自2014年5月胡安·貝內特發起了IPFS專案至今，IPFS發展迅速，目前全球存盤總量已經達到9EB（1EB=1024*1024TB），

IPFS在我國也備受青睞，國家對它很重視，從2019年起就開始布局，
IPFS并不是一個全新的技術，它是各種技術的集合體，協議實驗室通過整合分布式哈希表、BT技術、Git版本協議、SFS自驗證檔案系統四種已有技術，創建一種點對點超媒體協議，試圖打造一個更加快速、安全、開放的下一代互聯網，實作互聯網中永久可用、資料可以永久保存的全球檔案存盤系統，
在本篇文章中，我既希望能夠通用分析、解讀IPFS的技術原理，給我們開發IPFS生態應用提供幫助，也希望能夠幫助我們學習協議實驗室是如何運用并整合現有開源技術推成出新，
下面我們來了解一下IPFS是如何使用上述4種技術的，

1. 分布式哈希表

分布式哈希表技術（DHT），是一種分布式的存盤和尋址技術，
DHT的最主要思想是全網維護一個巨大的檔案索引哈希表，這個哈希表的條目形如<Key,Value>，其中，Key通常是檔案的某個哈希演算法下的哈希值(也可以是檔案名或者檔案內容描述) ，而Value則是存盤檔案的IP地址，查詢時，僅需要提供Key，就能從表中查詢到存盤節點的地址，

由于這個哈希表很大，因此它會被分割成小塊，按照一定的演算法和規則分布到全網各個節點上，
每個節點僅需要維護一小塊哈希表，但每塊哈希表不止由一個節點維護（這樣即使節點意外掛掉也有其他的節點使DHT可用），

當節點接受到查詢請求后，如果可以在自己的桶（每一個節點維護的DHT子集被稱為”桶“）中找到則回復，否則聯系最近節點回復，這個程序一直到找到目標節點為止，

2. BT技術

BitTorrent是一種內容分發協議，它采用內容分發和點對點技術，幫助用戶相互更高效地共享大檔案，減輕中心化服務器的負載，BitTorrent網路里，每個用戶需要同時上傳和下載資料，檔案的持有者將檔案發送給其中一個或多個用戶，再由這些用戶轉發給其他用戶，用戶之間相互轉發自己所擁有的檔案部分，直到每個用戶的下載全部完成，這種方法可以減輕下載服務器的負載，下載者也是上傳者，平攤帶寬資源，從而大大加快檔案的平均下載速度，

IPFS對BitTorrent技術進行了創新，在BT技術的基礎上支持請求資料跨檔案（BT只能基于檔案傳輸），并增加了信用和帳單體系來激勵節點去分享，由此創造出了Bitswap(資料塊交換協議)，

Bitswap的信用賬單體系由信用、策略、賬單組成，

BitSwap信用體系

BitSwap協議為能夠激勵節點去樂于分享資料（即使這個節點暫時沒有資料需求），根據節點的之間的資料收發建立了一個信用體系：有借有還，再借不難，

• 發送給其他節點資料可以增加信用值
• 從其他節點接受資料降低信用值

如果一個節點只接收資料而不分享資料，信用值就會降得很低而被其他節點忽略掉，簡單來講就是：你樂于分享資料，其它節點也樂于發送資料給你，如果你不愿意分享，那么其它節點也不愿意給你資料，

BitSwap策略

根據上面的信用體系，BitSwap可以采取不同的策略來實作，每一種策略都會對系統的整體性能產生不同的影響，

IPFS在其發布的白皮書中提供一個可參考的策略機制（實際的實作可以有所變化）：

• 每個節點根據和其他節點的收發資料，計算負債率
  r = b y t e s S e n t / ( b y t e s R e c v + 1 ) r = bytesSent / (bytesRecv + 1) r=bytesSent/(bytesRecv+1)
  其中r表示節點的負債率，bytesSent表示發送到負債節點的位元組數，bytesRecv表示其他節點從負債節點接收到的位元組數，當發送到負債節點的資料越多，而其他節點從負債節點接收的位元組數越少，負債越高，
• 通過負債率可以計算負債節點能夠接收到資料的概率
  P = 1 ? 1 / ( 1 + e x p ( 6 ? 3 r ) ) P = 1? 1/(1+exp(6?3r)) P=1?1/(1+exp(6?3r))
  ? 其中，P表示節點接收到其他節點資料的概率，
  
  從圖中可以看出，當負債率達到1左右（即接收和發送的資料量相等）的時候，能夠接收到資料的率會急劇下降；當接收量是發送量的2倍時，能夠接收到資料的概率只有0.5*；*當接收量是發送量的4倍時，能夠接收到數的概率幾乎為0，

BitSwap賬本

每個節點都會記錄下來和其他節點通信的賬本（資料收發），可以保持節點間資料交換的歷史和防止篡改，當兩個節點之間建立連接的時候，BitSwap會相互交換賬單資訊，如果賬單不匹配，則清除重新記賬，惡意節點可能會故意“丟失”賬單，以希望清除掉自己的債務，但其它互動節點會把這種情況記下來，如果發生的次數較多，其他節點就不會再信任它了，

3. Git 版本協議

IPFS使用GIT技術來解決資料分發和版本管理的問題，

我們在進行大檔案傳輸或修改的時候總會遇到存盤或傳輸壓力大的問題，而Git在版本迭代方面非常出色，Git存盤時會把檔案拆成若干個部分，并計算各個部分的哈希值，利用這些構建起與檔案對應的有向無環圖（DAG），DAG的根節點也就是該檔案的哈希值，這樣的好處十分明顯：如果需要修改檔案，那么只需要修改少數圖中節點即可；需要分享檔案，等價于分享這個圖；需要傳輸全部的檔案，按照圖中的哈希值下載合并即可，

上面的資料結構就是Git的資料結構Merkle DAG（默克有向無環圖），IPFS對此基礎上進行改進，將每個檔案拆分成256K大小的檔案塊，

值得注意的是，對同一個檔案修改，提交到ipfs后產生的是新的檔案，舊的檔案還會存在，這樣，在ipfs庫里就記錄了兩個版本（舊版和新版），通過這樣，就可以很好地實作版本控制，

4. SFS自驗證檔案系統

SFS（Self-Certifying File System）是為了設計一套整個互聯網共用的檔案系統而提出的，它的宗旨是全球的SFS系統都在同一個命名空間下，在SFS中，分享檔案會變得十分簡單，只需要提供檔案名就行了，

IPFS使用SFS自驗證檔案系統用于解決檔案便捷分享及可信認證問題，

一般用于解決可信認證的方法是，所有服務器都生成一對公鑰和私鑰，當客戶端向服務端發送檔案時，客戶端先用服務端的公鑰進行加密，服務端接受到檔案時用私鑰解密，但這存在一個問題，怎么讓所有的客戶端都能獲得服務器的公鑰呢？

SFS使用一種新的解決思路，將公鑰資訊嵌入到檔案名中，這種命名為“自驗證檔案名”，這樣就沒必要在檔案系統內部實作密鑰管理了，

IPFS使用該概念創建星際名稱空間(IPNS)，這是一種使用公鑰加密來自我認證網路用戶發布的物件的SFS，