IPFS：区块链“不可能三角”的可能解

你知道区块链中的“不可能三角”吗？即区块链无法同时达到可扩展性（Scalability）、去中心化（Decentralization）和安全（Security）。这三个要素中只能同时兼顾两个，比如，要想追求“去中心化”和“安全”就势必会牺牲“可扩展性”。因为要想保证开放性、自治性、不可篡改等去中心化网络特性就需要赋予任意节点均等的权利和义务，也就是说，系统中任意节点都需要对交易数据进行全量计算和存储。这样一来，整体系统的性能就会受限于单个节点的性能上限，进而限制整体系统的可扩展性。

可扩展性是目前区块链普遍面临的一大挑战。以太坊创始人Vitalik Buterin就曾表示过：“扩展性也许是排在第一位的问题。扩展性问题已经成为很多系统的坟墓。这是一个重大而艰巨的挑战。这些都是已知的事实。”为有效应对这一挑战，很多项目正在尝试以“IPFS+区块链”协同合作的方式提升区块链的可扩展性。但IPFS又是什么？如何提升区块链的可扩展性？今天的万向区块链小课堂就带大家了解一下IPFS。

IPFS是什么？

IPFS全称Interplanetary File System，星际文件系统，是一种点对点的开源分布式超媒体协议。它最初诞生于互联网界，旨在解决HTTP（超文本传输协议）引发的一些问题。说起HTTP，大家应该不陌生吧。我们在输入网址时通常都会在最开始输入http://。这一协议发明于1991年，并于1996年应用于网络浏览器。其主要作用就是支撑互联网上的数据通信，即规定互联网上的信息传输方式及浏览器和服务器的指令响应方式。

可以说HTTP是现今互联网运行的基石。但是诞生将近30年来，这一协议已逐渐过时，其弊端也已逐一显露。例如：

1、不支持同时从多个服务器下载文件，导致内容传输效率低下。

2、高带宽成本及大量重复文件堆积，加剧存储负荷。

3、随着服务器和服务提供商的中心化程度不断提高，互联网的监管也更加严格。

4、互联网能够存储的历史信息有限，难以追溯时间久远的历史信息记录。

5、连接不稳定导致连接速度慢、信息传输效率低。

诸如此类的问题不胜枚举。IPFS这一分布式文件存储系统则有望将这些难题一一突破。比如，在IPFS这一分布式协议中，用户不再从单一服务器中下载文件，而可以同时从网络中的其他多个节点处获取文件，提高下载效率。另外，这种分布式数据存储协议还通过会哈希加密保障网络信息的安全性。听起来是不是跟区块链有着异曲同工之妙呢。

IPFS如何运作？

首先，IPFS通过哈希值来对系统里的所有文件进行唯一身份标识，在此基础上剔除重复文件，记录文件的历史版本信息，实现文件的历史信息可追溯，从而确保网页内容不会因为服务器故障或虚拟主机崩溃而丢失。

其次，哈希加密也有助于保障文件内容的真实性。用户通过IPFS网络查找文件时，网络系统其实是以文件的哈希值作为标准，从储存文件的各节点中找到哈希值一致的文件返回给用户。

另外，IPFS中的节点通过哈希值相连，形成默克尔有向无环图（Merkle DAG）这一数据结构，因此具有以下几大优势：

1、内容可寻址：所有内容通过哈希值进行身份标识，方便查找追踪。

2、无重复内容：由于系统里的哈希值具有唯一性，相同内容会生成相同的哈希值，从而被系统判定为重复，并及时剔除。

3、内容不可篡改：系统的内容需通过哈希值校验。篡改内容后哈希值自然会发生变化，帮助系统识别出内容已被篡改，及时发现风险。

值得一提的是IPFS中的每个节点只会储存它需要或是感兴趣的内容，并为内容信息制作索引，便于节点之间了解各自储存了什么样的信息，方便后续查找。

综上，IPFS的分布式文件储存框架从根本上颠覆了HTTP以中心化的服务器传输内容的方式。用户不再从单一的服务器中搜索信息，而是可以从网络中成千上百万的其他节点中，依据文件的唯一身份标识（哈希值）快速获取信息，同时还能够实现文件的本地化离线获取，大大提升信息获取的效率和便捷性。

IPFS在区块链中的应用

无论是去中心化的分布式结构，还是运用密码学技术保障信息安全，我们都可以看到IPFS和区块链有诸多相似之处。同时，IPFS的发明者Juan Benet曾表示：“IPFS中的信息可以在互不信任的节点间传输且系统不会丧失信息的控制权，也不会面临安全风险。”这与区块链能够帮助缺乏信任的利益相关者进行低成本、高效率的协作这一应用价值有着异曲同工之妙。

IPFS和区块链如此高的吻合度让我们看到了这两项技术的融合潜力。IPFS技术通过哈希加密为海量数据生成不可篡改的永久性IPFS地址，再将地址信息储存在区块链上。这样相当于将原始数据简化成IPFS地址后再上链，在不牺牲去中心化和安全性的前提下扩充单个节点信息储存容量，从而整体网络的可扩展性，为解决区块链中的“不可能三角”问题提供可行方案。

已有不少项目尝试在区块链中应用IPFS技术，通过这种点对点的分布式文件系统提升节点的存储能力，为整体系统扩展和可持续发展奠定良好基石。随着区块链的应用场景不断拓展，对于该技术的性能要求也会逐渐提高，我们相信IPFS分布式储存协议将会通过提升区块链的可扩展性助力区块链应用的进一步发展。

参考文章

What is IPFS? Interplanetary File System: Complete Beginner’s Guide

https://blockonomi.com/interplanetary-file-system/

The IPFS and the blockchain

https://thebitcoinnews.com/the-ipfs-and-the-blockchain/

区块链的“不可能三角”

https://www.jianshu.com/p/8afe15e7a11f

区块链的可扩展性问题及原因分析

http://www.elecfans.com/blockchain/792569.html