之前聊过热门项目Filecoin，详见《投Filecoin前的一盆冷水》。Filecoin项目是基于IPFS协议开发出来的应用，IPFS协议能否成功推广将会很大程度地影响Filecoin项目的价值。因此，这次我们来深入了解一下IPFS是什么、做了些什么，以及是否有推广前景。
位于应用层的IPFS
IPFS全称InterPlanetaryFile System，又叫星际文件系统，是一种创建分布式储存和共享文件的互联网应用层协议。
图片1：互联网的五层结构
当我们的PC（客户端）发起一个请求时，会从第5层依次向下打包信息，最后从第1层的网线输出出去。反之当收到一个信息时，也是从第1层开始向上层层解析，最终到第5层供用户操作。简而言之越下面的层越靠近硬件，越上面的层越靠近用户的使用。互联网的分层设计有一个好处：上层的变动对下层结构没有任何影响，即无需下层结构发生改变。这降低了对硬件或系统的更新要求。
而IPFS属于第5层应用层的协议，它的愿景是补充甚至取代HTTP协议，以打造一个更安全、更开放的互联网环境。
IPFS与HTTP的比较
下面我们通过分析“打开网页”这个动作，来了解一下这两个协议有什么不同。
打开一个HTTP网页
简单来说，HTTP协议是用来传输HTML文件的协议。由于网页文件几乎都是用HTML语言编写的，HTTP协议被广泛应用于万维网的各类服务中。下图展示了个人电脑（客户端）打开HTTP网页的所需经历的四个步骤。
图片2：打开一个HTTP协议网页的步骤
1. 在个人电脑的浏览器（客户端）输入网页域名website.com，由于客户端不知道域名所对应的服务器IP地址是多少，所以无法直接发送请求到网页所在的服务器。因此需要先向DNS服务器发问，由DNS服务器把域名翻译成IP地址返回给客户端（如果直接知道对应的IP地址，则可以省略1、2步骤）。
2. DNS服务器中存储着一个域名和IP地址的对应表格，查询到website.com所对应的IP地址并返回给客户端。
3. 知道IP地址后，客户端就知道了储存网页的服务器地址，所有关于website.com的内容都储存在这个服务器中。客户端再次发出请求到网页文件所在服务器要求返回与website.com有关的HTML文件。
4. 所有HTML文件被传回客户端，这样我们就可以在浏览器中浏览website.com了。
结合上面的过程可知，HTTP协议是一种中心化的协议，它一次只能从一台服务器中获取文件，这导致几乎所有的网页信息都储存在提供商提供的服务器中。一旦控制了这些服务器提供商就可以轻松的控制用户数据，而这些文件服务器中被删除，用户就再也无法查看了。
打开一个IPFS网页
打开IPFS网页则会有些许不同，见下图：
图片3 IPFS网页的打开步骤
1. 当用户试图打开website.com这一网页时，客户端会向全网广播寻找website.com的网页文件（通过输入该文件的CID*来寻找）。
*CID全称是Content Identifier，又称内容标识符，是一组哈希值。它采用哈希函数的算法，依据文件的内容，对文件的做出唯一标识。只要文件做了一点点修改（哪怕只有一个字节），CID也会变得完全不同。它不包含文件储存位置的信息。
2. IPFS在DHT*中找到储存有该CID对应文件的所有设备的IP地址，并返回1个或多个IP地址。
*DHT全称Distributed Hash Table，又叫分布式散列表。在这里是特指文件内容的CID和文件所在设备的IP地址的对应表。DHT是分布式的，网络中没有哪个节点存有整张表格；每个节点会储存一部分表格。
3. 客户端向IP地址的设备发出请求，传送回website.com的文件。
4. 文件被传回客户端，这样网页website.com就在浏览器中被打开。
从流程上看，HTTP是已知存在一个地址，向网络寻求这一地址所储存的文件，正因如此HTTP下提供文件的地址应当是唯一的，而在这地址中储存的文件可以替换的。而IPFS是已知存在一个文件，向网络寻求持有这一文件的1个或多个地址，进而向这些地址索要文件，因此IPFS下提供文件的地址可以不唯一，但最终不同地址提供的必定是同一个文件。
所以和HTTP相比，IPFS最大的特点是可以有多个提供website.com网页文件的地址，这意味着无需一台中心化的服务器（用以提供固定的地址）来返回website.com网页文件。当一台电脑在IPFS网络向全网广播“我有这个文件”时，其IP地址和文件CID会被加入DHT中。那么当很多设备都声明拥有相同的文件时，这个文件便可以从不同的设备下载。只需一台设备在线就能保证这个文件能被浏览到。而更多的数据来源，也可以让获取方选择网络速度更快的地址来获取该文件。因此与HTTP只能从一台服务器下载相比，使用IPFS网络将使文件获取速度和可靠性都得到巨大的提升。
IPFS的域名管理
细心的朋友会发现，既然一点点内容上的改动就会导致CID的变化，那么当一个文件更新后，它的“地址”（即在打开网页时所需输入的文件CID）就会变化，如果我们想访问这个文件最新的版本，我们就需要在每次更新后用新的“地址”打开。另外，CID是一长串哈希值，非常不便于阅读和记忆（如图4）。为此，IPFS需要通过引入域名系统来使访问更加便捷，这催生出了IPNS域名和DSNLink域名系统。
图片4 记不住的CID哈希值会随着文件的更新而变化
IPNS域名系统
为了适应IPFS“内容寻址”这一特性，IPNS（InterPlanetary Name System）这种域名系统被提了出来。IPNS的域名是一个公钥的哈希值，利用与这个公钥相关的私钥来关联文件的内容（CID）。这个哈希值好比一个指针，会始终指向最新发布的内容，这样就算文件有更新我们也不用每次都输入不同的地址了。IPNS系统可以通过DHT来实现，保证了网络的域名解析过程也是完全去中心化的。
图片5 IPNS的域名不会变化并自动指向最新版本的文件
图4的CID会变成图5这样，但是这个哈希值还是很难阅读和记忆，所以还可以用更高效，更容易阅读的DNSLink域名系统。
DNSLink域名系统
在HTTP的地址寻址的系统中，客户端需要通过IP:PORT这种格式来访问网页所在的服务器，地址一般长这样：http://18.205.129.69:80 。在HTTP网页中，无论文件怎么更新都可以通过这个地址来访问。但是和哈希值一样，这个地址很难阅读和记忆，因此我们会采用website.com这种适合人类阅读的域名，再通过DNS解析将其还原成HTTP可以理解的IP地址格式（即上文HTTP打开网页中的第1、2步）。
目前IPFS也正引入类似的域名方式来简化CID的记忆难度。通过引入DNSLink域名系统，网页域名可以与CID标识或者IPNS公钥哈希映射。如此的好处是网页可以通过人们熟悉的域名方式进行访问，但相应的将会在访问网页的时候将会多一步域名解析的过程。
IPFS究竟颠覆了什么
· 技术并非颠覆
IPFS并未在技术上有颠覆性的创新，而是一系列现有协议的有机合集。其中最重要的两个协议分别是：BitTorrent的点对点共享文件系统和Git版本控制系统。从IPFS网页的打开流程可以看出，点对点分享文件内容的形式承袭自BitTorrent，也就是熟知的BT下载，而IPFS利用DHT后，每个客户端（服务器）只储存DHT表格的一部分，提高了去中心化水平。IPFS的另一个重要特性内容寻址则承袭于Git的版本控制系统，通过利用哈希加密文件的内容使其产生全局唯一的标识符，从而让内容变得可以寻址。IPFS通过充分利用已有的协议与技术努力打造出一个与HTTP不同的互联网应用协议。
· 看不见的改变
IPFS作为一个内容寻址的协议，改变了我们在互联网中搜寻文件的方式。但它本质并没有改变我们访问网页的方法，我们还是需要找到储存文件的设备的IP，通过访问这个设备来获取文件。IPFS作为第5层应用层的协议是不会改变第3层网络层的IP协议的，改变的是获得IP地址的方法，从HTTP的地址寻址变成了内容寻址。寻的还是“址”（IP地址），只是“寻”的方式不同了而已。需要强调一点，IPFS并不等同于区块链。协议本身不是非要搭载在区块链上才能运行，只是整个协议去中心化的特质非常适合应用区块链来实现。
· 未来还未到来
IPFS要多久才能大规模应用于互联网呢？答案是：很久。互联网本身的惯性太强，即使IPv6的需求这么旺盛，多年来也没有做到全网推广，更何况IPFS还远不够安全，高效。分布式共享和储存文件要还面临盗版和非法文件的监管的问题。在非常漫长的时间内，互联网的主角依然是HTTP，IPFS就像BT下载一样，会有一众忠实的用户但尚不会成为主流。
参考资料：
[1] IPFS——它能取代HTTP协议？，https://www.jianshu.com/p/ddccae89a49a
[2] 浅入浅出BitTorrent协议 | Azard的博客，http://www.360doc.com/content/17/0617/14/19227797_663927782.shtml
[3] IPFS Docs--DNSLink, https://docs.ipfs.io/concepts/dnslink/
[4] Detailed TCP/IPCommunication Example,https://microchipdeveloper.com/tcpip:detailed-tcpip-communication
[5] TCP/IP Five-Layer SoftwareModel Overview, https://microchipdeveloper.com/tcpip:tcp-ip-five-layer-model
[6] 戴嘉乐：详解IPFS的本质、技术架构以及应用，https://blog.csdn.net/u012357002/article/details/80161042?utm_medium=distribute.pc_relevant_download.none-task-blog-blogcommendfrombaidu-6.nonecase&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant_download.none-task-blog-blogcommendfrombaidu-6.nonecas
[7] IPFS Gateway,https://developers.cloudflare.com/distributed-web/ipfs-gateway
[8] How does Resolution andRouting work with IPFS?, https://github.com/ipfs-inactive/faq/issues/48
[9] HTTP is obsolete. It'stime for the Distributed Web, https://blog.neocities.org/blog/2015/09/08/its-time-for-the-distributed-web.html
[10] Address IPFS on the Web,https://docs.ipfs.io/how-to/address-ipfs-on-web/#dweb-addressing-in-brief
[11] Understanding IPFS inDepth(3/6): What is InterPlanetary Naming System(IPNS)?,https://medium.com/hackernoon/understanding-ipfs-in-depth-3-6-what-is-interplanetary-naming-system-ipns-9aca71e4c13b
[12] IPFS Docs--InterPlanetaryName System (IPNS), https://docs.ipfs.io/concepts/ipns/#example-ipns-setup
[13] IPFS之技术背景Git版本控制系统, https://www.liankexing.com/q/7835
[14] Ten terrible attempts tomake the Inter Planetary File System human-friendly,https://hackernoon.com/ten-terrible-attempts-to-make-the-inter-planetary-file-system-human-friendly-e4e95df0c6fa
[15] BitTorrent--百度百科，https://baike.baidu.com/item/BitTorrent/142795?fr=aladdin
[16] 阮一峰的网络日志--互联网协议入门（一），http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/05/internet_protocol_suite_part_i.html
[17] 阮一峰的网络日志--互联网协议入门（二），http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/06/internet_protocol_suite_part_ii.html
[18] 构成IPFS的两个重要协议，你是否了解呢？
https://mp.weixin.qq.com/s/0D9QDuD5Y0HoX5j21eDYOw
[19] Quick explanation of dnslink in IPFS,https://www.youtube.com/watch?v=YxKZFeDvcBs
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