01.IPFS對于數(shù)據(jù)存儲的解決方案
IPFS在數(shù)據(jù)存儲方面采用的是分散式的文件存儲，區(qū)別于HTTP協(xié)議的位置尋址，IPFS是基于內(nèi)容尋址，當(dāng)文件上傳到IPFS節(jié)點(diǎn)存儲時，節(jié)點(diǎn)會對文件進(jìn)行Merkle DAG（默克爾有向無環(huán)圖）的格式組織分塊存儲，在存儲完畢后，文件將以Merkle DAG的根哈希數(shù)來表示該文件，用戶可以從IPFS構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)中以DHT(分布式哈希表)的方式獲取文件。
此外，在數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)上，IPFS還采用了CID字庫技術(shù)來驗(yàn)證數(shù)據(jù)的重復(fù)性，此功能將會有助于對IPFS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重復(fù)數(shù)據(jù)的刪除，確保存儲在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)唯一性，因此，具有相同內(nèi)容的文件是無法提交兩次。
這樣的數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)在一定程度上不僅能優(yōu)化存儲要求，還可以提高整個網(wǎng)絡(luò)性能。
注*什么是默克爾樹
默克爾樹（或簡單的“哈希樹”）是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中每一個節(jié)點(diǎn)被散列。在默克爾樹中，節(jié)點(diǎn)通過其內(nèi)容地址（哈希）指向其他節(jié)點(diǎn)。（請記住，當(dāng)我們通過加密哈希來運(yùn)行數(shù)據(jù)時，我們會獲得一個我們可以認(rèn)為是鏈接的“哈希”或“內(nèi)容地址”，因此默克爾樹是鏈接節(jié)點(diǎn)的集合。）如前所述，所有內(nèi)容地址對于它們表示的數(shù)據(jù)都是唯一的。在上圖中，node E包含對node F和的哈希的引用node G。這意味著的內(nèi)容地址（哈希）對于node E包含這些地址的節(jié)點(diǎn)是唯一的。迷路？讓我們將其想象為一組目錄或文件夾。如果在包含子目錄F和G的情況下通過哈希算法運(yùn)行目錄E，則返回的內(nèi)容派生哈希將包含對這兩個目錄的引用。如果我們刪除目錄G，就像Grace從她的小貓照片中刪除該胡須一樣。目錄E不再具有相同的內(nèi)容，因此將獲得一個新的哈希。構(gòu)建上面的樹后，根節(jié)點(diǎn)的最終內(nèi)容地址（哈希）對于一棵樹是唯一的，該樹包含該樹下所有節(jié)點(diǎn)。如果任何節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)甚至要改變一個字節(jié)，那么更改后的節(jié)點(diǎn)的哈希值就會改變，其所有父節(jié)點(diǎn)的哈希值也會改變。
02.IPFS文件存儲分發(fā)具體實(shí)現(xiàn)過程
IPFS數(shù)據(jù)存儲共有8個組合：節(jié)點(diǎn)身份、Pinning（固定CID的管理器）、Blockstore、BaseBlocks、GCLocker、Blocks、Merkle DAG、DHT。
每個節(jié)點(diǎn)采用nodeID作為身份識別，節(jié)點(diǎn)存儲著公鑰和加密過的私鑰，技術(shù)上使用基于S/Kademlia和Coral的分布式松散哈希表DSHT來尋找匹配的節(jié)點(diǎn)和特定節(jié)點(diǎn)的地址信息，小值（等于或小于1KB）直接存儲在DHT上生成一個NodeID，對于更大的值，IPFS會拆成小塊，DHT存儲擁有這些塊的節(jié)點(diǎn)NodeIds。
數(shù)據(jù)交換使用基于BitTorrent的BitSwap協(xié)議來發(fā)送和接收分布式數(shù)據(jù)區(qū)塊。BitSwap維持著兩個列表，想要獲得的塊和已保存的塊。但與BitTorrent不同的是，BitSwap不限于一個torrent中的塊。BitSwap節(jié)點(diǎn)可以從整個IPFS網(wǎng)絡(luò)獲取所需的塊，而不管這些塊屬于哪些文件，這大大提高了下載效率。同時，網(wǎng)絡(luò)中存在一些激勵節(jié)點(diǎn)會主動緩存和傳播稀有的文件片段。
DHT和BitSwap技術(shù)讓IPFS形成一個用于快速而強(qiáng)大的存儲和分發(fā)塊的P2P系統(tǒng)。在此之上，IPFS還構(gòu)建了一種有向無環(huán)圖Merkle DAG，使用嵌入數(shù)據(jù)源中的目標(biāo)哈希散列構(gòu)建對象之間的鏈接。Merkle DAGs為IPFS提供了許多有用的屬性，包括：
1.內(nèi)容尋址：所有內(nèi)容都由其多哈希校驗(yàn)和進(jìn)行獨(dú)立標(biāo)識
2.防篡改：所有內(nèi)容都使用其校驗(yàn)和進(jìn)行驗(yàn)證。如果數(shù)據(jù)被篡改或損壞，IPFS則會檢測到該數(shù)據(jù)。
3.去冗余：所有內(nèi)容完全相同的對象，只存儲一次。
IPFS并不會要求每一個節(jié)點(diǎn)都存儲所有的內(nèi)容，節(jié)點(diǎn)的所有者可以自由選擇想要維持的數(shù)據(jù)，在備份了自己的數(shù)據(jù)之外，自愿的為其他的關(guān)注的內(nèi)容提供服務(wù)。
