基于區塊鏈的高校文件存儲系統的探究

梁志勇

（三亞學院信息與智能工程學院，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明之一，特別是現在的“互聯網+”時代，數據交互更加便捷，即使在移動行走的狀態，人們也可以通過各種便攜式終端通信設備隨時與他人進行通訊。

HTTP無疑是目前最成功的網絡傳輸協議，雖然歷經20多年的發展，但是B/S模式卻從來沒改變。傳統的高校文件存儲系統大多基于HTTP協議，過度的中心化使得文件存儲系統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，是一個旨在創建持久且分布式存儲和共享文件的網絡傳輸協議。IPFS是基于區塊鏈技術的去中心化存儲網絡，是一種內容可尋址的對等超媒體分發協議。在IPFS網絡中的節點將構成一個分布式文件系統。故IPFS對改進傳統的、高度中心化的高校文件存儲系統有著極大的幫助。

2 IPFS的技術背景

2.1 應用廣泛的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的協議。一旦中心服務器遭受攻擊，極易造成網絡癱瘓。

(2)HTTP的低效化

由于過度的中心化，數據從中央數據中心分發的成本非常高，如果不是出于規模處理數據的需要，這一方法實際上是不劃算的。

(3)HTTP過度依賴于Internet主干網

過度的集中化，直接的后果就是數據中心高度依賴Internet骨干網，即使允許冗余，但是一旦骨干網出現故障的時候，很容易出現各種問題。所以Internet骨干網并不健全，很容易被攻擊。

2.2 IPFS相比HTTP的優勢

(1)訪問或下載速度更快

傳統的網絡下的HTTP協議，在訪問量過大的情況下，很容易造成網絡擁堵。此外，互聯網中存儲著太多重復的文件，若可共享，這些大量的重復文件則不需要存儲在很多服務器上。IPFS通過內容尋址技術定位公有資源。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，基于區塊鏈技術的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器集群里，這使得文件加載速度大幅提升。

(2)數據更加安全，滿足隱私保護

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

(3)減少數據冗余，節省資源

由于對重復的文件進行了優化處理，大幅度減少了網絡中的冗余數據，從而更大程度上節約了網絡資源。

3 IPFS

IPFS是點對點的超媒體協議，可以讓網絡更快、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，試圖將所有具有相同文件系統的計算設備連接在一起。

3.1 IPFS工作原理

(1)每個文件上傳至網絡都被進行Hash加密處理，同時生成數字指紋。IPFS通過網絡刪除具有相同Hash值的文件，通過對比Hash值來判斷哪些文件是冗余重復的，從根源上盡可能減少重復冗余的文件。

(2)每個網絡節點只存儲它感興趣的內容，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值就可以在網絡查找到儲存文件的節點，找到所需要的文件。

(4)通過IPNS（去中心化命名系統），每個文件都可以被協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容。當向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個節點的網絡中只需20跳）找到擁有數據的節點進行檢索，并使用Hash驗證其是否是正確的數據。

3.3 IPFS的應用場景

(1)在/ipfs和/ipns下掛載全球文件系統

(2)掛載的個人同步文件夾，擁有版本功能

(3)文件加密，數據共享系統

(4)可以作為數據庫：應用可以直接操作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的數據存儲設計與分析

傳統的高校文件存儲系統是一個典型的中心化系統，網絡則是常見的星型拓撲結構，一旦出現服務器或者網絡故障，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，服務器上所存儲的文件越來越多，很容易出現冗余重復文件，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，將傳統的文件存儲系統改成IPFS的形式，利用高校的校園網將所加入的網絡節點組成一個私有鏈。得益于IPFS的優點，私有鏈中的所有節點在校園網內都是對等的網絡節點。用戶可將文件通過Hash加密后保存于私有鏈中任何網絡節點，并能根據需要取回本地。若本地節點文件丟失，也可以憑借其Hash值從校園網中的對等網絡節點里找回。同時分布式的存儲模式使得文件下載變得更加高速和穩定。

其次，IPFS的背景技術是區塊鏈技術，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文件將大大減少，能夠最大程度上節約磁盤占有空間。同時文件進行了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是一個底層的互聯網協議，致力于替代HTTP，實現的是網絡間各個節點的文件讀取、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。

5 結語

互聯網技術已經顛覆了整個世界，而如今區塊鏈即將顛覆互聯網。IPFS背后的技術對傳統互聯網的影響是深遠的。雖然目前對于IPFS等區塊鏈存儲技術的運用并不是特別廣泛，但是對于傳統的高校文件存儲系統的改進也是一次新的探索。雖然區塊鏈技術的應用不是特別成熟，但是這絕對不是終結，通過區塊鏈技術的進一步發展，一定會有更加優秀的技術改變整個文件存儲領域，故該技術對高校文件存儲系統的改進具有極大的革新意義。

參考文獻：

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[2]IPFS官網[E B/OL]．https：//ipfs.io/

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[4]吳振銓，梁宇輝，康嘉文，等．基于聯盟區塊鏈的智能電網數據安全存儲與共享系統[J]．計算機應用，2017，37(10)：2742-2747．