IPFS 入门笔记

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IPFS 是什么

IPFS(InterPlanetary File System,星际文件系统)是永久的、去中心化保存和共享文件的方法,这是一种内容可寻址、版本化、点对点超媒体的分布式协议。

  • 内容可寻址:通过文件内容生成唯一哈希值来标识文件,而不是通过文件保存位置来标识。相同内容的文件在系统中只会存在一份,节约存储空间
  • 版本化:可追溯文件修改历史
  • 点对点超媒体:P2P 保存各种各样类型的数据

可以把 IPFS 想象成所有文件数据是在同一个 BitTorrent 群并且通过同一个 Git 仓库存取。

总之,它集一些成功系统(分布式哈希表、BitTorrent、Git、自认证文件系统)的优势于一身,是一套很厉害的文件存取系统。

IPFS 使用场景

IPFS 的发明者 Juan Benet(juan@benet.ai)在 IPFS 技术白皮书中假设了一些使用场景:

  • 在 /ipfs 和 /ipns 下挂载全球文件系统
  • 挂载的个人同步文件夹,拥有版本功能
  • 文件加密,数据共享系统
  • 可用于所有软件的带版本的包管理器(已经实现了:https://github.com/whyrusleeping/gx
  • 可以作为虚机的根文件系统
  • 可以作为数据库:应用可以直接操作 Merkle DAG,拥有 IPFS 提供的版本化、缓存以及分布式特性
  • 可以做(加密)通讯平台
  • 各种类型的 CDN
  • 永久的 Web,不存在不能访问的链接

我觉得作为数据库这一点对应用开发者来说会很有用。

安装与初始化

下载 go-ipfs 解压(下面的示例我是在 Windows 10 上做的,解压目录为 D:\go-ipfs),然后到解压目录执行命令 ipfs init,将在用户 home(~)下建立 .ipfs 目录存放数据,默认最大存储 10G。init 命令可以带参,比如修改最大存储、目录等,具体参考 ipfs init help

继续执行命令 ipfs daemon 启动节点服务器:

  • 加入 IPFS 网络
  • 本地 HTTP 服务器,默认 8080 端口
  • 处理后续 ipfs 的客户端命令

新开一个命令行,执行命令 ipfs id 以查看当前节点标识:

{
    "ID": "QmSYF1HZxhPUWWGrz5bMn16tdD73AeMVhp7pNSHkVCMF7R",
    "PublicKey": "....",
    "Addresses": [
      "/ip4/169.254.40.215/tcp/4001/ipfs/...",
      ....
    ],
    "AgentVersion": "go-ipfs/0.4.12/",
    "ProtocolVersion": "ipfs/0.1.0"
}

浏览器访问 http://localhost:5001/webui 进入管理界面,查看系统状态、管理文件以及配置系统。

配置

除了使用 Web 管理界面修改配置外,也可以直接用命令行 ipfs config show > ipfs.conf 先导出当前配置(JSON 格式,配置项不多且含义明显),改完后使用 ipfs config replace ipfs.conf 更新配置,重启服务器就生效了。当然,修改配置也可以直接用 ipfs config edit

服务器最终使用的配置文件保存在 ~/.ipfs/config 中,对比刚刚导出的文件我们发现导出的文件只比这个 config 少了一项 Identity.PrivKey,即节点初始化时自动生成的 RSA 私钥。

密钥对

节点初始化时会自动生成 RSA 密钥对,并且私钥没有设置密码。

公钥通过多重哈希得到节点 id(即上面的 QmSYF1HZxhPUWWGrz5bMn16tdD73AeMVhp7pNSHkVCMF7R),节点服务器启动后会和其他节点交互公钥,后续通讯时使用对方公钥加密数据,通过多重哈希对方公钥、对比对方节点 id 来确认是否正在和正确的节点交互。

私钥用来解密接收到的数据,也用于 ipns 来绑定文件名。整个过程没有引入证书,仅是使用了 PKI 机制。

总之,我觉得可以暂时不用关心密钥对,可能只有在一些使用场景下面才需要吧。

添加文件

我当前目录结构是这样的:

D:\GO-IPFS
│  build-log
│  config
│  install.sh
│  ipfs.conf
│  ipfs.exe
│  LICENSE
│  README.md
│
└─b3log
    └─hacpai
            README.md

我准备添加的目录是 b3log,执行命令:

D:\go-ipfs>ipfs add -r b3log
 94 B / 94 B [=============================================================================================] 100.00% 0s
added Qmco94dYP733XwrUqFUhDtDG8RsqmGQ6UDPvnmH4Pvy2rv b3log/hacpai/README.md
added Qmbkno2HVZdW7XfwsVjmuu9VDKBByczFR8qwsBXMjMrjPQ b3log/hacpai
added QmPxebZuW2pgfzj5JWq22KUzxStmqQ6i7YUK9Sq9xepXT9 b3log

这样我们使用 ipfs cat /ipfs/Qmco94dYP733XwrUqFUhDtDG8RsqmGQ6UDPvnmH4Pvy2rv 就可以查看 README.md 了。在其他节点上也可以,只要记住这个文件的哈希值就行了。我们可以在自己的 HTTP 网关上试试(注意我的端口改成了 5002,你的默认应该是 8080):

9070383bdece4f6792a561c7b4fa98c4-image.png

当然也可以用 ipfs 官方的 HTTP 网关:https://ipfs.io/ipfs/Qmco94dYP733XwrUqFUhDtDG8RsqmGQ6UDPvnmH4Pvy2rv

获取文件

ipfs get /ipns/QmSYF1HZxhPUWWGrz5bMn16tdD73AeMVhp7pNSHkVCMF7R

将获取刚才我们发布的 b3log 目录。

Pin

IPFS 的本意是让用户觉得所有文件都是在本地的,没有“从远程服务器上下载文件”。Pin 是将文件长期保留在本地,不被垃圾回收。

执行 ipfs pin ls 可以查看哪些文件在本地是持久化的,通过 add 添加的文件默认就是 pin 过的。

绑定节点名

每次修改文件后 add 都会返回不同的哈希,这对于网站来说就没法固定访问地址了,所以我们需要通过 ipns 来“绑定”节点名。

上面 b3log 目录的哈希值是 QmPxebZuW2pgfzj5JWq22KUzxStmqQ6i7YUK9Sq9xepXT9,我们将整个目录作为节点根目录发布:

D:\go-ipfs>ipfs name publish QmPxebZuW2pgfzj5JWq22KUzxStmqQ6i7YUK9Sq9xepXT9
Published to QmSYF1HZxhPUWWGrz5bMn16tdD73AeMVhp7pNSHkVCMF7R: /ipfs/QmPxebZuW2pgfzj5JWq22KUzxStmqQ6i7YUK9Sq9xepXT9

然后我们就可以通过 ipns 访问了,注意是 ipns

D:\go-ipfs>ipfs cat /ipns/QmSYF1HZxhPUWWGrz5bMn16tdD73AeMVhp7pNSHkVCMF7R/hacpai/README.md
The piper will lead us to reason.

欢迎访问黑客与画家的社区 https://hacpai.com

以后每次更新文件都再 publish 一下就行了。目前(v0.4.12)使用 ipns 访问会很慢,据说 v0.4.14 会解决。

DNS 解析

IPFS 允许用户使用现有的域名系统,这样就能用一个好记的地址来访问文件了,比如:

D:\go-ipfs>ipfs cat /ipns/ipfs.b3log.org/hacpai/README.md
The piper will lead us to reason.

欢迎访问黑客与画家的社区 https://hacpai.com

只需要在 DNS 解析加入一条 TXT 记录:

记录类型 主机记录 记录值
TXT ipfs dnslink=/ipns/QmSYF1HZxhPUWWGrz5bMn16tdD73AeMVhp7pNSHkVCMF7R

总结

  • IPFS 是永久的、去中心化保存和共享文件的方法,这是一种内容可寻址、版本化、点对点超媒体的分布式协议
  • 我们可以用它来存取文件,数据永不丢失
  • 应用可以用它来做数据库,自动拥有版本化、缓存及分布式特性
  • 官方参考实现使用 golang 编写,JavaScript、Python、C 等语言在陆续开发中
  • 总之,IPFS 是一套非常厉害的文件系统

IPFS 笔记预告

欢迎大家关注 https://hacpai.com/tag/IPFS,后面我们将陆续介绍 IPFS 相关知识,比如版本历史,FileCoin 等。

参考资料

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