孔華威：IPFS的基本邏輯

大咖介紹

孔華威

致公黨員，高級工程師，中科院計算技術研究所上海分所所長，起點資本合伙人。先後就讀北京大學、浙江大學物理系。曾任張江科投首席科學家、曙光信息產業集團VP等，專註超級計算和網格計算技術，以及區域創新生態研究，是科技部火炬創業導師，發起ITALK沙龍、IC咖啡等創新組織，參與投資芯原微電子、七牛雲存儲、敏狐科技、中晟光電、睿勵科儀、黑子科技、鳶鼎信息、鍩鈦通信、語鏡汽車、啟能新材料等。2013年底關注比特幣和區塊鏈技術，著有「數字貨幣的崎嶇演進」，並早期參與投資Scry.info，Ruff，INT，smartmesh，DBC等區塊鏈項目。

說明

我在講解之前認真學習了ipfs-geo項目創建人戴嘉樂發表在ipfser上的文章，並借鑒了其「八層」模型，在此特別感謝。

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IPFS是一個革命性的文件系統

IPFS的中文名是星際文件系統，我認為IPFS是比特幣、以太坊之後比較期待的一個文件系統。那麼IPFS為什麼值得大家去考察？我們通過長期的項目實踐，發現這是一個比較完整的體現與集合了開源、協議、P2P等特點的好項目。

IPFS由Juan Benet在2014年5月份發起，並於2015年在Y Combinator孵化競賽中拿到了巨額投資，同時成立了協議實驗室。這個實驗室團隊由14位核心開發者以及社區中上百位代碼貢獻者組成，擁有非常成熟的開發團隊。為什麼現在受到大家的特別關注呢？原因在於去年7月發布了IPFS最後一個模塊FileCoin，這是一個代幣的激勵機制。

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IPFS的架構特點

IPFS的架構特點大致可以概括為幾個方面：

IPFS是一個面向全球的、點對點的分散式版本文件系統，目標是為了補充甚至是取代目前統治互聯網的超文本傳輸協議（HTTP），將所有具有相同文件系統的計算設備連接在一起。

IPFS的開發採用高度模塊集成化的方式，在體系架構的設計上採用模組化。例如IPFS的總體架構至少有八個層次，從上至下分別為身份、網路、路由、交換、對象、文件、命名、應用；加上FileCoin，一共是九層。

（孔華威老師手稿）

（圖片來源：《戴嘉樂：詳解IPFS的本質、技術架構以及應用》一文）

網路、路由和交換這三層由一個項目來承擔，叫LibP2P；

對象、文件、命名這三層又是一個IPLD，由所謂的轉換中間件來完成，這是第二個大項目；

還有兩個項目，一個是多種格式叫Multiformats。Mutiformats是一系列hash加密演算法和自描述方式的集合，很多加密演算法在這裡實現；另外一個是應用，IPFS核心價值就在於上面運行的應用程序，可以利用它類似CDN的功能，在成本很低的帶寬下，去獲得想要的數據，從而提升整個應用程序的效率。

最後一個是去年7月發布的FileCoin，一種代幣的激勵機制，這是目前大家最為關心的，今年6月份就可以開挖。

大家可以看到，IPFS系統在不緊不慢的往前推進。整個系統運用了很多已有的成熟技術，現在又加入了比特幣的激勵機制。IPFS整個推進過程穩中有序，團隊協作穩定，這種成熟的開發方式是非常難能可貴的。

上述可見，IPFS共分八層，每一層或每三層都對應了非常好的項目模組，依次推出，每一層都有實際的使用價值。例如網路、路由、交換這三層叫LibP2P，數據可以在網路中實現交換、移動、傳輸等功能。該功能是IPFS系統的核心，LibP2P可以支持任意傳輸層協議；NAT技術能讓內網中的設備共用同一個外網IP，我們都體驗過的家庭路由器就是這個原理。此外還有一些新的設置，例如哈希表，這在比特幣中也有使用；當然還使用了最成熟的技術BitTorrent，迅雷、P2P對等網路等都運用了這種技術，但IPFS團隊做了改進與創新。例如，BitTorrent添加了Bitswap，它增加了信用和帳單體系來激勵節點去分享。這樣將搜索與存儲分開來，這對FileCoin記賬帶來基礎數據，所以IPFS在整個網路、路由跟交換中都做了相應的改進。這就是網路層，不能簡單的看網路層，需要把網路、路由、交換三層結合在一起，這就是LibP2P，這個開發的已經比較成熟了。

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關於IPLD

另一個比較特別大的項目是IPLD，這是一個把文件命名的系統。IPLD其實是一個轉換中間件，將現有的異構數據結構統一成一種格式，方便不同系統之間的數據交換和互操作。

IPLD包括對象、文件、命名三大塊。大部分數據對象都是以MerkleDag的結構存在，這為內容定址和去重提供了便利；文件層是一個新的數據結構，和DAG並列，採用Git一樣的數據結構來支持版本快照；命名層具有自我驗證的特性，並且加入了IPNS這個巧妙的設計來使得加密後的DAG對象名可定義，增強可閱讀性。

IPFS是它的應用層，它做了很多應用介面，可以讓大家調用底層技術，包括文件命名、網路文件傳輸、身份認證等，其中身份認證就大量運用了加密技術。

最後是FileCoin， 作為去年7月才宣布的項目，它的開發進度至今保密。FileCoin把這些應用的數據價值化，通過類似比特幣的激勵政策和經濟模型，讓更多的人去創建節點，去讓更多的人使用IPFS。

雖然它的細節沒有完全開放，但大家可以想像，有了這些，搜索和存儲這兩個動作是不一樣的。例如，我的節點裡經常找電影看，但沒有電影給別人看，那麼在整個網路的過程中，你是獲取方而不是付出方，那麼你的信用可能不太好；如果在這個過程中，你下載了文件，又把文件放到了節點上，那麼你對網路的貢獻是比較好的，你應該得到很好的FileCoin。

這個計算方式的邏輯是希望達到一個平衡，既讓你不會作假，又會主動地提供自己的存儲空間，同時還會提供搜索信息。這樣一來，你在整個網路中提供的價值較大，同樣的你會得到相應的Filecoin。

這裡的設計值得研究，例如它設計了附近小集群模式，在一個小區或路由器里設置了很多小區域網，能提高整個網路傳輸、文件傳輸速度，避免重複作業，有效提高效率，這個的設計目的是為了替代HTTP。

替代HTTP這件事本身是非常有吸引力的，為什麼呢？因為HTTP形成了像谷歌、百度這類互聯網巨頭公司。但由於這種網路的集中化應用、文件的集中化存儲。還有商業機構之間的相互割裂，對整個互聯網而言是非常浪費的。比如假設《中國有嘻哈》或《這就是街舞》節目有一個1GB大小的視頻文件，有10億次的點擊量，那麼播放整個視頻需要消耗1000PB的流量。如果按照0.001美元1GB帶寬成本，愛奇藝光一期節目需要支付一百萬美金給ISP（互聯網服務提供商），愛奇藝還需要用上千台伺服器來支撐這樣一次應用。

IPFS就是通過文件定址的方式，來完成兩個方面的改變。它的設計理念理念非常簡單，在網路中只有一份文件，可以打成碎片通過分散式存儲方式儲存，一定程度上節約了空間開銷的成本，同時效率很高。例如我在節點上上傳一個5M的word文檔，它將自動將文檔哈希為文件子文，並給我一個路徑名，通過這兩樣東西，可以讓所有人可以找到這個文件。分散式存儲加上P2P檢索，可以解決集中式網路與存儲空間的浪費。

運用FileCoin這種激勵方式能得到很好的傳播效果，並且可以在短時間內建立起一個讓全球所有人都使用的IPFS網路。雖然大的規模還沒有形成，但已經有很多項目在IPFS上運行了。例如You tube，同樣是視頻點擊網站，但不同於愛奇藝的是，它不需要花大量費用搭建伺服器和網路，可以很便宜的掛在IPFS上運行。再如最近大家都在搶的EOS節點，EOS系統從文件存儲角度上也是用了IPFS。

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IPFS的應用意義

第一，IPFS將是一個能夠內生的激勵的大型基礎設施，也可能是下一代P2P網路的基礎設施。

第二，IPFS將顛覆現有的雲計算存儲方式。以前的雲盤、七牛、微博、愛奇藝等應用很有可能完全被基於P2P的IPFS這種方式顛覆。可以看作是用一種P2P的方式、分散式的方式、無中心的方式來顛覆現在的雲計算，以及谷歌等雲計算供應商提供的雲存儲服務也可以用剛才看到的文件系統來解決。

第三，與區塊鏈的結合。回到比特幣系統，IT的發展有三樣東西叫綜合算力：CPU、存儲和帶寬，這三個因素都是IT真正的實力。算力的分散式應用造就了比特幣；而帶寬和存儲這兩者如何能形成純P2P、無中心化，搭建新的經濟形態，那就是Filecoin，總體而言，這符合IT發展的邏輯。

互動問答

Q：孔老師，請問國內的星際資本和IPFS開發者社區有什麼關係？

A：沒有嚴格授權，都是自發的，ipfser以及上海的社群，我也參與了，但是都是應用推廣型的。

Q：請問做這方面的數字貨幣裡面，只有IPFS和Filecoin嗎？還有沒有其他的數字貨幣？

A：IPFS是文件系統，你可以做任何事情，也可以有對應不同的幣，比如博客steemit，就有自己的幣；EOS也用IPFS，Dtube也有自己的。但是Filecoin和利用IPFS上面開發的應用之間是什麼關係，值得期待，類似以太坊上面的ICO。

（以上內容根據孔華威老師在迭代區塊鏈創業營微信群分享內容、及在區塊鏈捕手上發布的《戴嘉樂：詳解IPFS的本質、技術架構以及應用》一文整理編輯）

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迭代區塊鏈創業營

「迭代區塊鏈創業營」成立於2018年1月，由浙江清華長三角研究院杭州分院、杭州嘉楠耘智信息科技股份有限公司、浙江省投融資協會等機構聯合發起。

「迭代區塊鏈創業營」的成立初衷旨在於讓區塊鏈回歸技術價值本身。由具有領先務實理念的機構和企業牽頭，共同構建出一個以技術為核心，應用落地為導向具備社區活力的區塊鏈創業平台。以創業營為紐帶，加強技術交流，分享商業看法，對接資金資源。同時也將學術成果推向真正能落地的商用。

目前迭代區塊鏈創業營社群已經覆蓋了幣圈、鏈圈、互聯網圈、投資圈、上市公司圈等領域。裡面有浙江省省政協副主席周國輝、阿瓦隆母公司嘉楠耘智孔劍平、孫奇鋒、清華長三角研究院杭州分院尹海鵬、中國金融博物館王巍、OKEX徐明星、火幣PRO李林、二寶郭宏才、幣安何一、ZB李大偉、元界創始人初夏虎、量子鏈創始人帥初、NeO 創始人達鴻飛、公信寶創始人黃敏強、比特黃金創始人廖翔、原BTC.com負責人潘志彪、著名投資人薛蠻子、泛城集團陳偉星、暾瀾投資姚勇傑、bitrise capital邵建良、千方基金點付大頭、上市公司漢鼎股份（300300）王麒誠、恒生電子（600570）劉曙峰、科達股份（600986）褚明理、新湖中寶（600208）張宏偉、高升控股（000971）翁遠、許磊、（HK02280）慧聰網劉小東、拓爾思（300229）李渝勤、施水才、第九城市（NCTY）朱駿、微貸網創始人姚宏、巴比特創始人長鋏、imtoken何斌、《比特幣》《數字貨幣》作者李鈞、央視《互聯網時代》總導演石強、鋅財經創始人潘越飛、雷盈投資沈陶磊、比特派創始人文浩、太一科技鄧迪、雲象區塊鏈黃步添、金丘股份左鵬、33複雜美吳思進、ugchain創始人張揚等一大批行業從業人員、專家學者、技術極客、投資界大佬。

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