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IPFS白皮书中文版-Go语言社区

IPFS白皮书中文版

版权声明:本文来源CSDN,博主原创文章,遵循 CC 4.0 by-sa 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/han0373/article/details/80569425

IPFS - 可快速索引的版本化的点对点文件系统


摘要

星际文件系统是一种点对点的分布式文件系统, 旨在连接所有有相同的文件系统的计算机设备。在某些方面, IPFS类似于web, 但web 是中心化的,而IPFS是一个单一的Bittorrent 群集, 用git 仓库分布式存储。换句话说, IPFS 提供了高吞吐量的内容寻址块存储模型, 具有内容寻址的超链接。这形成了一个广义的Merkle DAG 数据结构,可以用这个数据结构构建版本文件系统,区块链,甚至是永久性网站。。IPFS 结合了分布式哈希表, 带有激励机制的块交换和自我认证命名空间。IPFS 没有单故障点, 节点不需要相互信任。

1. 介绍

在全球分布式文件系统这领域, 已经有许多人的尝试。一些系统已经取得了重大的成功, 而很多却完全失败了。在学术尝试中, AFS【6】就是成功的例子,如今已经得到广泛的应用, 然而,其他的【7, ?】却没有得到相同的结果。在学术界之外,应用最广泛的是面向音视频媒体的点对点文件共享系统。 最值得注意的是, Napster, KaZaA 和BitTorrent[2]部署的文件分发系统支持1亿用户的同时在线。即使在今天, BitTorrent 也维持着每天千万节点的活跃数。 基于这些学术文件系统理论而实现的应用程序有很多的用户量, 然而,这些系统理论是在应用层,而没有放在基础层。以致没有出现通用的文件系统基础框架, 给全球提供低延迟的分发。
也许是因为HTTP这样“足够好“的系统已经存在。到目前为止,HTTP已经作为“分布式文件系统“的协议,并且已经大量部署,再与浏览器相结合,具有巨大的技术和社会影响力。在现在, 它已经成为互联网传输文件的事实标准。然而,他没有采用最近15年的发明的数十种先进的文件分发技术。 从一方面讲, 由于向后兼容的限制 和 当前新模式的投入, 不断发展http web 的基础设施几乎是不可能的。但从一个角度看, 从http 出现以来, 已经有许多新协议出现并被广泛使用。升级http协议虽然能引入新功能和加强当前http协议,但会降低用户的体验。
有些行业已经摆脱使用HTTP 这么久, 因为移动小文件相对便宜,即使对拥有大流量的小组织也是如此。但是,随着新的挑战,我们正在进入数据分发的新纪元。

2.1.2 CORAL DSHT

虽然一些对等文件系统直接在DHT中存储数据块,这种“数据存储在不需要的节点会乱费存储和带宽”[5]。Coral DSHT扩展了Kademlia三个特别重要的方式:

3. IPFS设计

IPFS是一个分布式文件系统,它综合了以前的对等系统的成功想法,包括DHT,BitTorrent,Git和SFS。 IPFS的贡献是简化,发展和将成熟的技术连接成一个单一的内聚系统,大于其部分的总和。 IPFS提供了编写和部署应用程序的新平台,以及一个新的分发系统版本化大数据。 IPFS甚至可以演进网络本身。
IPFS是点对点的;没有节点是特权的。 IPFS节点将IPFS对象存储在本地存储中。节点彼此连接并传输对象。这些对象表示文件和其他数据结构。 IPFS协议分为一组负责不同功能的子协议:
1. 身份 - 管理节点身份生成和验证。描述在3.1节。
2.网络 - 管理与其他对等体的连接,使用各种底层网络协议。可配置的。详见3.2节。
3.路由 - 维护信息以定位特定的对等体和对象。响应本地和远程查询。默认为DH​​T,但可更换。在3.3节描述。
4.交换 - 一种支持有效块分配的新型块交换协议(BitSwap)。模拟市场,弱化数据复制。贸易策略可替换。描述在3.4节。
5.对象 - 具有链接的内容寻址不可更改对象的Merkle DAG。用于表示任意数据结构,例如文件层次和通信系统。详见第3.5节。
6.文件 - 由Git启发的版本化文件系统层次结构。详见3.6节。
7.命名 - 自我认证的可变名称系统。详见3.7节。
这些子系统不是独立的;它们是集成在一起,互相利用各自的属性。但是,分开描述它们是有用的,从下到上构建协议栈。符号:Go语言中指定了以下数据结构和功能

3.1 身份

节点由NodeId标识,这是使用S / Kademlia的静态加密难题[1]创建的公钥的密码散列。节点存储其公私钥(用密码加密)。用户可以在每次启动时自由地设置一个“新”节点身份,尽管这会损失积累的网络利益。激励节点保持不变。

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type NodeId Multihash
type Multihash []byte // 自描述加密哈希摘要
type PublicKey []byte
type PrivateKey []byte // 自描述的私钥
type Node struct {
NodeId NodeID
PubKey PublicKey
PriKey PrivateKey
}
基于S / Kademlia的IPFS身份生成:
difficulty = <integer parameter>
n = Node{}
do {
n.PubKey, n.PrivKey = PKI.genKeyPair()
n.NodeId = hash(n.PubKey)
p = count_preceding_zero_bits(hash(n.NodeId))
} while (p < difficulty)

首次连接时,对等体交换公钥,并检查:hash(other.PublicKey)等于other.NodeId。如果没有,则连接被终止
关于加密函数的注意事项:
IPFS不是将系统锁定到一组特定的功能选择,而是支持自我描述的值。哈希摘要值以多重哈希格式存储,其包括指定使用的哈希函数的头和以字节为单位的摘要长度。例如:

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<function code><digest length><digest bytes>

这允许系统

3.3 路由

IPFS节点需要一个路由系统, 这个路由系统可用于查找:

注意:不同的用例将要求基本不同的路由系统(例如广域网中使用DHT,局域网中使用静态HT)。因此,IPFS路由系统可以根据用户的需求替换的。只要使用上面的接口就可以了,系统都能继续正常运行。

3.4块交换 - BitSwap协议

IPFS 中的BitSwap协议受到BitTorrent 的启发,通过对等节点间交换数据块来分发数据的。像BT一样, 每个对等节点在下载的同时不断向其他对等节点上传已下载的数据。和BT协议不同的是, BitSwap 不局限于一个torrent文件中的数据块。BitSwap 协议中存在一个永久的市场。 这个市场包括各个节点想要获取的所有块数据。而不管这些块是哪些如.torrent文件中的一部分。这些快数据可能来自文件系统中完全不相关的文件。 这个市场是由所有的节点组成的。
虽然易货系统的概念意味着可以创建虚拟货币,但这将需要一个全局分类账本来跟踪货币的所有权和转移。这可以实施为BitSwap策略,并将在未来的论文中探讨。
在基本情况下,BitSwap节点必须以块的形式彼此提供直接的值。只有当跨节点的块的分布是互补的时候,各取所需的时候,这才会工作的很好。 通常情况并非如此,在某些情况下,节点必须为自己的块而工作。 在节点没有其对等节点所需的(或根本没有的)情况下,它会更低的优先级去寻找对等节点想要的块。这会激励节点去缓存和传播稀有片段, 即使节点对这些片段不感兴趣。

3.4.1 - BITSWAP 信用

这个协议必须带有激励机制, 去激励节点去seed 其他节点所需要的块,而它们本身是不需要这些块的。 因此, BitSwap的节点很积极去给对端节点发送块,期待获得报酬。但必须防止水蛭攻击(空负载节点从不共享块),一个简单的类似信用的系统解决了这些问题:

根据r,发送到负债节点的概率为:

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P(send | r ) = 1 − ( 1/ ( 1 + exp(6 − 3r) ) )

正如你看到的图片1,当节点负债比例超过节点已建立信贷的两倍,发送到负债节点的概率就会急速下降。

图片1  当r增加时发送的概率

负债比是信任的衡量标准:对于之前成功的互换过很多数据的节点会宽容债务,而对不信任不了解的节点会严格很多。这个(a)给与那些创造很多节点的攻击者(sybill 攻击)一个障碍。(b)保护了之前成功交易节点之间的关系,即使这个节点暂时无法提供数据。(c)最终阻塞那些关系已经恶化的节点之间的通信,直到他们被再次证明。

3.4.3 BITSWAP 账本

BitSwap节点保存了一个记录与所有其他节点之间交易的账本。这个可以让节点追踪历史记录以及避免被篡改。当激活了一个链接,BitSwap节点就会互换它们账本信息。如果这些账本信息并不完全相同,分类账本将会重新初始化, 那些应计信贷和债务会丢失。 恶意节点会有意去失去“这些“账本, 从而期望清除自己的债务。节点是不太可能在失去了应计信托的情况下还能累积足够的债务去授权认证。伙伴节点可以自由的将其视为不当行为, 拒绝交易。

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type Ledger struct {
owner NodeId
partner NodeId
bytes_sent int
bytes_recv int
timestamp Timestamp
}

节点可以自由的保留分布式账本历史,这不需要正确的操作,因为只有当前的分类账本条目是有用的。节点也可以根据需要自由收集分布式帐本,从不太有用的分布式帐开始:老(其他对等节点可能不存在)和小。

3.4.4 BITSWAP 详解

BitSwap 节点有以下简单的协议。

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// Additional state kept
type BitSwap struct {
ledgers map[NodeId]Ledger // Ledgers known to this node, inc inactive
active map[NodeId]Peer // currently open connections to other nodes
need_list []Multihash // checksums of blocks this node needs
have_list []Multihash // checksums of blocks this node has
}
type Peer struct {
nodeid NodeId
ledger Ledger // Ledger between the node and this peer
last_seen Timestamp // timestamp of last received message
want_list []Multihash // checksums of all blocks wanted by peer
// includes blocks wanted by peer's peers
}
// Protocol interface:
interface Peer {
open (nodeid : NodeId, ledger : Ledger);
send_want_list (want_list : WantList);
send_block(block: Block) -> (complete:Bool);
close(final: Bool);
}

对等连接的生命周期草图:

IPFS对象的格式是:

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  • 发表于 2019-08-27 15:58
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