理論基礎
IPFS（星際文件系統），是一個分布式文件系統協議。IPFS協議定義了文件在分布式系統中如何存儲、索引、傳輸。IPFS的目標是通過一個文件系統將網絡中的所有的設備連接在起來
簡介
- 基於內容尋址，而非基於域名尋址。文件具有唯一存在的唯一性，一個文件加入到IPFS的網絡，基於計算對內容賦予一個唯一加密的哈希值。
- 提供文件的歷史版本控制器（如git），並且讓多個節點使用保存不同版本的文件；
- IPFS的網絡運行着一條區塊鏈，即用來存儲互聯網文件的哈希值表，每次有網絡訪問，即要在鏈上查詢該內容（文件）的地址；
- 通過使用代幣（FileCoin）的激勵作用，讓各節點有動力去存儲數據。FileCoin是一個由加密貨幣驅動的存儲網絡。礦工通過為網絡提供開放的硬盤空間獲得FileCoin，而用戶則用FileCoin來支付在去中心化網絡中存儲加密文件的費用。
工作機制
IPFS為每一個文件分配一個獨一無二的hash值，這個方式使得IPFS可以支持基於文件內容尋址。IPFS在整個網絡范圍內去掉重復的文件，並且為每一個文件建立版本管理。
當查詢文件的時候，IPFS網絡根據文件的hash值進行查找。為了讓用戶更好的記文件存放的hash，IPFS利用IPNS將hash值映射一個比較容易記憶的IPNS名字，每個節點除了存儲自己需要的數據，還需要存儲一張hash表，用來記錄文件存儲的位置，進行文件的查詢下載。
實驗操作
IPFS環境搭建
Ubuntu 18.04.5 LTS 在此平台開發用正常步驟 之后演示是在win10平台
sudo apt-get update 更新一下軟件列表
還需安裝golang sudo apt-get install golang-go -y，安裝過的可以忽略
下載IPFS
wget https://gitee.com/plusz/go-ipfs.git 這里用gitee同步的github鏡像
或者直接 git clone https://gitee.com/plusz/go-ipfs.git
WINDOWS平台下載地址：https://dist.ipfs.io/#go-ipfs （選windows binary，需要梯子）
配置環境變量
將解壓的路勁添加到PATH環境變量，不加也行
在解壓路徑下ipfs version 查看版本
初始化本地倉庫
和git類似，ipfs節點也需要先初始化一個本地倉庫
執行 ipfs init
此處的peer identity 即是屬於自身的IPFS網絡哈希值，相當於ID，通過ID可以訪問到節點
安裝
輸入上面最后一行的內容
出現這個即為安裝成功
ipfs安裝的默認配置
IPFS安裝后的配置放在系統用戶文件夾目錄下C:\Users\xxxx.ipfs , xxxx 為pc名，config為配置信息，可以按需修改，這里暫時不修改
運行
1. 輸入 ipfs daemon 啟動IPFS服務監聽
目的是用於監聽IPFS網絡通信數據，使用的監聽端口是5001。注意要並保持開啟狀態，才能守護監聽的進程。
2. IPFS的基礎命令
通過ipfs help可以查看一些基礎命令
基本命令：
init ——初始化IPFS本地配置
Add ——添加一個文件到IPFS
cat —— 展示IPFS對象數據
get —— 下載IPFS對象
ls —— 從一個對象中列出鏈接
refs —— 從一個對象中列出鏈接哈希
數據結構命令：
block —— 與數據存儲中的原始塊交互
object —— 與原始DAG節點交互
高級命令：
daemon —— 開啟一個開始運行的后台進程
mount —— 掛載一個IPFS只讀的掛載點
name —— 發布並解析IPFS名字
key —— 創建並列出IPFS名字密鑰對
pin —— 將對象鎖定到本地存儲
網絡命令：
id —— 展示IPFS節點信息
bootstrap —— 添加或刪除引導文件
swarm —— 管理p2p網絡連接
工具命令：
config —— 管理配置
version —— 展示IPFS版本信息
update —— 下載並應用go-ipfs更新
commands —— 列出所有可用命令
此時我們通過ipfs id 可以查看屬於自己的通信ID信息
輸入ipfs config show 可以查看配置信息
ipfs swarm peers 查看附近也在使用IPFS網絡節點的伙伴，如果沒有數據說明附近沒人使用。
這里可以看到附近還是有很多IPFS節點的
3. 調用IPFS網絡中的文件
輸入 ipfs cat /ipfs/QmW2WQi7j6c7UgJTarActp7tDNikE4B2qXtFCfLPdsgaTQ/cat.jpg >cat.jpg
我們即從mW2WQi7j6c7UgJTarActp7tDNikE4B2qXtFCfLPdsgaTQ的節點里下載了名為cat.jpg的一張圖片到本地。
4. 上傳文件
文件夾內新建一個測試文件
通過命令ipfs add ipfsTest.txt 上傳文件，並且返回一個唯一哈希值
在命令行輸入ipfs cat + 哈希值既可以看到內容
可視化頁面
在IPFS網絡狀態開啟時可以通過http://localhost:5001/webui查看到IPFS可視化操作界面
查看節點消息
與上面在命令行里查看是一樣的ID
將剛才上傳的文件hash復制到搜索框檢查后
從上圖可知，這個CID值的HASH值不是我們想要的HASH值，這是由於原本的hash太長了，一堆數字讀起來不容易，所以需要再進行編碼，壓縮其長度，且容易被傳播，為此，IPFS采用了Base58這種編碼。
在右側可以看到CID信息
IPFS現在的multihash值，都是以1220開頭的，按照Base58的算法，算出來的結果都是以Qm開頭的。
IPFS如何計算文件hash?
IPFS采用了SHA2-256算法，對任意長度的內容，生成的hash值長度固定，都是32個字節。在Linux下，直接用sha256sum可以計算SHA2-256格式的HASH值。雖然目前用的是SHA-256，但是可以支持多種HASH算法，可以升級算法，但是不會有大的架構改動。於是，IPFS采用了multihash這種簡單的HASH表示方法，支持多種HASH算法。如果未來修改算法，用的仍然是multihash，保證了表達方式的持續性。
multihash是一種自識別hash。multihash多重哈希遵循TLV模式(type-length-value)。其實就是一個字符串，由三部分組成：HASH算法編碼、HASH值得長度(字節數)、HASH值。
SHA2-256的編碼為Ox12,其HASH摘要長度為32字節（十六進制數為0x20）。把1220加到前面所得HASH至的開頭。例如本例文件的multihash編碼(十六進制)。
簡而言之：
原始數據添加元數據封裝為IPFS文件—>計算SHA2-256—>封裝成multihash—>轉化為Base58
上傳圖片、視頻文件
上傳了一張1mb的圖片后
可以看到有很多的link，我們繼續上傳一個更大的視頻文件
檢查剛上傳的視頻文件可以看到擁有更多的LINKS
這里的links就是IPFS存儲並共享文件的機制所生成的
再打開一個links[0]可以看到還有更多的子集
IPFS上的文件都存儲在IPFS對象中，每個對象最多可以存儲256KB的數據，也可以包含連接其他IPFS對象的鏈接。
那么超過256KB的文件怎么辦呢？比如一個圖片或者一個視頻，這些大型文件會被分割成數個IPFS對象。每一個對象都是256KB。之后系統會生成一個空白IPFS對象與包含這個文件的其他所有IPFS對象鏈接。
IPFS的數據結果非常簡單但卻非常強大。這一結構使我們可以把它作為文件系統來使用。這是一個包含了一些文件的簡單索引結構，可以將其轉成IPFS對象，每一個文件和索引都生成一個IPFS對象。一旦一個文件加入了網絡就不能被修改了，這是一個不能篡改的數據存儲庫，非常類似於區塊鏈。
這也有利於我們大文件存儲區塊鏈的應用實例
上傳大文件
根據上述性質可以將IPFS和區塊鏈完美結合，用戶可以使用IPFS來處理大量數據，然后把對應的加密哈希存儲到區塊鏈中並打上時間戳。這樣就無需將數據本身放在鏈上，不但可以節省區塊鏈的網絡帶寬，還可以對其進行有效保護。關於文件的安全性，一方面可以加密后存入IPFS，另一方面也可利用IPFS實現文件分布式共享。
IPFS彌補了現有區塊鏈系統在文件存儲方面的短板，將IPFS的永久文件存儲和區塊鏈的不可篡改、時間戳證明特性結合，非常適合在版權保護、身份及來源證明等方面加以應用。