加密货币/区块链世界对白皮书都情有独钟，IPFS也不例外。它的白皮书来源于比特币： Satoshi Nakamoto的点对点电子现金系统白皮书（这份文件又引用了另一篇你不想知道的白皮书），当未来我们深入研究加密货币的时候，你将会看到比特币白皮书。

在解读白皮书之前，你需要了解：

1. 白皮书都时候以PDF格式发布（因为这样更加难串改）；

2. 白皮书上的内容都很难、很深奥，至少含有一个复杂的数学公式；

IPFS白皮书地址：

https://ipfs.io/ipfs/QmR7GSQM93Cx5eAg6a6yRzNde1FQv7uL6X1o4k7zrJa3LX/ipfs.draft3.pdf

想理解IPFS是如何工作的，你最好一步一步地阅读这篇白皮书。

我会把这篇文章的内容限制在白皮书的第2章，其中涉及了以下这些技术:

1.Distributed Hash Tables（分布式哈希表）

2.Block Exchanges - BitTorrent（块交换 - BitTorrent）

3.Version Control Systems - Git（版本控制系统 - Git）

4.Self-Certified Filesystems - SFS（自我认证的文件系统 - SFS）

分布式哈希表（DHT）

DHT就像Python dict或Perl hash（如果你有密钥，你可以去检索值），它的数据分布在多个节点上。维基百科上的解释很好，地址：

https://en.wikipedia.org/wiki/Distributed_hash_table

在IPFS的系统中，它的密钥指的是内容上的 hash。因此，向IPFS节点询问具有hash：QmcPx9ZQboyHw8T7Afe4DbWFcJYocef5Pe4H3u7eK1osnQ

的内容时候，IPFS节点将在DHT中查找哪些节点具有该内容。

对于现有的各种DHT实现方法来说，如何高效地找到特定的值(快速地，使用尽可能少的网络请求)，以及如何管理DHT，以方便改变(进入/离开网络的节点，或表中新的条目)，不同的DHT是不同的。

其中一个实例称为Pastry，这里有两个视频很好的解释了如何查找值和如何处理节点添加/删除：

Kademlia 

回到白皮书。明确地提及了三个DHT实施方式，第一个是Kademlia。Kademlia有一份自己的白皮书，不过我们不用去阅读它…

Kademlia是DHT协议，几乎在所有流行的P2P系统中都使用，维基百科上关于Kedemlia的介绍很好，地址。

简而言之，Kedemlia使用节点的ID一步步接近所需的hash(来自Wikipedia)

在搜索某些值时，算法需要知道相关的密钥并分几步探索网络。每个步骤都会找到更靠近密钥的节点，直到联系的节点返回该值或找不到更近的节点。这非常有效：与许多其他DHT一样，Kademlia在搜索系统中的总共n个节点期间仅联系O（log（n））节点。

这之间的细节可能会变得非常复杂，我认为它不会增加我们理解IPFS，所以我们就介绍到这里。如果你想更加深入了解Kedemlia，这里有一个视频：很好的介绍，你也可以去阅读它的白皮书。

IPFS还提到了另外两种DHT实现，它们被添加到Kedemlia中：

1.Coral DSHT（这提高了查找性能，减少了资源使用）；

 

2.S/Kademlia（使Kademlia对恶意攻击更具抵抗力）；

白皮书指出：

小值（等于或小于1KB）直接存储在DHT上。对于更大的值，DHT存储使用引用，它们是可以为块提供服务的对等节点。

那么让我们来看看我们是否可以直接访问DHT并添加和检索小数据块。

$ ipfs daemon # make sure this runs (and install/setup ipfs first)

 

$ echo 'my tiny text' | ipfs add # add content to the node, smaller than 1KB

QmfQKcXMLGvCxx6opNDwb1ptD1LJER6MPHdsMHCB1CXpFF

 

$ ipfs cat QmfQKcXMLGvCxx6opNDwb1ptD1LJER6MPHdsMHCB1CXpFF # just check

my tiny text

 

$ ipfs dht get /ipfs/QmfQKcXMLGvCxx6opNDwb1ptD1LJER6MPHdsMHCB1CXpFF# returns not found

现在，我们有了文本，我们想从DHT访问它，但显而易见的是，唯一支持的ipfs dht get请求是针对从/ipns/开始的键。

然后，所以我们创建了一个IPNS，看看我们是否可以直接查询：

$ ipfs name publish QmfQKcXMLGvCxx6opNDwb1ptD1LJER6MPHdsMHCB1CXpFF # point a IPNS address to our content

Published to QmYebHWdWStasXWZQiXuFacckKC33HTbicXPkdSi5Yfpz6: /ipfs/QmfQKcXMLGvCxx6opNDwb1ptD1LJER6MPHdsMHCB1CXpFF

 

$ ipfs resolve QmYebHWdWStasXWZQiXuFacckKC33HTbicXPkdSi5Yfpz6 # check it# never returns, hmm IPNS doesn't seem to be ready for production

 

$ ipfs dht get /ipns/QmYebHWdWStasXWZQiXuFacckKC33HTbicXPkdSi5Yfpz6# same thing but directly# does return binary data starting with 4/ipfs/QmfQKcXMLGvCxx6opNDwb1ptD1LJER6MPHdsMHCB1CXpFF

这是可行的，但目前看来仅限于IPNS。

对于DHT我们还能做什么?

使用DHT查找哪些节点可以提供一些数据:

$ ipfs dht findprovs QmfQKcXMLGvCxx6opNDwb1ptD1LJER6MPHdsMHCB1CXpFF

QmYebHWdWStasXWZQiXuFacckKC33HTbicXPkdSi5Yfpz6

QmRf4ERGvYpVo6HRa2VueZT8pWi8YvyLS3rW6ad2y83tdN

# ^^^ there are both my nodes, so that works# Now ask the DHT for the address of the first peer that was returned

$ ipfs dht findpeer QmYebHWdWStasXWZQiXuFacckKC33HTbicXPkdSi5Yfpz6

/ip4/176.92.234.78/tcp/4001

/ip4/85.74.239.218/tcp/38689

/ip4/127.0.0.1/tcp/4001

/ip4/192.168.1.30/tcp/4001

/ip6/::1/tcp/4001

/ip4/192.168.1.3/tcp/4001

/ip4/176.92.234.78/tcp/40443

# Oooh nice! We will visit this address notation in the next episode.

总之，我们看到了一些DHT的作用，但没有我希望的那样直观和功能。

现在，我们来谈谈IPFS应用的下一个令人兴奋的技术。

BitTorrent

我们都知道BitTorrent，但我们中的一些人（是的，我也是）需要深入挖掘才能真正得到它。本演讲是一个很好的介绍：Feross Aboukhadijeh：WebTorrent - JSConf.Asia 2014。（https://www.youtube.com/watch?t=961&v=kxHRATfvnlw）。

演讲者讨论了他如何实现可以在浏览器中运行的BitTorrent客户端，这要归功于WebRTC（这是一种很酷的技术，可能会在以后为我们的项目派上用场）。

 使用BitTorrent进行点对点联网（PDF）

 点对点内容交付 - BitTorrent（视频）+ 幻灯片（PDF）

 BitTorrent协议规范v2（规范，不难读）

BitTorrent和IPFS

IPFS中的数据（块）交换受BitTorrent的启发，但不是100％BitTorrent。白皮书提到了IPFS使用的两个BitTorrent功能：

针锋相对的策略（如果你不分享，你也不会收到）

首先获得稀有物品（提高性能等等，请参阅上面的第一个PDF）

一个值得注意的区别是，在BitTorrent中，每个文件都有一组独立的对等体（彼此形成一个P2P网络），其中IPFS是所有数据的一大群对等体。IPFS BitTorrent版本被称为BitSwap，我将在下一章中讨论它。

如果我们来试试吧。

# Make sure you have the daemon running

$ ipfs swarm peers

/ip4/104.131.131.82/tcp/4001/ipfs/QmaCpDMGvV2BGHeYERUEnRQAwe3N8SzbUtfsmvsqQLuvuJ

/ip4/104.236.151.122/tcp/4001/ipfs/QmSoLju6m7xTh3DuokvT3886QRYqxAzb1kShaanJgW36yx

/ip4/128.199.219.111/tcp/4001/ipfs/QmSoLSafTMBsPKadTEgaXctDQVcqN88CNLHXMkTNwMKPnu

/ip4/178.62.61.185/tcp/4001/ipfs/QmSoLMeWqB7YGVLJN3pNLQpmmEk35v6wYtsMGLzSr5QBU3

当您刚启动后台进程时，您会连接到“种子节点”。过了一段时间，节点的数量迅速增长。

另一个查询swarm的命令：

$ ipfs swarm addrs

QmNRuQrwtGgeVQgndTny4A4Rukg7GR7vzDJrVJxUBfqevk (4)

        /ip4/127.0.0.1/tcp/4001

        /ip4/172.31.41.39/tcp/4001

        /ip4/35.167.26.28/tcp/4001

        /ip6/::1/tcp/4001

QmNSJohkvvBVmHeN7KUZnm4X84GA6Znbv6ZmvsTAjbw3AB (5)

        /ip4/10.0.1.8/tcp/4001

        /ip4/127.0.0.1/tcp/4001

        /ip4/174.44.163.74/tcp/16012

        /ip6/::1/tcp/4001

        /ip6/fd15:462e:f8fd:695e:9161:27dd:7f78:d242/tcp/4001

QmNTJyhCYcbv5GdnqtdEwTfJCgY6pV4PJiNTtAmuoxnQak (3)

        /ip4/127.0.0.1/tcp/4001

        /ip4/94.176.232.68/tcp/4001

        /ip6/::1/tcp/4001

QmNTZy7TfXvsHczwwV3EYbxRZN5gthgicG9GiroD7C4ZrP (4)

        /ip4/127.0.0.1/tcp/4001

        /ip4/172.20.255.127/tcp/4001

        /ip4/54.229.227.53/tcp/4001

        /ip6/::1/tcp/4001

        .

        .

        .

这些是节点知道的群集中的地址，上面的散列是peerId。

有了这些信息，您就可以连接到类似的对等点

$ ipfs swarm connect /ip4/114.91.202.180/tcp/34746/ipfs/QmfTgdg6GkqJtUrWAYo69GjcLrjQq9LjTjgW3KZ1ux1X6U

connect QmfTgdg6GkqJtUrWAYo69GjcLrjQq9LjTjgW3KZ1ux1X6U success

版本控制系统 - Git

白皮书关于版本控制系统的整个部分在此处转载：

版本控制系统提供了模拟文件的工具，可以随时间变化并有效地分发不同版本

流行的版本控制系统Git提供了一个功能强大的Merkle DAG对象模型，它以分布式友好的方式捕获文件系统树的变化。

1. 不可变对象表示文件（blob），目录（树）和更改（提交）。

2. 对象通过其内容的加密哈希进行内容寻址。

3. 嵌入其他对象的链接，形成Merkle DAG。这提供了许多有用的完整性和工作流属性

4. 大多数版本控制元数据（分支，标签等）只是指针引用，因此创建和更新成本低廉。

5. 版本更改仅更新引用或添加对象。

6. 将版本更改分发给其他用户只是传输对象和更新远程引用。

让我们一步一步地理解它：

1.不可变对象表示文件（blob），目录（tree）和更改（commit）。

Git只添加数据。所以blob，tree和commit是不可变的。其中任何一个的最后版本是由特殊参考决定的（见第4和第5点）。

2.对象通过其内容的加密哈希进行内容寻址。

在git中，引用它们时不使用文件或目录名。Git使用SHA1 hash内容（ listing or commit）并在其数据库中使用这些hash。这篇文章让人非常有见地了解它是如何工作的：Git under the hood（开始阅读“现在让我们来看看Git如何做到这一切”）

3.嵌入其他对象的链接，形成Merkle DAG。这提供了许多有用的完整性和工作流程属性。

Merkle树是一个二叉树，其中父节点包含两个子节点的hash的hash。这解释了完整性属性:数据块中的任何更改都会导致根节点的更改。只要有一点元数据（叔叔和家长，这是不可信的）和可信的根节点，我们就可以验证块的有效性。

现在，Merkle DAG与Merkle树不同。不同之处在于解释：Merkle DAG和JRFC 20 - Merkle DAG

简而言之：Merkle DAG更通用，因为它不是二叉树而是图形，任何节点都可以包含数据，而不仅仅是Merkle树中的叶节点。

虽然它仍然有点模糊不清，但是当我遇到IPFS Merkle DAG时，我会再次讨论它。

4和5.大多数版本控制元数据（分支，标签等）只是指针引用，因此创建和更新成本不高。版本更改仅更新引用或添加对象。

这在这里是可视化的：Git for Computer Scientists，其中分支，HEAD和标签仅仅是对提交的引用。

6. 向其他用户分发版本更改只是简单地转移对象和更新远程引用。

自我认证的文件系统 - SFS

这用于实现IPFS的IPNS名称系统。它允许我们为远程文件系统生成地址，用户可以在其中验证地址的有效性。

从白皮书：

SFS引入了一种用于构建自我认证文件系统的技术：使用以下方案寻址远程文件系统

/ SFS / <位置>：<主机ID>

其中Location是服务器网络地址，并且：

HostID = hash（public_key || Location）

因此，SFS文件系统的名称会对其服务器进行认证。

我认为这说明了一切，我们将在下一集中看到它的实际应用：理解IPFS白皮书第2部分