解析 IPFS 范式

IPFS（The InterPlanetary File System 星际文件系统）是我们在互联网上感知数据和与数据交互方式的变革性方法。要真正理解 IPFS 背后的创新，我们首先需要了解当前网络结构的局限性。

集中式网络：简要概述

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一般来说，当我们访问一个网站或在线文档时，我们基本上是在请求一个特定的服务器（或一组服务器）显示那些内容。这就是被称为基于位置（location-based）的寻址。虽然这个系统多年来服务于我们，但它有内在缺陷：

• 如果托管内容的服务器离线，内容将无法访问。

• 集中化实体控制内容，使其易受审查或更改。

• 高流量需求可能会使服务器减速或崩溃，导致中断。

IPFS：重新思考数据获取方式

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IPFS引入了一种新颖的数据访问方式：基于内容（content-based）的寻址。与其询问数据存储在哪里，IPFS更关注数据是什么。在IPFS中，每个文件及其每个块都被赋予了一个独特的指纹，称为内容标识符（CID，Content Identifier）。CID不仅标识内容，它是从内容的细节中派生的，确保了内容的真实性。

这种方法的优势包括：

• 即使某些节点（或数据存储点）离线，也仍然可以访问内容。

• 维持数据完整性。即使文件的一小部分发生变化，其CID也会改变。

• IPFS的本质是抵制审查。由于数据分布在网络中，没有单一实体能控制或阻止访问。

深入了解 Merkle DAG

在幕后，IPFS 使用了一种称为Merkle有向无环图（DAG，Directed Acyclic Graph）的结构。简单来说，这是一种组织和链接数据块的方式。每个块包含数据，并通过加密哈希与其他块链接。这些链接形成了类似网络的结构，确保数据完整性和高效检索。如果你见过家谱，Merkle DAG有点相似，但它连接的是数据块而不是亲戚。

拥抱点对点范式

IPFS对数据存储和检索的独特方法依赖于其点对点（P2P，Peer-to-Peer）结构。这种架构与传统的互联网模型不同，它在解决集中式网络的许多固有缺陷方面起着重要作用。

理解点对点网络

与传统网络不同，传统网络中服务器（内容提供者）和客户端（内容消费者）之间有明显区别，在P2P网络中，每个参与者都可以是两者。这意味着：

• 分布式数据：数据不是存储在中央位置，而是分布在网络中的参与者之间，提高了冗余性和可访问性。

• 动态参与：节点可以随意加入或离开网络，而不会破坏网络的整体功能。

• 直接数据交换：节点直接通信，无需中央调解者。这可以加快数据传输，特别是当节点地理位置接近或网络连接强时。

IPFS 如何增强 P2P

IPFS 并不是第一个P2P网络，但它带来的创新使它特别适合去中心化网络：

• 内容寻址：如前所述，IPFS使用CID进行数据检索，确保准确性和数据完整性。

• 分布式哈希表（DHTs，Distributed Hash Tables）：这个系统是IPFS固有的，帮助在广阔的网络中定位数据，确保高效的数据检索。

• Bitswap协议：IPFS的数据交换协议确保节点彼此合作，并高效地共享数据。当一个节点需要数据时，它会发送请求。其他节点回应，确保请求者从最有效的来源获取数据。

在去中心化的世界中确保数据持久性

虽然 IPFS 的去中心内化特性带来了无与伦比的优势，但也带来了独特的挑战，特别是在数据持久性方面。

垃圾回收在 IPFS 中的作用

为确保有效利用资源，IPFS 节点可能会偶尔清除不常访问的数据。垃圾回收过程可确保节点不会被休眠数据淹没。不过，必须保护重要数据不被清除。

IPFS中“钉住（Pin）”的重要性

“钉住”是 IPFS 应对垃圾回收挑战的解决方案。通过钉住数据，用户将其标记为重要数据。这样，无论垃圾回收周期如何变化，被钉住的数据都能在网络上继续存储和访问。