你知道區塊鏈中的“不可能三角”嗎？即區塊鏈無法同時達到可擴充套件性（Scalability）、去中心化（Decentralization）和安全（Security）。這三個要素中只能同時兼顧兩個，比如，要想追求“去中心化”和“安全”就勢必會犧牲“可擴充套件性”。因為要想保證開放性、自治性、不可篡改等去中心化網路特性就需要賦予任意節點均等的權利和義務，也就是說，系統中任意節點都需要對交易資料進行全量計算和儲存。這樣一來，整體系統的效能就會受限於單個節點的效能上限，進而限制整體系統的可擴充套件性。
可擴充套件性是目前區塊鏈普遍面臨的一大挑戰。以太坊創始人Vitalik Buterin就曾表示過：“擴充套件性也許是排在第一位的問題。擴充套件性問題已經成為很多系統的墳墓。這是一個重大而艱鉅的挑戰。這些都是已知的事實。”為有效應對這一挑戰，很多專案正在嘗試以“IPFS+區塊鏈”協同合作的方式提升區塊鏈的可擴充套件性。但IPFS又是什麼？如何提升區塊鏈的可擴充套件性？今天的萬向區塊鏈小課堂就帶大家瞭解一下IPFS。
IPFS是什麼？
IPFS全稱Interplanetary File System，星際檔案系統，是一種點對點的開源分散式超媒體協議。它最初誕生於網際網路界，旨在解決HTTP（超文字傳輸協議）引發的一些問題。說起HTTP，大家應該不陌生吧。我們在輸入網址時通常都會在最開始輸入http://。這一協議發明於1991年，並於1996年應用於網路瀏覽器。其主要作用就是支撐網際網路上的資料通訊，即規定網際網路上的資訊傳輸方式及瀏覽器和伺服器的指令響應方式。
可以說HTTP是現今網際網路執行的基石。但是誕生將近30年來，這一協議已逐漸過時，其弊端也已逐一顯露。例如：
1、不支援同時從多個伺服器下載檔案，導致內容傳輸效率低下。
2、高頻寬成本及大量重複檔案堆積，加劇儲存負荷。
3、隨著伺服器和服務提供商的中心化程度不斷提高，網際網路的監管也更加嚴格。
4、網際網路能夠儲存的歷史資訊有限，難以追溯時間久遠的歷史資訊記錄。
5、連線不穩定導致連線速度慢、資訊傳輸效率低。
諸如此類的問題不勝列舉。IPFS這一分散式檔案儲存系統則有望將這些難題一一突破。比如，在IPFS這一分散式協議中，使用者不再從單一伺服器中下載檔案，而可以同時從網路中的其他多個節點處獲取檔案，提高下載效率。另外，這種分散式資料儲存協議還透過會雜湊加密保障網路資訊的安全性。聽起來是不是跟區塊鏈有著異曲同工之妙呢。
IPFS如何運作？
首先，IPFS透過雜湊值來對系統裡的所有檔案進行唯一身份標識，在此基礎上剔除重複檔案，記錄檔案的歷史版本資訊，實現檔案的歷史資訊可追溯，從而確保網頁內容不會因為伺服器故障或虛擬主機崩潰而丟失。
其次，雜湊加密也有助於保障檔案內容的真實性。使用者透過IPFS網路查詢檔案時，網路系統其實是以檔案的雜湊值作為標準，從儲存檔案的各節點中找到雜湊值一致的檔案返回給使用者。
另外，IPFS中的節點透過雜湊值相連，形成默克爾有向無環圖（Merkle DAG）這一資料結構，因此具有以下幾大優勢：
1、內容可定址：所有內容透過雜湊值進行身份標識，方便查詢追蹤。
2、無重複內容：由於系統裡的雜湊值具有唯一性，相同內容會生成相同的雜湊值，從而被系統判定為重複，並及時剔除。
3、內容不可篡改：系統的內容需透過雜湊值校驗。篡改內容後雜湊值自然會發生變化，幫助系統識別出內容已被篡改，及時發現風險。
值得一提的是IPFS中的每個節點只會儲存它需要或是感興趣的內容，併為內容資訊製作索引，便於節點之間瞭解各自儲存了什麼樣的資訊，方便後續查詢。
綜上，IPFS的分散式檔案儲存框架從根本上顛覆了HTTP以中心化的伺服器傳輸內容的方式。使用者不再從單一的伺服器中搜尋資訊，而是可以從網路中成千上百萬的其他節點中，依據檔案的唯一身份標識（雜湊值）快速獲取資訊，同時還能夠實現檔案的本地化離線獲取，大大提升資訊獲取的效率和便捷性。
IPFS在區塊鏈中的應用
無論是去中心化的分散式結構，還是運用密碼學技術保障資訊保安，我們都可以看到IPFS和區塊鏈有諸多相似之處。同時，IPFS的發明者Juan Benet曾表示：“IPFS中的資訊可以在互不信任的節點間傳輸且系統不會喪失資訊的控制權，也不會面臨安全風險。”這與區塊鏈能夠幫助缺乏信任的利益相關者進行低成本、高效率的協作這一應用價值有著異曲同工之妙。
IPFS和區塊鏈如此高的吻合度讓我們看到了這兩項技術的融合潛力。IPFS技術透過雜湊加密為海量資料生成不可篡改的永久性IPFS地址，再將地址資訊儲存在區塊鏈上。這樣相當於將原始資料簡化成IPFS地址後再上鍊，在不犧牲去中心化和安全性的前提下擴充單個節點資訊儲存容量，從而整體網路的可擴充套件性，為解決區塊鏈中的“不可能三角”問題提供可行方案。
已有不少專案嘗試在區塊鏈中應用IPFS技術，透過這種點對點的分散式檔案系統提升節點的儲存能力，為整體系統擴充套件和可持續發展奠定良好基石。隨著區塊鏈的應用場景不斷拓展，對於該技術的效能要求也會逐漸提高，我們相信IPFS分散式儲存協議將會透過提升區塊鏈的可擴充套件性助力區塊鏈應用的進一步發展。
參考文章
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/
區塊鏈的“不可能三角”
https://www.jianshu.com/p/8afe15e7a11f
區塊鏈的可擴充套件性問題及原因分析
http://www.elecfans.com/blockchain/792569.html
