关于IPFS的架构组成

2020-03-30 15:47:23

IPFS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。

  IPFS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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  身份层和路由层

  对等节点身份信息的生成以及路由规则是通过Kademlia协议生成制定(后面简称KAD协议),KAD协议实质是构建了一个分布式的松散Hash表,简称DHT,每个加入这个DHT网络的人都要生成自己的身份信息,然后才能通过这个身份信息去负责存储这个网络里的资源信息和其他成员的联系信息。按照我自己的理解,这就是一个入网的令牌,拿着这个令牌就可以在DHT网络中确定自己的ID。

  网络层

  网络层比较核心,使用的LibP2P可以支持任意传输层协议。NAT技术能让内网中的设备共用同一个外网IP,我们都体验过的家庭路由器就是这个原理。

  交换层

  交换层,是类似迅雷这样的BT工具。

  迅雷其实是模拟了P2P网络,并创建中心服务器,当服务器登记用户请求资源时,让请求同样资源的用户形成一个小集群swarm,在这里分享数据。

  这种方式有弊端,一是服务器是由迅雷统一维护,如果出现了故障、宕机时,下载操作无法进行。其次,中心化服务还可以限制一些下载请求。

  人们发明了一种更聪明的方式就是Bittorrent,让每一个种子节点所要存储的数据,通过哈希表存储在里面,服务更加稳定。

  IPFS团队把BitTorrent进行了创新,叫作Bitswap,它增加了信用和帐单体系来激励节点去分享,用户在Bitswap里增加数据会增加信用分,分享得越多信用分越高。如果用户只去检索数据而不存数据,信用分会越来越低,其它节点会在嵌入连接时优先选择信用分高的。

  这一设计可以解决女巫攻击,信用分不可能靠机器刷去提高,一直刷检索请求,信用分越刷越低。请求次数和存储量的变量之间有一个比较精妙的算法,类似一个抛物线,前期可以容忍很多东西,达到一定次数后不再信任。

  对象层和文件层

  它们管理的是IPFS上80%的数据结构,大部分数据对象都是以MerkleDag的结构存在,这为内容寻址和去重提供了便利。

  文件层是一个新的数据结构,和DAG并列,采用Git一样的数据结构来支持版本快照。

  命名层

  命名层具有自我验证的特性(当其他用户获取该对象时,使用指纹公钥进行验签,即验证所用的公钥是否与NodeId匹配,这验证了用户发布对象的真实性,同时也获取到了可变状态),并且加入了IPNS这个巧妙的设计来使得加密后的DAG对象名可定义,增强可阅读性。

  同时,IPFS核心价值就在于上面运行的应用程序,我们可以利用它类似CDN的功能,在成本很低的带宽下,去获得想要的数据,从而提升整个应用程序的效率。

  IPFS的团队在开发时,采用高度模块集成化的方式,像搭积木一样去开发整个项目。协议实验室团队2015年创立,到17年的时间里都在做IPLD、LibP2P、Multiformats这三个模块的开发,它们服务于IPFS底层,刚才所说的八层协议,其实每一层的实现都绑定在对应的模块下。


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