深度解析IPFS怎樣實現文件存儲_BLOCK:BLOCKBUSTER

概述

IPFS-InterPlanetaryFileSystem星際文件系統，是一個點對點的分布式文件存儲系統，IPFS的愿景是構建一個全世界的分布式網絡，用來替代傳統中心化的服務器模式，所有的IPFS節點組成一個分布式網絡，每個節點都可以存儲文件，用戶可以從IPFS構建的網絡中以DHT(DistributedHashTable，分布式哈希表)的方式獲取文件，從而實現了新一代的完全去中心化的網絡，旨在取代現有的萬維網。IPFS功能很豐富，包括DHT組網，文件存儲，Bitswap文件交換等功能。本文主要介紹IPFS的文件存儲原理，文件上傳到IPFS節點存儲時，節點會將文件分塊后進行存儲，每個文件以MerkleDAG的格式組織，而MerkleDAG的根哈希則用來表示該文件。本文將對IPFS存儲進行詳解，所述的IPFS的版本為v0.6.0。

CID

在介紹IPFS存儲文件的遠離之前，先介紹一個重要的標識——CID，CID是IPFS中用來表示內容的標識，可以用來表示一個文件，也可以用來表示一個文件塊。如下所示，CID是一個字符串，它主要由Version、Codec和Multihash三部分構成，Version目前分為v0和v1版本，v0版本的CID可以由V0Builder生成，v0版本的CID以Qm字符串開頭，v1版本的CID可以由V1Builder生成，v1版本的CID主要包含三個部分Codec，MhType和MhLength，其中Codec是表示內容的編碼類型，例如DagProtobuf，DagCBOR等，MhType是哈希算法，例如SHA2_256(默認的哈希算法)，SHA2_512，SHA3_256，SHA3_512等等，MhLength是生成哈希的長度，默認用-1表示根據哈希算法確定長度。

元宇宙基礎設施平臺Ethanim與日本鏈游Mechaverse War達成深度戰略合作:3月14日消息，元宇宙基礎設施平臺Ethanim與日本鏈游項目元宇宙機甲征服游戲Mechaverse War達成深度戰略合作。雙方將發揮各自在元宇宙底層技術、鏈游開發和生態建設方面的優勢和能力，共同推動元宇宙產業發展。Mechaverse War旨在打造世界上第一個Metaverse的實時戰略機甲征服游戲平臺。（prnewswire）[2022/3/14 13:55:51]

IPFS組件介紹

IPFS用IpfsNode表示IPFS的節點，存儲相關組件的如下所示：

這些組件的關系如下圖所示，最上層是DAGService，它組合了BlockService組件，而BlockService組合了GCBlockstore組件，然后GCBlockstroe包含BaseBlocks和GCLocker兩個組件，最后BaseBlocks組合了最原始的blockstore組件。

《天津市促進智能制造發展條例》：推動企業在制造環節深度應用區塊鏈技術:金色財經報道，《天津市促進智能制造發展條例》已由天津市第十七屆人民代表大會常務委員會第二十九次會議于2021年9月27日通過，自2021年11月1日起施行。《條例》指出推動企業在制造環節深度應用區塊鏈等新技術，探索形成智能場景。（天津人大）[2021/10/8 20:13:20]

接下來分別介紹這些組件的功能:

Pinning：固定CID的管理器，主要負責將文件或者文件塊的CID固定，固定CID的塊不會被GC掉。上傳的文件最后的文件的CID都會被固定住，防止被GC。

Blockstore：GCBlockstore類型，組合Blockstore和GCLocker兩個組件。

BaseBlocks：原始的blockstore，提供了對Block的Get/Put/Has/DeleteBlock等操作。

聲音 | 臨沂市政府：推動大數據與云計算、區塊鏈等技術深度融合:據瑯琊新聞網報道，日前，臨沂市政府印發《關于貫徹落實〈數字山東2019行動方案〉推進數字臨沂建設的實施方案》。方案指出，發揮數據的基礎資源和創新引擎作用，推動大數據與云計算、人工智能、物聯網、區塊鏈、虛擬現實等技術深度融合。[2019/8/15]

GCLocker：用來鎖住blockstore，保護blockstore防止被GC影響。

Blocks：提供Block的服務，組合Blockstore組件，提供了GetBlock/GetBlocks、AddBlock/AddBlocks、DeleteBlock等操作。

DAG：IPFS的默克爾DAG的服務，組合BlockService組件，提供Get/GetMany，Add/AddMany，Remove/RemoveMany等操作。

文件存儲流程

聲音 | 塞力斯：將與螞蟻區塊鏈在區塊鏈等方面展開深度合作:據財聯社5月26日消息，塞力斯發布公告稱，與螞蟻區塊鏈科技（上海）有限公司簽訂《合作協議》，雙方將在區塊鏈醫療領域互為合作伙伴，在區塊鏈技術、可信存證等方面開展全方位深度合作。[2019/5/26]

文件上傳時將文件添加到IPFS的倉庫中，上傳的流程可以如下圖所示，生成默克爾DAG的結構，生成的結構有兩種Layout：balanced和trickle的。這里介紹默認的balanced結構，首先生成root作為根節點，然后將文件分割，默認按照256KB大小讀取一個chunk，生成葉子節點，依次生成node1，node2，root節點會有Link指向掛在root節點的葉子節點node1和node2。root節點下面能夠Link的葉子節點數量是有限的，IPFS中默認設置的是174個。

如下圖所示，超過174個后則會新創建一個newroot節點，并Link到oldroot，新的chunk作為node3被newroot直接Link。

聲音 | 孟永輝：區塊鏈最大的作用是在于對B端行業的深度賦能:據未央網消息，專欄作者孟永輝今日發文“遠離數字貨幣陷阱，告別資本的區塊鏈如何決勝新世代？”，文中表示如果僅僅只是將區塊鏈的落地和應用局限在發幣或者IC0上，必然限制了區塊鏈的應用，甚至可能會把區塊鏈的發展帶入到死胡同。告別以數字貨幣為終極目標的發展方式，尋找更多新的應用方式，正在成為區塊鏈未來發展的主要方向。作為一種基礎的技術，區塊鏈最大的作用并非對于流量的收割，而是在于對B端行業的深度賦能。[2019/2/24]

當繼續有新的chunk添加時，則會生成node34作為node3和node4的父節點，node34含有兩個Link分別鏈接到node3和node4。

IPFS在init的時候會生成.ipfs目錄，如下圖所示，其中blocks則為文件塊存儲的目錄，datastore為leveldb數據庫，其中存儲了文件系統的根哈希等，存儲相關的配置關聯在.ipfs目錄下面的config文件。

經過上面的步驟，文件已經切塊并轉化成MerkleDAG的結構，接下來詳細介紹每個塊是如何進行存儲的流程。

如下圖所示，一個Block存儲時，首先由dagService調用Add進行添加；之后由blockService調用AddBlock添加該Block；再調用arccache的Put，arccache是對存儲的Block做arc策略的緩存；再之后由VerifBS調用Put進行存儲，VerifyBS主要對CID的合法性進行校驗，合法則進行Put；接著blockstore調用Put進行存儲，Put函數中會對CID進行轉化，調用dshelp的CidToDsKey方法將CID轉化成存儲的Key；再接著調用keytransform.Datastore的Put，Put函數中會將前綴拼上，這時Key加上了前綴/blocks；然后調用measure的Put函數，measure是對mount的封裝；之后調用mount的Put函數，mount和IPFS的config配置文件中結構對應，根據key去查找對應的datastore，由于前綴是/blocks則可以找到對應的measure；調用該measure的Put函數；最后調用flatfs的Put函數，由Put函數調用doPut最終調用encode函數將完整的block寫入的目錄指定為/home/test/.ipfs/blocks/WD，其中WD來自于blocks/CIQFSQATUBIEIFDECKTNGHOKPOEE7WUPM5NNNSJCCDROMM6YHEKTWDY中的倒數第三第二個字符。這樣該Block則寫入了該目錄下面的文件中。

總結

IPFS文件存儲格式為默克爾DAG格式，每一層Links大小為174個，超過了則會重新調整。文件存儲過程中有多個Datastore進行了組合和封裝，每個Datastore功能比較單一，例如arccache只做Block的緩存，VerifBS只做CID的校驗，這樣做的好處是每個組件功能明確，不好的地方在于組合太多，調用深度太深，加上內部都是用interface，好幾個組件都實現了該interface，不便于閱讀。

IPFS的存儲模式面向互聯網用戶而設計，因為它的開放性，允許所有節點隨意接入，已接入IPFS網絡的節點可以自由查找內容，不適合直接用來作為企業的文件存儲服務。但其分布式存儲的特點，很容易進行存儲的動態擴容，可以通過結合節點認證機制和DHT查找內容的剝離，為企業的分布式存儲系統，另外配合區塊鏈技術，通過鏈上鏈下協同技術，很容易地解決鏈上存儲容量不足的問題。

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