IPFS(Inter Planetary File System)简介

IPFS是基于P2P的分布式文件系统，相当于一个分布式版本的Web系统。的最大特点是基于内容寻址(content-addressing)与分布式存储(distributed storage)。

词汇定义

• hash - 哈希函数值（如sha3）
• dag - 有向无环图(directed acyclic graph)
• merkle-link - 默克尔链接（代表DAG图的边），通常包含一个代表某个对象的哈希值，ipfs通过默克尔链接构建出一个基于内容寻址的DAG图
• merkledag - merkledag是使用merkle-link构建出的DAG图，也是一种hash树；相对于merkle-tree，merkledag并不必需是平衡树，而且树的节点可以包含数据内容。
• multihash - 兼容多种hash的数据结构
• ipfs object - ipfs的节点对象，ipfs中一个object就是一个merkledag格式的结构
• merkledag format - merkledag格式，即merkledag图的节点数据结构
• link segment - merkledag格式的其中一个组成部分，即merkle-link
• data segment - merkledag格式的其中一个组成部分，即实际节点数据
• protobuf - 一种序列化编码
• multicodec - 一种序列化编码

核心数据结构

CID (Content Identifier)

CID的主要作用是唯一标识一个IPFS网络的资源，主要包含两部分内容：

• mcodec - 编码方式
• mhash - 兼容多种hash的数据结构，见词汇表multihash

IPLD (InterPlanetary Linked Data)

IPLD即原来的merkledag结构（同一个，官方文档将原来的merkledag改名为IPLD），主要包含两部分内容：

• Link Segment
• Data Segment

具体形式定义如下（ProtoBuf格式）：

// An IPFS MerkleDAG Link
message MerkleLink {
  bytes Hash = 1;   // multihash of the target object
  string Name = 2;  // utf string name
  uint64 Tsize = 3; // cumulative size of target object

  // user extensions start at 50
}

// An IPFS MerkleDAG Node
message MerkleNode {
  repeated MerkleLink Links = 2; // refs to other objects
  bytes Data = 1; // opaque user data

  // user extensions start at 50
}

Merkle森林

ipfs是基于内容的寻址方式（content addressing），主要有以下几个好处：

• 唯一性
• 防止篡改
• 无需复制大量数据内容

具体形式：

https://<gateway-host>.tld/ipfs/<cid>/path/to/resource
ipfs://{cidv1b32}/path/to/resource

IPFS希望构建一个Merkle森林，将所有Internet上的兼容merkledag数据的系统都包含进入这个森林。不同的系统（如Bitcoin，Ethereum或Git）在这个森林中相当于某一棵树；在系统间交换数据时只要提交某个特定对象的merkle root，便足以代表大量的数据，大大提高了系统间进行信息交换的效率。

目前merkledag兼容的系统有(仅列举一部分)：

• Bitcoin
• Ethereum
• Bit Torrent
• Git

将不同系统间的相互访问寻址变成非常简单，以下举例寻址访问Ethereum的某个区块中成员数据的示例：

ipfs://{eth block cid}/number

ipfs://{eth block cid}/parent/number

ipfs://{eth block cid}/stateRoot

部分JS代码示例（具体代码可参考以下链接）：

    const block302516 = 'z43AaGEywSDX5PUJcrn5GfZmb6FjisJyR7uahhWPk456f7k7LDA'
    const block302517 = 'z43AaGF42R2DXsU65bNnHRCypLPr9sg6D7CUws5raiqATVaB1jj'

    function errOrLog (err, result) {
      if (err) {
        throw err
      }
      console.log(result.value.toString('hex'))
    }

    ipfs.dag.get(block302516 + '/number', errOrLog)
    ipfs.dag.get(block302517 + '/parent/number', errOrLog)
    ipfs.dag.get(block302517 + '/stateRoot', errOrLog)

https://github.com/ipfs/js-ipfs/blob/master/examples/traverse-ipld-graphs/eth.js

DAG结构的重要性

IPFS为整个分布式网络提供一个基础数据结构IPLD（即merkledag），使得各个系统能在此基础上构建功能强大并能相互联通的应用程序。IPLD在整个分布式网络中的位置堪比TCP/IP协议栈中IP的重要位置：