原文：https://medium.com/hackernoon/understanding-ipfs-in-depth-1-5-a-beginner-to-advanced-guide-e937675a8c8a
这篇文章是新的系列“深入理解IPFS”中的第一篇，这一系列博文可以帮助任何人理解IPFS的基本概念。我们将尽可能保持这一系列文章的乐趣和吸引力。
这一些列分为6个部分：
希望你从这个系列中学到很多关于IPFS的知识。开始吧！
当你跟别人谈论复仇者联盟的新电影时，他们通常不会说“在这台服务器上，在这个子域名下，漫威复仇者联盟.mp4”诸如此类的描述。相反，他们会描述影片的内容“Thanos摧毁了一半宇宙的东西……”。对人类来说考虑事情的内容明显是一种直观方法，但这多数情况下不是我们获取互联网上的内容的方法。话虽如此，诸如IPFS之类的分布式协议实际上确实使用这种类型的内容寻址（使用文件内容标记和查找内容）来在分散的网络上查找内容。在本文中，我们将详细探讨整个过程的工作原理，涉及的不同组件以及它们如何协同工作。我们将通过向IPFS添加文件然后探索在向IPFS添加文件时发生了什么来探索它如何工作。
让我们首先向IPFS添加一张照片。我们将添加这张…
顺便说一句，您必须在您的系统上安装IPFS才能跟随我的操作。
您可以从这里安装它（原文中给的地址失效了）。在安装完IPFS后，您必须启动IPFS守护程序daemon（与IPFS网络通信的软件，以便从网络添加和检索数据）。你可以通过ipfs daemon 来启动daemon。
将照片添加到IPFS时，会发生以下事情：
在Terminal终端我们会得到：
但是我们没有看到与上述两个步骤（Raw和Digest）相关的任何内容。这一切都发生在引擎盖下。
这是哈希函数发挥作用的地方。
Hash函数将数据（来自文本，照片等的任何数据）作为输入，并为我们提供输出（摘要），该输出在其输出方面是唯一的。如果我们改变该图像中的像素，那么输出将是不同的。这显示了它的防篡改属性，因此使IPFS成为自我认证文件系统。因此，如果您将此图像传输给任何人，他/她可以检查收到的照片是否已被篡改。
此外，你无法分辨输入是什么（在这里是我们上传的猫的照片），但只是看到它的输出（摘要）。因此，这也很大程度上确保了安全性。
现在我们将Raw图像数据传递给SHA256哈希函数并获得唯一的摘要。现在，我们需要将此摘要转换为CID（内容标识符）。当我们尝试取回图像时，此CID是IPFS将搜索的内容。为此，IPFS使用名为Multihasah的东西。
要了解Multihash的重要性，请考虑这种情况。
你将这张图片存在互联网上，并且您拥有其CID，您可以将其提供给任何想要获取此图像的人。现在，如果您将来发现SHA256被破坏（这意味着此过程不再具有防篡改和安全性）并且您想要使用SHA3（以确保防篡改和安全性），那该怎么办呢？这意味着要改变将照片转换为CID的整个过程，之前的CID将毫无用处…
在这种情况下，上述问题似乎可能是一个小问题，但您应该知道这些哈希函数保护着数十亿美元的资金。所有银行，国家安全机构等都使用这些散列函数来安全地运行。如果没有它，即使是浏览器上每个站点地址旁边看到的绿色锁也无法运行。
为了解决这个问题，IPFS使用Multihash。 Multihash允许我们定义自定义的散列。因此，根据使用的哈希函数，我们可以有多个版本的CID。我们将在本系列的第4部分中详细讨论Multihashes，它将深入研究Multiformat。
那么，现在我们已将我们的照片添加到IPFS，但这不是全部故事。实际发生的事情是这样的：
如果文件大于256 kB，则它们被分解为更小的部分，因此所有部分都等于或小于256 kb。我们可以使用此命令查看照片的块：
ipfs object get Qmd286K6pohQcTKYqnS1YhWrCiS4gz7Xi34sdwMe9USZ7u
这给了我们15个块，每个块小于256kb。首先将这些块中的每一个转换为摘要，然后转换为CID。
{
"Links": [
{
"Name": "",
"Hash": "QmZ5RgT3jJhRNMEgLSEsez9uz1oDnNeAysLLxRco8jz5Be",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmUZvm5TertyZagJfoaw5E5DRvH6Ssu4Wsdfw69NHaNRTc",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmTA3tDxTZn5DGaDshGTu9XHon3kcRt17dgyoomwbJkxvJ",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmXRkS2AtimY2gujGJDXjSSkpt2Xmgog6FjtmEzt2PwcsA",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmVuqvYLEo76hJVE9c5h9KP2MbQuTxSFyntV22qdz6F1Dr",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmbsEhRqFwKAUoc6ivZyPa1vGUxFKBT4ciH79gVszPcFEG",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmegS44oDgNU2hnD3j8r1WH8xZ2RWfe3Z5eb6aJRHXwJsw",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmbC1ZyGUoxZrmTTjgmiB3KSRRXJFkhpnyKYkiVC6PUMzf",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmZvpEyzP7C8BABesRvpYWPec2HGuzgnTg4VSPiTpQWGpy",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmZhzU2QJF4rUpRSWZxjutWz22CpFELmcNXkGAB1GVb26H",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmZeXvgS1NTxtVv9AeHMpA9oGCRrnVTa9bSCSDgAt52iyT",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmPy1wpe1mACVrXRBtyxriT2T5AffZ1SUkE7xxnAHo4Dvs",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmcHbhgwAVddCyFVigt2DLSg8FGaQ1GLqkyy5M3U5DvTc6",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmNsx32qEiEcHRL1TFcy2bPvwqjHZGp62mbcVa9FUpY9Z5",
"Size": 262158
},
{
"Name": "",
"Hash": "QmVx2NfXEvHaS8uaRTYaF4ExeLaCSGpTSDhhYBEAembdbk",
"Size": 69716
}
],
"Data": "\b\u0002\u0018Ơ�\u0001 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 ��\u0010 Ơ\u0004"
}
IPFS使用IPLD（IPLD使用Merkle DAG或有向非循环图）来管理所有块并将其链接到基本CID。
IPLD（对象）由2个组成部分组成：
data——大小<256 kB的非结构化二进制数据块Links——链接结构数组。这些是指向其他IPFS对象的链接每个IPLD链接Link（在我们的例子中是我们上面提到的15个链接）又有3个部分：
Name——链接的名称Hash——链接的IPFS对象的哈希值Size——链接的IPFS对象的累积大小，包括其链接IPLD建立在关联数据的思想基础之上，这实际上分散的网络社区中的人们已经谈论了很长一段时间。这是Tim Berners-Lee多年来一直在努力的事情，他的新公司Solid正在围绕它开展业务。
使用IPLD还有其他好处。为了看到这一点，让我们创建一个名为photos的文件夹，并在其中添加2张照片（猫的照片和同一张照片的副本）。
正如您所看到的，这两张照片都具有相同的哈希值（这证明我没有更改图像副本中的任何内容）。这为IPFS添加了重复数据删除属性。因此，即使您的朋友将相同的猫照片添加到IPFS，他也不会复制图像。这节省了大量的存储空间。
想象一下，如果我将这篇文章存储在IPFS上，并且它的每个字母都是分块的并且具有唯一的CID，那么这整篇文章可以通过字母表（大写和小写），数字和一些特殊字符的组合来构建。我们只会存储每个字母，数字和字符ONCE，并根据数据结构中的链接重新排列它。这是强大的东西…
IPFS还有一个名为InterPlanetary命名系统（IPNS）的命名系统。要了解它的重要性，让我们假设您创建了一个网站，并将其托管在某个域上。对于此示例，我们将访问我的网站： https://vaibhavsaini.com
如果我想在IPFS上托管它，我只需在IPFS上添加网站文件夹。为此，我使用wget下载了网站。如果您使用的是基于Linux的操作系统，如Ubuntu或MAC，那么您可以和我一起试用。
如果我想在IPFS上托管它，我只需在IPFS上添加网站文件夹。为此，我使用wget下载了网站。如果您使用的是基于Linux的操作系统，如Ubuntu或MAC，那么您可以和我一起试用。
下载网站（或任何网站）：
wget --mirror --convert-links --adjust-extension --page-requisites --no-parent https://vaibhavsaini.com
将名为vaibhavsaini.com的文件夹添加到IPFS:
ipfs add -r vaibhavsaini.com
你会得到这样的东西：
我们可以看到，我们的网站现在托管在最后一个CID（该文件夹的CID）上：QmYVd8qstdXtTd1quwv4nJen6XprykxQRLo67Jy7WyiLMB
我们可以使用http协议访问该站点：
https://gateway.pinata.cloud/ipfs/QmYVd8qstdXtTd1quwv4nJen6XprykxQRLo67Jy7WyiLMB/
假设我想在网站上更改我的个人资料图片。正如我们上面已经了解到的，如果我们改变输入的内容，我们会得到一个不同的摘要，这意味着我的最终“基本CID”会有所不同。
这意味着每次更新我的网站时都必须更新哈希。每个拥有我之前网站链接（上述网址）的人都将无法看到我的新网站
这可能会导致很大的问题。
为解决此问题，IPFS使用InterPlanetary命名系统（IPNS）。使用IPNS链接指向CID。如果我想更新我的网站CID，我只会将新的CID指向相应的IPNS链接（这类似于今天的DNS）。我们将在本系列的第3部分中深入探讨IPNS。
但是现在，让我们为我的网站生成一个IPNS链接。
ipfs name publish QmYVd8qstdXtTd1quwv4nJen6XprykxQRLo67Jy7WyiLMB
这可能需要几分钟时间。你会得到这样的输出：
Published to Qmb1VVr5xjpXHCTcVm3KF3i88GLFXSetjcxL7PQJRviXSy: /ipfs/QmYVd8qstdXtTd1quwv4nJen6XprykxQRLo67Jy7WyiLMB
现在，如果我想添加更新的CID，我将使用相同的命令
ipfs name publish <my_new_CID>
使用此功能，您可以使用以下链接访问我的网站的更新版本：
https://gateway.pinata.cloud/ipns/Qmb1VVr5xjpXHCTcVm3KF3i88GLFXSetjcxL7PQJRviXSy
上述链接仍然不是人类可读的。我们习惯于这样的名字：https：//vaibhavsaini.com。在本系列的第3部分中，我们将看到如何将IPNS链接链接到域名，以便您可以在https://vaibhavsaini.com上查看我的IPFS托管网站。
IPFS也是HTTP协议的潜在替代品。但为什么我们要替换HTTP呢？它似乎工作正常，对吧？我的意思是你能够阅读这篇文章并在Netflix上看电影，所有这些都使用HTTP协议。
即使它似乎对我们很好，它也有一些大问题
假设您正坐在演讲厅，您的教授会要求您访问特定网站。讲座中的每个学生都向该网站提出请求并得到回复。这意味着相同的确切数据被单独发送给房间中的每个学生。如果有100名学生，则有100个请求和100个回复。这显然不是最有效的做事方式。理想情况下，学生将能够利用他们的物理接近度来更有效地检索他们所需的信息。
如果网络通信线路中存在某些问题并且客户端无法与服务器连接，则HTTP也会出现大问题。如果ISP发生中断，某个国家/地区阻止某些内容，或者内容只是被删除或移动，就会发生这种情况。这些类型的断开链接存在于HTTP Web上的任何位置。
HTTP的基于位置的寻址模型鼓励集中化。使用我们的所有数据信任少数几个应用程序很方便，但由于这一点，网络上的大部分数据都变得很脏。这使得这些提供商对我们的信息负有巨大的责任和权力。
这是Libp2p的用武之地。Libp2p用于在IPFS网络上传输数据并发现其他对等设备（计算机和智能手机）。这种方式的工作方式是，如果每台计算机和智能手机都运行IPFS软件，那么我们将成为像网络这样的大型BitTorrent的一部分，每个系统都可以充当客户端和服务器。因此，如果100名学生请求相同的网站，他们可以互相请求网站数据。如果大规模实施这种系统，可以显着提高上网速度。
好的，我们就此止步。如果你已经到了这里，那么你值得被拍拍后背。做得好！
到目前为止，我们已经学到了很多关于IPFS的知识。让我们回顾一下：
下面是IPFS协议栈的图解表示
关于作者
Vaibhav Saini是麻省理工学院剑桥创新中心TowardsBlockchain的联合创始人。
他是高级区块链开发人员，曾参与多个区块链平台，包括以太坊，Quorum，EOS，Nano，Hashgraph，IOTA等。