Was ist die InterPlanetary File（IPFS）?

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(TL;DR)

🔹 IPFS ist ein Hypermedia-Serverprotokoll, das zur gemeinsamen Nutzung und Speicherung von Daten verwendet wird.

🔹 IPFS steht für InterPlanetary File System (Interplanetarisches Dateisystem), bei dem der Zugriff auf Daten und Dateien nicht ortsbezogen, sondern über eine Inhaltsadressierung erfolgt.

🔹 Relevante Inhalte werden mithilfe eines kryptografischen Hashs identifiziert, um Inhalte aus verschiedenen Quellen zu erhalten.

🔹 Jedes Mal, wenn ein Inhalt mit neuen Materialien aktualisiert wird, wird eine neue Datei mit einem eigenen neuen Hash erstellt, wobei IPFS die vorherige Version beibehält.

Das Internet besteht aus Unmengen von Daten. Von TikTok-Videos über YouTube-Streams, Instagram-Fotos, Facebook-Posts und Wikipedia-Seiten bis hin zu den vielen Billionen Bytes an Daten, die täglich im Internet ausgetauscht werden, stellt sich die Frage: Wo speichern wir all diese Daten?

Die Datenspeicherung im Internet erfolgt hauptsächlich auf Servern, die entweder physisch oder virtuell sein können.
Es werden aufwendige Einrichtungen verwendet, die als Cloud-Plattformen oder Serverfarmen bezeichnet werden. Diese Einrichtungen beherbergen Tausende von Speicher- und Berechnungsgeräten, die mit einem zentralen Server verbunden sind.

Ein Internetnutzer, der Informationen auf diesen Servern benötigt, stellt von seinem Browser aus eine HTTPS-Verbindung zu dem betreffenden Server her, der dann die Zugriffsanfrage bearbeitet, die entsprechenden Daten abruft und sie in seinen Browser lädt.

Dieser Prozess des Zugriffs auf Dateien durch Verbindung mit Servern, die den Standort im Internet bestimmen, wird als “standortbezogene Adressierung” bezeichnet. Die zentrale Server-Methode für die Speicherung von und den Zugriff auf Daten weist jedoch mehrere Mängel auf.

Die Innovation vertrauensfreier Systeme hätte zu keinem besseren Zeitpunkt kommen können. Diese Systeme machen eine wichtige dritte Partei überflüssig, und ein solches System ist das InterPlanetary File System (IPFS).

IPFS, die Kurzform von InterPlanetary file system, ist ein Speichersystem, mit dem Sie Dateien speichern und ihre Versionen über die Zeit verfolgen können.

IPFS verwendet das Modell eines verteilten Speichersystems und leistet alles, was zentrale Server tun, ohne jedoch auf ein zentrales System angewiesen zu sein. Das macht es sicherer und widerstandsfähiger gegen Angriffe, Ausfallzeiten und Zensur und ermöglicht gleichzeitig ein dezentraleres Internet.

Das von Juan Benet entwickelte und 2016 eingeführte IPFS hat mehrere Verbesserungen erfahren. Einzelpersonen und Organisationen haben es übernommen, um Dateien und Informationen ohne Barrieren zu teilen.

Wie funktioniert IPFS?
IPFS basiert auf drei Grundprinzipien:

Adressierung von Inhalten
Verknüpfung von Inhalten durch gerichtete azyklische Graphen (DAGs)

Auffinden von Inhalten mithilfe von verteilten Hash-Tabellen (DHTs)

Diese drei Grundsätze tragen dazu bei, das IPFS-Ökosystem zu ermöglichen. Lassen Sie uns diese kurz nacheinander erklären:

Adressierung von Inhalten
IPFS nutzt die Inhaltsadressierung, um erforderliche Daten anhand ihres Inhalts und nicht anhand ihres Speicherorts zu identifizieren.

Ein Beispiel: Ihr Freund ist im Supermarkt und Sie sagen ihm, er solle eine Packung der bekannten Minzbonbons für Sie mitnehmen (die zufälligerweise normalerweise auf der linken Seite in der Nähe der Kasse liegen). Das ist ein Beispiel für die Ansprache mit Inhalt, denn Sie bitten ausdrücklich darum, was es ist.

Würden Sie hingegen anhand des Standorts nach Ihren Minzbonbons fragen, würden Sie sagen: “Bitte nehmen Sie das, was normalerweise links neben der Kassiererin liegt, ein paar Zentimeter von ihrem Arm entfernt”.

Wenn die Pfefferminzbonbons an diesem Tag durch, sagen wir, Zahnseide ersetzt würden, wäre es nicht die Schuld Ihres Freundes, mit was er zurückkommt.

Dieses Szenario kann auch zwischen Ihrem Computer und dem Internet passieren. Im Moment werden Inhalte hauptsächlich über den Standort gefunden.

Andererseits hat jeder Inhalt, der IPFS verwendet, einen Inhaltsbezeichner (CID), d. h. einen Hash. Jeder Hash ist für den Inhalt, von dem er stammt, eindeutig, und jedes Mal, wenn neue Daten hinzugefügt werden, wird eine neue Datei mit einer neuen CID erstellt, während die vorherige Version im IPFS erhalten bleibt. Dies ermöglicht die unveränderliche Speicherung der gesamten Historie einer Datei im IPFS.

Viele verteilte Systeme verwenden die Inhaltsadressierung durch Hashes, um Inhalte zu identifizieren und miteinander zu verknüpfen. Dabei ist zu beachten, dass die grundlegenden Datenstrukturen in diesen Systemen nicht unbedingt interoperabel sind.

An dieser Stelle kommt das Projekt Interplanetary Linked Data (IPLD) ins Spiel. IPLD bietet verschiedene Links zu Daten, und die Nutzer haben die Möglichkeit, ihre Verknüpfungen unter Verwendung grundlegender Datenstrukturen herzustellen, die auf IPFS gespeichert werden können. Die Daten können dank der IPLD-Übersetzung zwischen Hash-verknüpften Datenstrukturen über verteilte Systeme hinweg vereinheitlicht werden.

Verteilte Systeme wie IPFS verwenden eine Datenstruktur namens gerichtete azyklische Graphen (DAGs). Sie verwenden Merkle-DAGs, bei denen jeder Knoten einen eindeutigen Bezeichner hat, einen Hash des Knoteninhalts.

Während Merkle-DAGs unterschiedlich strukturiert sein können, verwendet IPFS eine für die Darstellung von Verzeichnissen und Dateien optimierte Struktur.

Um eine Merkle-DAG-Darstellung Ihrer Inhalte zu erstellen, unterteilt IPFS Ihre Inhalte häufig zunächst in Blöcke. Dies ermöglicht die Zusammenführung verschiedener Teile der Datei aus unterschiedlichen Quellen und damit eine schnellere Authentifizierung.

IPFS verwendet eine verteilte Hash-Tabelle (DHT), um herauszufinden, welche Peers über den gesuchten Inhalt verfügen. Eine Hash-Tabelle ist einfach eine Datenbank mit Schlüsseln zu relevanten Werten. Eine verteilte Hash-Tabelle ist eine Hash-Tabelle, die auf alle teilnehmenden Peers in einem verteilten Netzwerk aufgeteilt ist. Um Inhalte zu finden, werden diese Peers “befragt”.

Sobald Sie die Bestätigung erhalten haben, welche Peers die Blöcke speichern, aus denen die gesuchten Inhalte bestehen, verwenden Sie wiederum die DHT, um den aktuellen Standort dieser Peers durch einen Prozess namens Routing zu ermitteln.

Nachdem Sie den Standort Ihrer Inhalte mithilfe der Inhaltsadressierung ermittelt haben, können Sie eine Verbindung zu den Inhalten herstellen und sie abrufen.
Wenn Sie die Inhalte abrufen, werden sie auf Ihrem Computer zwischengespeichert, und Sie werden auch zum Anbieter dieser Inhalte, bis Sie sich entschließen, Ihren Cache zu löschen.

Wenn Sie möchten, können Sie eine Kopie der Datei speichern und so zu einem ständigen Mitwirkenden und Anbieter dieser Datei werden. Sie können dies so lange wie möglich und mit so vielen Inhalten wie Sie möchten tun.

1 Die Einfachheit von Peer-to-Peer - IPFS verwendet eine DHT (verteilte Hash-Tabelle) zum Speichern von Daten. Wenn ein Benutzer einen Hash hat, fragt er das Peer-Netzwerk, welcher Knoten den Inhalt in diesem Hash enthält, und lädt den Inhalt direkt von diesem Knoten herunter, ohne auf eine dritte Partei zurückgreifen zu müssen.

2 Verbesserte Sicherheit - Aufgrund des dezentralen Charakters der Knoten ist es schwer zu erraten, welche Daten auf welchem IPFS-Knoten gespeichert sind.

Zentrale Server können leicht ins Visier von Hackern geraten, um Daten zu stehlen oder zu beschädigen - ein Vorgang, der durch IPFS verhindert werden kann. Außerdem können Regierungen Informationen und Internetplattformen leicht zensieren, was bereits überall auf der Welt praktiziert wird. Vor nicht allzu langer Zeit hat die Türkei Wikipedia zensiert und Nigeria die Social-Media-Plattform Twitter verboten. All dies war möglich, weil sie genau wussten, wo die Daten waren und wo sie hinwollten.

3 Unveränderlich - Die gesamte Umwandlung und Aktualisierung eines Inhalts kann dank der Unveränderlichkeit von IPFS nachvollzogen werden. Da jede Aktion an einem Inhalt nicht gelöscht werden kann, bietet dies ein hohes Maß an Transparenz für den Inhalt und Sicherheit für die Nutzer.

1 Schwer einzurichten - Das Verfahren zur Einrichtung von IPFS ist sehr technisch und erfordert ein gewisses Maß an technischem Wissen. Dies kann die meisten Laien abschrecken und dazu führen, dass die Technologie nur Technikfreaks vorbehalten bleibt, was ihr Potenzial und ihre Beliebtheit einschränkt.

2 Teuer in der Wartung - Die Ausführung von IPFS-Prozessen auf Ihrem Computer verbraucht eine große Menge an Bandbreite und Speicherplatz. Die Speicherung von Kopien von Inhalten, die anderen Suchenden dienen sollen, erfordert ebenfalls eine große Bandbreite. Ohne einen starken wirtschaftlichen Anreiz ist dies möglicherweise nicht für jeden attraktiv oder erschwinglich.

3 Zuverlässigkeit der Daten - Die Speicherung privater Daten gehört nicht zu den Stärken von IPFS. Solche Daten lassen sich nur schwer effizient de-duplizieren oder sinnvoll zwischenspeichern. Die Behauptung eines Peers, im Besitz eines Inhalts zu sein, wird ebenfalls nicht überprüft, was zu Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Daten führt, wenn sie erhalten werden.

Einige wenige große Unternehmen, die die meisten Daten der Welt zentral kontrollieren, sind angesichts der zunehmenden Digitalisierung unseres Lebens keine praktikable Lösung mehr.

Es wird eine zuverlässigere und sicherere Alternative für die Datenspeicherung benötigt. Auf dem Weg vom Web2 zum dezentraleren Web3 sind Technologien wie IPFS ein notwendiger Bestandteil dieser Entwicklung.

Auch wenn es hier und da noch ein paar Verbesserungen braucht, vor allem in wirtschaftlicher Hinsicht, ist es ein unveränderliches, dezentrales und zuverlässiges System, das vor Zensur, Verlust des Zugriffs auf benötigte Daten und Datenmanipulation schützt.

Die Verringerung und Verteilung der Kontrolle, die Tech-Giganten heute über das Internet und die Daten haben, was zu einem nutzerorientierteren und demokratischeren Internet führt, ist das Sahnehäubchen auf dem Kuchen.

Autor： M. Olatunji, Gate.io Researcher, übersetzt von Cedric.P
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