IPFS，全称为InterPlanetary File System，中文译为星际文件系统，它是一种旨在创建持久且分布式存储和共享文件的网络传输协议。从本质上讲，它是一种点对点的分布式文件系统，它的目标是连接所有计算设备，使用同一个文件系统。
IPFS的设计理念与我们当前广泛使用的HTTP（超文本传输协议）存在根本性的不同。传统的HTTP协议是基于位置寻址的，我们通过一个域名或IP地址去访问存储在特定服务器上的特定文件。这种模式下，数据的位置决定了它的身份。IPFS则开创了一种新的模式，它通过文件内容本身来进行寻址，而不是通过文件的存储位置。
这种转变意味着对数据的关注点从‘你在哪里’变成了‘你是什么’。在IPFS网络中，每一个文件及其中的所有数据块都会被赋予一个独一无二的哈希值，这个哈希值是通过文件内容计算得出的。这个加密哈希值被称为内容标识符（CID）。当你需要访问一个文件时，你不再是向某个特定的服务器发出请求，而是向整个IPFS网络询问：“谁拥有这个哈希值对应的文件内容？”网络中的节点会协同工作，找到并向你提供所需的数据。这种方式使得数据分发更加高效，并且天然具备了数据校验的功能，因为一旦文件内容被篡改，其哈希值就会发生变化，从而无法匹配原始的请求。
IPFS的核心工作原理
1、内容寻址（Content Addressing）。这是IPFS的基石。当一个文件被添加到IPFS网络时，系统会对其内容进行哈希运算，生成一个唯一的内容标识符（CID）。这个CID直接代表了文件内容本身。任何对文件内容的微小改动都会导致生成一个全新的CID。因此，CID不仅是文件的地址，也是文件内容的完整性校验指纹。用户通过CID来请求数据，网络则负责找到并返回与该CID匹配的数据块。
2、默克尔有向无环图（Merkle DAG）。IPFS在组织数据时使用了这种数据结构。当一个大文件被添加到IPFS中时，它会被分割成多个较小的数据块（Chunks），每个数据块都会计算出一个哈希值。然后，系统会将这些数据块的哈希值组合起来，形成一个上层对象的哈希值，以此类推，最终形成一个单一的根哈希，这个根哈希就是代表整个文件的CID。这种结构使得数据可以被分块传输和验证，提高了效率，并且支持数据去重，因为内容相同的数据块在整个网络中只需要存储一份。
3、分布式哈希表（DHT）。为了在庞大的分布式网络中找到拥有特定数据块的节点，IPFS使用了一种分布式哈希表（Kademlia DHT）。每个加入IPFS网络的节点都会维护一个路由表，记录着其他节点的信息。当一个用户需要查找某个CID时，他会向网络中的对等节点发出请求。这些节点会根据自己掌握的信息，指引请求者找到离目标数据更近的节点，通过这种分布式的查询机制，最终定位到存储着所需数据块的节点。
IPFS与传统HTTP的区别
1、寻址方式。HTTP采用的是基于位置的寻址方式，我们通过URL（例如 http://example.com/file.txt）来访问资源。这个URL指向的是一个特定的服务器位置。IPFS采用的是基于内容的寻址方式，通过内容的哈希值（CID）来访问资源。这意味着只要内容不变，它的地址就永远不变。
2、数据存储与获取。在HTTP模型中，数据通常存储在中心化的服务器上。用户从单一的源头下载数据，如果该服务器宕机、被攻击或者删除了文件，资源就无法访问了。IPFS的数据存储在网络的多个节点上。当用户请求数据时，可以同时从多个拥有该数据的节点处下载数据块，这不仅可以提高下载速度，也增加了数据的冗余度和可用性。
3、数据持久性。HTTP上的内容可以被服务器所有者随时修改或删除，导致链接失效（404错误）。在IPFS中，由于数据是内容寻址的，文件版本是不可变的。一个CID永远指向其对应的那份独一无二的内容。只要网络中至少有一个节点存储（或称为“钉住”/Pin）该文件，它就是永久可用的。这为构建更持久、更具弹性的网络数据存档提供了可能。
IPFS生态中的关键组件
1、IPFS节点（Node）。IPFS网络是由全球成千上万个独立的节点组成的。任何运行IPFS软件的计算机都可以成为一个节点。每个节点既是客户端，也是服务器。它会为自己存储的数据提供服务，同时也会在本地缓存从其他节点获取的数据，并帮助网络中的其他用户路由和查找内容。节点的数量和分布直接决定了整个网络的健壮性和性能。
2、IPFS网关（Gateway）。为了让使用传统HTTP协议的浏览器能够无缝访问IPFS网络上的内容，IPFS生态中存在网关。IPFS网关是一个Web服务器，它充当了HTTP和IPFS协议之间的桥梁。用户可以通过一个普通的URL访问网关，网关会代替用户在IPFS网络中查找并获取指定的CID内容，然后通过HTTP协议返回给用户的浏览器。这极大地降低了用户访问IPFS资源的门槛。
3、Filecoin。Filecoin是一个与IPFS紧密协作的分布式存储网络。IPFS本身解决了如何存储和寻址数据的问题，但没有提供一种激励机制来确保节点愿意长期存储数据。Filecoin通过引入加密经济模型来解决这个问题。Filecoin为IPFS提供了一个持久化存储的激励层，存储提供者通过出租他们的硬盘空间来赚取Filecoin代币，而用户则支付代币来持久化地存储他们的数据，这鼓励了更多节点为网络提供稳定可靠的存储服务。
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