器接收后自动进行拼接,这样的话,你的下载速度将不再受制于服务器的带宽,而主要取决你的下载带宽,这样自然你的访问速度自然比中心化的HTTP模式下更快。

  那么,全球的数据存储者们,为什么愿意贡献自己的硬盘去保存别人的数据呢这当然少不了一套合理的奖励机制,数据的存储者充当了IPFS中的矿工,获得存储数据的奖励。这套合理的奖励机制就是典型的区块链思维了,也是整个IPFS的核心所在。

  IPFS的架构

  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。


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