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IPFS生态报告丨一文概览分布式存储-IPFS

IPFS(InterPlanetary File System)星际文件系统,由Juan Benet(胡安.贝 纳特)于2014年5月立项。分布式存储是未来趋势,IPFS富有创新性的各种技术,致力于让数据永存,替代HTTP。

IPFS生态报告丨一文概览分布式存储-IPFS


前言

IPFS(InterPlanetary File System)星际文件系统,由Juan Benet(胡安.贝纳特)于2014年5月立项,入驻美国著名创业孵化器

Y Combinator(成功孵化出Airbnb、Dorpbox等)拿到YC巨额投资,同时胡安.贝纳特成⽴了协议实验室(Protocol Labs),目前协议实验室下辖项目有 IPFS、Filecoin、libp2p、IPLD、Multiformats 五个独立项目组成。其团队成员大都来自国际知名名校,斯坦福大学居多。

Juan Benet(胡安.贝纳特)1988年03月16日 墨西哥.库埃纳瓦卡人,现居地美国 旧金山湾区。

2014年5月–至今 协议实验室 创始人& CEO

2012年6月–2013年8月 Athena 项目创始人

2010-2012 斯坦福大学 计算机科学 硕士

2006-2010 斯坦福大学 计算机科学 学士

在校期间多次参与斯坦福大学“计算机科学研究小组”,研究方向包含无线传感器网络路由协议(CTP)、私有数据共享、以及PrPl协议的应用等。在校期间以“软件工程师”的职位在Verve Wireless、Anticancer Inc 机构实习。


IPFS缘起–让数据永存

2012年,斯坦福毕业后,胡安决定留在了美国开始了他的第一轮技术创业。2013年,Athena 公司有声有色的运作着,随着资本的注入来到了2014年。时逢摩根大通近亿量级的个人银行数据被黑客窃取,美国四分之一的民众受到了影响,更有近千万的企业同受到数据窃取带来的损失,经济一度被数据中心化安全所牵动。

当年,无中心主义的胡安立项了IPFS,几乎同时,成立了协议实验室,至此,协议实验室开始了星际传输协议的研究与开发,至今已5年有余。

IPFS广受关注原因一方面在于它的目标是补充甚至替代已经使用20余年的HTTP传输协议,它是较早提出点对点、文件内容寻址、技术栈完善的存储解决方案;

另一方面在于IPFS的兄弟项目——区块链项目Filecoin,并且它们都是开源项目。

 

技术上,IPFS富有创新性,前景上分布式存储是未来趋势,但是要完成替代HTTP的道路,IPFS及IPFS所属的分布式存储还有很多的困难需要解决。


目录

  • IPFS概述
    1. IPFS简述
    2. IPFS定义
  • IPFS VS HTTP
    1. 协议架构
    2. 寻址方式
    3. 发展进程
  • IPFS生态
    1. 应用层
    2. 激励层

1、IPFS的目标

1.1、IPFS概述

Web2.0时代的当下,用户每天花费大量时间在互联网,或工作,或娱乐,时刻使用着基于HTTP文本传输协议的数据上传与下载。

基于TCP/IP的计算机应⽤层⾯的HTTP,用C/S或B/S架构传输数据,即从服务器端传输超⽂本数据到本地客户端,客户端的浏览器、APP等应用程序经渲染再将数据呈现给⽤户。

HTTP是为了实现某一类具体应用的协议(即超文本传输),并由某一运行在用户空间的应用程序来实现其功能,它是一种协议规范,这些规范记录在相关文档上。

HTTP目前显现出了部分缺陷,包括:服务⾼度依赖中⼼⽹络,中心⽆法承载经济成本或流量压力;中⼼数据库/服务器受损的可逆和修复性弱;带宽利用率低;

同HTTP一样IPFS也可以定义为应用层协议,IPFS创造的是点对点的⽹络拓扑,从数据寻址方式、分布关系颠覆;基于⽂件内容哈希标识的唯一性,节约了空间消耗及运维成本。

IPFS网络⽂件不会只存在于数个节点,并且文件以碎片存在于多个⼦节点上。IPFS网络检索文件将把节点(通过哈希)表检索,找到全部碎片并⾏抓取,最后在本地拼成完整⽂件。这样,并⾏的速度远优于当前的数据传输形式。

分布式储存⽅式能有效解决数据丢失的⻛险,同时减轻个体数据库的存储压⼒。

 

1.2、定义IPFS

  • IPFS是协议

定义了基于内容寻址的文件传输协议,并结合了来自Kademlia、BitTorrent、Git等想法来协调内容传输。在这个网络协议下,访问文件或数据的依据,是一串串与文件匹配的唯一的哈希值。

  • 是文件系统

有文件夹、文件和基于FUSE的可挂载文件系统。虽然在此协议下检索文件是依据哈希值而非IP,但具体文件依然存储在以树状层级文件夹系统为基础的文件系统。

  • 是互联网

文件可以通过HTTP网关来访问,例如https://ipfs.io;

浏览器通过扩展插件或直接使用区块链浏览器来使用ipfs://域;

哈希寻址保证了内容的真实性。

  • 是P2P(点对点通讯)

支持世界范围点对点文件传输,具有完全分散的架构,没有中心点故障。掠过所有中间节点的端对端直达传输。

  • 是CDN

在本地库中添加一个文件,立即对世界可用,并拥有对缓存友好的内容哈希地址和BitTorrent一样的带宽分发。访问此网络下的文件就像访问本地文件一样迅速方便。

  • 是云服务

基于分布式存储结构,集合全节点存储能力,以供存储检索需求。

 

2、IPFS VS HTTP

2.1、协议架构

IPFS架构分为⼋层⼦协议栈,从上⾄下为身份、⽹络、路由、交换、对象、⽂件、命名、应⽤。

⼋层协议栈
IPFS的⼋层协议栈



HTTP是符合OSI的七层式协议栈,从上⾄下为物理、数据链路、⽹络、传输、会话、表示、应⽤。

HTTP的七层协议栈
HTTP的七层协议栈

 

IPFS/HTTP各协议栈层互相协作,共同搭建网络信息传输协议生态。

 

IPFSHTTP各协议栈层互相协作
IPFS和HTTP各协议栈层互相协作

2.2、寻址方式

内容寻址VS IP寻址

HTTP IP寻址简述

HTTP内容寻址
HTTP IP寻址

首先,每个计算机必须有一个IP地址才能够连入因特网;

每个IP包必须有一个地址才能够发送到另一台计算机;

TCP/IP 使用 32 个比特或者 4 个 0 到 255 之间的数字来为计算机编址;

 

使用固定的连接,用于应用程序之间的通信;

用于 TCP/IP 地址的名字被称为域名;

键入一个可读域名,域名会被一种DNS程序翻译为数字IP;

应用程序希望通过TCP与另一个应用程序通信时,会发送一个通信请求,这个请求被送到确切的IP地址,在双方“握手”后,TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex) 的通信;

这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路,直到它被一方或双方关闭为止;

 

IPFS内容寻址简述

IPFS内容寻址
IPFS内容寻址

每个文件都可以使用名为IPNS的分布式命名系统通过人类可读的名称找到对应数据;

每个文件及其中的所有块都被赋予一个称为加密 Hash 的唯一指纹;

IPFS 消除了网络上的单点冗余重复;

每个网络节点仅存储它感兴趣的内容,以及一些索引信息,帮助确定谁在存储什么;

在查找文件时,你要求网络查找,内容存储在的唯一 Hash 后面的节点;

 

2.3、发展进程

HTTP 诞生已有三十个年头

而 IPFS 目前也已经有五年余载

 

HTTP和IPFS发展历史
HTTP和IPFS发展历史

 

IPFS生态

3.1应用层 Dapp

采用IPFS技术的DAPP示意图
采用IPFS技术的DAPP示意图

 

DAPP示例

(1)Openbazaar 是个开源的开放集市(c2c),没有中心服务器,靠的是分布式节点自动维护,交易付款用BTC,交易双方是匿名;网站没有没有域名,它并不是使用域名访问的,而是使用类似区块链技术的onename。

在1.0版本,OpenBazaar被称之为“黑市”,那时没有应用IPFS,利用ZeroMQ来实现P2P交易,把交易的手续费作为红利给到用户,同时它用比特币作为支付渠道而轰动一时,用户数量在短时间内迅速提升。

在2.0版本发布后,加入了一层审查机制,同时支持了比特币之外的BCH等数字货币,并且整合与重构IPFS,取代了之前的ZeroMQ。

现在,集市上众多的商店在没有用户上线的情况下,也可以在主机上就被运行。以前必须同时登陆才可以交易,现在利用IPFS相当于实现了离线店铺,这意味着,访问你店铺的人越多,店铺数据被复制越多,有利于优质的店铺宣传和推广,这也是一定意义上的价值回归。

(2)PeerPad是协作的实时编辑器,它不使用第三方,所有参与节点直接对话,不需要中央服务器。同时Peerpad开源,展示了开发者如何使用IPFS建立自己的无服务器的、实时的、离线优先的多人协作的分布式应用程序,由协议实验室和IPFS社区建立。可实现四种功能:

1、会议笔记

无论是使用纯文本、Markdown还是富文本,你都可以实时地与同事分享会议记录。

2、协作或共享代码片段

Peerpad有一个内置的代码编辑器,可以在编辑同一个文件时使用它与同事协作。

3、写文章并分享

您可以发布一个pad的快照到IPFS,使其在internet上可用。通过共享解密内容的读取密钥来选择与谁共享。

4、与多个用户同时协作

Peerpad可以与许多用户同时修改文档,实时处理彼此的变化。

 

IPFS应用层目前还多为当前互联网商业业务突出的产品的区块链版,有音视频娱乐服务、电子商务等,但结合IPFS特性及中心化社会的痛点,未来但凡涉及‘数据量大’、‘带宽压力’、‘数据安全’、‘文件版本’等基本诉求的业务,皆向去中心化甚至IPFS靠拢,在这里做个窥探性前瞻。

3.2、网络激励层–Filecoin

目前IPFS激励层应用在国内外有多个项目在探索,最受关注的还是协议实验室自搭建的Filecoin(文件币),它的出现旨在提升IPFS协议在全球范围内被应用的广度,这个普及推广的过程需数年甚至数十年,Filecoin自身也形成了一个应用生态,包含了存储网络、经济体系、技术架构等。(该详情可查阅Filecoin生态报告)

 

结语

总结

IPFS架构分为⼋层⼦协议栈,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。

IPFS⽣态系统分为五⼤模块,覆盖⼋个层级的⼦协议栈。

IPFS拥有去冗余机制,⾃动删除重复⽂件,保证区块链⽹络空间的合理分配;将⽂件分⽚存在⼦节点上,提取⽂件并⾏抓取,保证区块链⽹络的⾼效性;IPFS网络的数据访问会分散到大量节点,防⽌DDoS攻击保证⽹络安全性。

IPFS已拥有部分成熟应⽤及⼤量存储空间,但IPFS欲颠覆HTTP统治地位,激励系统尚未完善,这部分且关注Filecoin。

 

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此报告为IPFS原力区制作编译,报告中所有数据、表格、图⽚均受有关商标和著作权法律保护,部分数据采集⾃公开信息,知识产权为原作者所有。如需采⽤报告及数据,请提前告知IPFS原力区。

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此报告中所有内容均为IPFS原力区工作人员通过市场调查、数据分析及其他合法渠道获得,通过IPFS原力区的数据分析师建⽴相关模型得出,仅供参考。

本报告仅作为各类市场活动参考资料,不构成任何投资或交易建议。

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