基于區(qū)塊鏈的高校文件存儲系統(tǒng)的探究

梁志勇

（三亞學(xué)院信息與智能工程學(xué)院，海南 三亞 572000）

1 引言

Internet無疑是人類歷史上最具有影響力的發(fā)明之一，特別是現(xiàn)在的“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，數(shù)據(jù)交互更加便捷，即使在移動行走的狀態(tài)，人們也可以通過各種便攜式終端通信設(shè)備隨時與他人進(jìn)行通訊。

HTTP無疑是目前最成功的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，雖然歷經(jīng)20多年的發(fā)展，但是B/S模式卻從來沒改變。傳統(tǒng)的高校文件存儲系統(tǒng)大多基于HTTP協(xié)議，過度的中心化使得文件存儲系統(tǒng)并不是特別的安全可靠。

IPFS全稱Inter Planetary File System，中文名：星際文件系統(tǒng)，是一個旨在創(chuàng)建持久且分布式存儲和共享文件的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。IPFS是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化存儲網(wǎng)絡(luò)，是一種內(nèi)容可尋址的對等超媒體分發(fā)協(xié)議。在IPFS網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點將構(gòu)成一個分布式文件系統(tǒng)。故IPFS對改進(jìn)傳統(tǒng)的、高度中心化的高校文件存儲系統(tǒng)有著極大的幫助。

2 IPFS的技術(shù)背景

2.1 應(yīng)用廣泛的HTTP所存在的問題

(1)HTTP的高度中心化

Web的本意是去中心化，但隨著時間的推移，使得它變得更加中心化，成為了一個脆弱、高度集中、無效且過度依賴骨干網(wǎng)的協(xié)議。一旦中心服務(wù)器遭受攻擊，極易造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

(2)HTTP的低效化

由于過度的中心化，數(shù)據(jù)從中央數(shù)據(jù)中心分發(fā)的成本非常高，如果不是出于規(guī)模處理數(shù)據(jù)的需要，這一方法實際上是不劃算的。

(3)HTTP過度依賴于Internet主干網(wǎng)

過度的集中化，直接的后果就是數(shù)據(jù)中心高度依賴Internet骨干網(wǎng)，即使允許冗余，但是一旦骨干網(wǎng)出現(xiàn)故障的時候，很容易出現(xiàn)各種問題。所以Internet骨干網(wǎng)并不健全，很容易被攻擊。

2.2 IPFS相比HTTP的優(yōu)勢

(1)訪問或下載速度更快

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)下的HTTP協(xié)議，在訪問量過大的情況下，很容易造成網(wǎng)絡(luò)擁堵。此外，互聯(lián)網(wǎng)中存儲著太多重復(fù)的文件，若可共享，這些大量的重復(fù)文件則不需要存儲在很多服務(wù)器上。IPFS通過內(nèi)容尋址技術(shù)定位公有資源。它將文件通過Hash計算分散存儲在不同的計算機上，用戶訪問一個文件，則按照哈希地址訪問即可。另外，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的IPFS有著P2P的對等特性，它將文件碎片化存儲在距離用戶最近的計算機或服務(wù)器集群里，這使得文件加載速度大幅提升。

(2)數(shù)據(jù)更加安全，滿足隱私保護

因為存儲的文件都不在中心化的服務(wù)器，文件更安全，即使出現(xiàn)服務(wù)器崩潰或者光纜被破壞等情況，也不會導(dǎo)致文件的丟失，用戶也能便捷地從其他節(jié)點中獲得所需數(shù)據(jù)。同時采用了加密算法，使得黑客無從攻擊，滿足部分內(nèi)容的隱私要求。

(3)減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)省資源

由于對重復(fù)的文件進(jìn)行了優(yōu)化處理，大幅度減少了網(wǎng)絡(luò)中的冗余數(shù)據(jù)，從而更大程度上節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源。

3 IPFS

IPFS是點對點的超媒體協(xié)議，可以讓網(wǎng)絡(luò)更快、更安全、更開放。同時它還是一個面向全球的、點對點的分布式文件系統(tǒng)，試圖將所有具有相同文件系統(tǒng)的計算設(shè)備連接在一起。

3.1 IPFS工作原理

(1)每個文件上傳至網(wǎng)絡(luò)都被進(jìn)行Hash加密處理，同時生成數(shù)字指紋。IPFS通過網(wǎng)絡(luò)刪除具有相同Hash值的文件，通過對比Hash值來判斷哪些文件是冗余重復(fù)的，從根源上盡可能減少重復(fù)冗余的文件。

(2)每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點只存儲它感興趣的內(nèi)容，以及一些索引信息，有助于弄清楚誰在存儲什么。

(3)查找文件時，通過文件的Hash值就可以在網(wǎng)絡(luò)查找到儲存文件的節(jié)點，找到所需要的文件。

(4)通過IPNS（去中心化命名系統(tǒng)），每個文件都可以被協(xié)作命名為易讀的名字。使得用戶更加便捷地檢索到所要查看的文件。

3.2 IPFS的作用

IPFS從根本上改變了用戶的搜索方式，通過IPFS，用戶能夠直接搜索到想要的內(nèi)容。當(dāng)向IPFS詢問Hash時，IPFS通過使用一個分布式Hash表，可以快速（在一個擁有10,000,000個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中只需20跳）找到擁有數(shù)據(jù)的節(jié)點進(jìn)行檢索，并使用Hash驗證其是否是正確的數(shù)據(jù)。

3.3 IPFS的應(yīng)用場景

(1)在/ipfs和/ipns下掛載全球文件系統(tǒng)

(2)掛載的個人同步文件夾，擁有版本功能

(3)文件加密，數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

(4)可以作為數(shù)據(jù)庫：應(yīng)用可以直接操作Merkle DAG，擁有IPFS提供的版本化、緩存以及分布式特性

(5)可以做（加密）通訊平臺

(6)永久的Web，不存在不能訪問的鏈接

4 基于IPFS的數(shù)據(jù)存儲設(shè)計與分析

傳統(tǒng)的高校文件存儲系統(tǒng)是一個典型的中心化系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)則是常見的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)服務(wù)器或者網(wǎng)絡(luò)故障，用戶將不能正常訪問文件，安全性能較低。同時隨著時間的推移，服務(wù)器上所存儲的文件越來越多，很容易出現(xiàn)冗余重復(fù)文件，不僅造成磁盤空間的浪費，同時降低用戶檢索文件的效率。

首先，將傳統(tǒng)的文件存儲系統(tǒng)改成IPFS的形式，利用高校的校園網(wǎng)將所加入的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成一個私有鏈。得益于IPFS的優(yōu)點，私有鏈中的所有節(jié)點在校園網(wǎng)內(nèi)都是對等的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。用戶可將文件通過Hash加密后保存于私有鏈中任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并能根據(jù)需要取回本地。若本地節(jié)點文件丟失，也可以憑借其Hash值從校園網(wǎng)中的對等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點里找回。同時分布式的存儲模式使得文件下載變得更加高速和穩(wěn)定。

其次，IPFS的背景技術(shù)是區(qū)塊鏈技術(shù)，使得存儲在私有鏈上的文件很難被篡改。由于僅修改文件的名稱不會改變其Hash值，故整個私有鏈的冗余重復(fù)文件將大大減少，能夠最大程度上節(jié)約磁盤占有空間。同時文件進(jìn)行了Hash加密，也保證了文件具有較高的安全性。

最后，對比同樣是去中心化存儲應(yīng)用的SC（Sia Coin），主要適合于文件的安全保管，而IPFS是一個底層的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，致力于替代HTTP，實現(xiàn)的是網(wǎng)絡(luò)間各個節(jié)點的文件讀取、分享、交換。相比SC，IPFS更加適合打造一個全新的高校文件存儲系統(tǒng)。

5 結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)顛覆了整個世界，而如今區(qū)塊鏈即將顛覆互聯(lián)網(wǎng)。IPFS背后的技術(shù)對傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的影響是深遠(yuǎn)的。雖然目前對于IPFS等區(qū)塊鏈存儲技術(shù)的運用并不是特別廣泛，但是對于傳統(tǒng)的高校文件存儲系統(tǒng)的改進(jìn)也是一次新的探索。雖然區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用不是特別成熟，但是這絕對不是終結(jié)，通過區(qū)塊鏈技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，一定會有更加優(yōu)秀的技術(shù)改變整個文件存儲領(lǐng)域，故該技術(shù)對高校文件存儲系統(tǒng)的改進(jìn)具有極大的革新意義。

參考文獻(xiàn)：

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