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　　全球化分布式存储网络并不是最近几年的新鲜品，其中最有名的3 个就是BitTorrent、Kazaa、和Napster，至今这些系统在全世界依旧拥有 上亿活跃用户。尤其是BitTorrent客户端，现在BitTorrent网络每天依然 有超过1000万个节点在上传数据。（不少刚从高校毕业的朋友应该还记 得在校内网IPv6上分享电影和游戏资源的情景）但令人遗憾的是，这些 应用最初就是根据特定的需求来设计的，在这三者基础上灵活搭建更多 的功能显然很难实现。虽然在此之前学术界和工业界做过一些尝试，但 自始至终没有出现一个能实现全球范围内低延时并且完全去中心化的通 用分布式文件系统。

　　2）数据存储成本高。经过十多年互联网的飞速发展，互联网数据 存储量每年呈现指数级增长。2011年全球数据总量已经达到 0.7ZB（1ZB等于1万亿GB）；2015年，全球的数据总量为8.6ZB；2016 年，这个数字是16.1ZB。到2025年，全球数据预计将增长至惊人的 163ZB，相当于2016年所产生16.1ZB数据的10倍。如果我们预计存储 4000GB（4TB）的数据，AWS简单存储服务（S3）的报价是对于第1个 TB每GB收取0.03美金，对于接下来的49TB每GB收取0.0295美金的费

　　3）数据的中心化带来泄露风险。服务提供商们在为用户提供各类 方便服务的同时，也存储了大量的用户隐私数据。这也意味着一旦数据 中心产生大规模数据泄露，这将是一场数字核爆。对于个人而言，用户 信息泄露，则用户账号面临被盗风险，个人隐私及财产安全难以保障； 对于企业而言，信息泄露事件会导致其在公众中的威望和信任度下降， 会直接使客户改变原有的选择倾向，可能会使企业失去一大批已有的或 者潜在的客户。这并不是危言耸听，几乎每一年都会发生重大数据库泄 露事件。2018年5月，推特被曝出现安全漏洞，泄露3.3亿用户密码； 2017年11月，美国五角大楼意外泄露自2009年起收录的18亿条用户信 息；2016年，LinkedIn超1.67亿个账户在黑市被公开销售；2015年，机 锋网被曝泄露2300万用户信息。有兴趣的读者可以尝试在公开密码泄露 数据库中查询，是否自己的常用信息或常用密码被泄露，但自己却毫不 知情。

　　协议来查询与其对应的value信息，而不管这个value信息究竟是存储在 哪一个节点之上。正是这一特性确保了IPFS成为没有中心调度节点的分 布式系统。IPFS还借鉴了BitTorrent网络。首先是消极上传者的惩罚措 施，在BitTorrent的客户端上传数据会奖励积分，而长期不上传的消极 节点会被扣分，如果分数低于一定限度，那么网络会拒绝再为他们提供 服务；其次是文件可用性检查，BitTorrent优先把稀缺的文件分享出 去，各个客户端之间相互补充，这样种子不容易失效，传输效率也提高 了。针对BitTorrent我们不再详细展开，有感兴趣的读者可以查阅 BitTorrent相关文档。

　　第三种对IPFS有重大影响的项目是Git。我们在进行大文件传输或 修改的时候总会遇到存储或传输压力大的问题，而Git在版本迭代方面 非常出色。Git存储时会把文件拆成若干个部分，并计算各个部分的哈 希值，利用这些构建起与文件对应的有向无环图（DAG），DAG的根 节点也就是该文件的哈希值。这样的好处十分明显：如果需要修改文 件，那么只需要修改少数图中节点即可；需要分享文件，等价于分享这 个图；需要传输全部的文件，按照图中的哈希值下载合并即可。

　　比特币、以太币、比特币现金及大部分加密数字货币使用的是PoW 工作量证明。维护比特币账本的节点被称为矿工，矿工每次在记录一个 新区块的时候，会得到一定的比特币作为奖励。因此，矿工们会为自己 的利益尽可能多地去争夺新的区块记账权力，并获得全网的认可。工作 量证明要求新的区块哈希值必须拥有一定数量的前导0。矿工们把交易 信息不断地与一个新的随机数进行哈希运算，计算得到区块的哈希值。 一旦这个哈希值拥有要求数目的前导0，这个区块就是合法的，矿工会 把它向全网广播确认。而其他的矿工收到这一新的区块，会检查这一区 块的合法性，如果合法，新的区块会写入该矿工自己的账本中。这一结 构如图1-3所示。

　　与要求证明人执行一定量的计算工作不同，PoS权益证明要求证明 人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是， 当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先 设定的比例把一些币发送给矿工。权益证明机制根据每个节点拥有代币 的比例和时间，依据算法等比例降低节点的挖矿难度。这种共识机制可 以加快共识，也因矿工不再继续竞争算力，网络能耗会大大降低。但也 有专家指出，PoS权益证明牺牲部分网络去中心化的程度。

　　1976年是奠定区块链的密码学基础的一年，这一年Whitfield Diffie 与Martin Hellman（见图1-4）首次提出Diffie-Hellman算法，并且证明了 非对称加密是可行的。与对称算法不同，非对称算法会拥有两个密钥 ——公开密钥和私有密钥。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密 钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥 对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。这是后来比特 币加密算法的核心之一，我们使用比特币钱包生成私钥和地址时，通过 椭圆曲线加密算法，生成一对公钥和私钥。有了私钥我们可以对一笔转 账签名，而公钥则可以验证这一笔交易是由这个比特币钱包的所有者签 名过的，是合法的。将公钥通过哈希运算，可以计算出我们的钱包地 址。

　　有被篡改的。我们前面提到，在比特币网络中，每一个区块都包含了交 易信息的哈希值。这一哈希值并不是直接将交易顺序连接，然后计算它 们的哈希，而是通过默克尔树生成的。默克尔树如图1-5所示。默克尔 树生成算法会将每笔交易做一次哈希计算，然后两两将计算后的哈希值 再做哈希，直到计算到默克尔根。而这个默克尔根就包含了全部的交易 信息。这样，能大大节省钱包的空间占用。例如，在轻钱包中，我们只 需下载与自己钱包对应的交易信息，需要验证的时候，只需找到一条从 交易信息的叶节点到根节点的哈希路径即可，而不需要下载区块链的全 部数据。在IPFS项目里，也借鉴了默克尔树的思想。数据分块存放在有 向无环图中，如果数据被修改了，只需要修改对应默克尔有向无环图中 的节点数据，而不需要向网络重新更新整个文件。值得一提的是， Merkle在提出默克尔树时，分布式技术尚未成型，更别提数字货币了， 而他在当时就能察觉并提出这样的方法，实在是令人赞叹。

　　往，希望建立一套独立于现实中的国家、等级制度以外的空间。其中最 典型的代表是David Chaum，他最早提出了盲签名技术，并将其应用到 了Digit Cash项目（又名Ecash）中。盲签名是一种保护隐私的签名方 式，它的签名者对其签署的消息不可见。比如，用户需要签署一个转账 信息，而这一信息需要银行签名，用户为了保护隐私，不希望银行看到 其具体的转账对象，就可以使用盲签名。David在他的论文中提出了用 盲签名实现匿名货币的想法，具体方式是用户在本地计算机的Ecash程 序中以数字格式存储现金，再交给银行进行盲签名。这套系统已经与当 时的银行系统非常接近了，差一点获得了成功。但是Digit Cash始终需 要中心化的银行服务器支持。在后续，没有一家银行愿意再支持他的项 目，最终项目失败了。数字朋克运动中诞生的系统及关键人物如表1-1 所示。

　　在Digit Cash失败后的几年里，人们几乎放弃了数字现金的构想。 仅有少数数字朋克继续着研究。一个名为Hashcash的想法是在1997年由 当时同为数字朋克的博士后研究员Adam Back独立发明的。Hashcash的 想法很简单：它没有后门，也不需要中心第三方，它只使用哈希函数而 不是数字签名。Hashcash基于一个简单的原理：哈希函数在某些实际用 途中表现为随机函数，这意味着找到哈希到特定输出的输入的唯一方法 是尝试各种输入，直到产生期望的输出为止。而且，为了找到这样一个 符合条件的输入，唯一方法是再次逐个尝试对不同的输入进行哈希。所 以，如果让你尝试找到一个输入，使得哈希值前10位是0，你将不得不

　　还有两位有杰出贡献的数字朋克——Hal Finney和Nick Szabo，他们 经过重新考虑将技术整合了起来。Nick Szabo不仅是一位计算机科学 家，同时精通法律。Szabo受到David Chaum的启发后，希望利用密码协 议和安全机制，提出了数字合约的构想。数字合约能在网络上不依靠第 三方协助而是利用程序来验证并执行合同，它与传统合同相比更安全， 并且减少了烦琐沟通的成本。这对后续的加密数字货币设计有着极大的 影响。比特币网络可以提供非图灵完备的脚本语言实现部分智能合约功 能；以太坊则进一步在EVM上运行Solidity语言，提供了图灵完备的智 能合约环境，这也为后续分布式应用开发奠定了基础。