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File metadata and controls

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InterPlanetary File System

[TOC]

Overview

IPFS(InterPlanetary File System)은 분산형 파일 시스템에 데이터를 저장하고 인터넷으로 공유하기 위한 프로토콜로, P2P 네트워크이다.

기존의 HTTP 프로토콜 방식은 데이터가 위치한 곳의 주소를 찾아가서 요청한 컨텐츠를 한 번에 가져오는 방식이었지만, IPFS는 전세계 여러 컴퓨터에 분산 저장된 각 데이터 조각으로 잘게 나눠서 가져온 후 하나로 합쳐서 보여주는 방식으로 동작한다.

개념

IPFS는 프로토콜이자 파일 시스템, 웹, 모듈러, 암호화, P2P, CDN, 네임서비스 모든 것을 아우른다.

IPFS

(출처: IPFS)

IPFS를 사용하게 되면 해당 컴퓨터는 필요한 파일들을 다운받는 것과 동시에 파일들을 나누어주는 역할을 하게 된다.

특징

IPFS의 대표적인 특징은 아래와 같다.

  • 분산화(Decentralization)
  • 컨텐츠 어드레싱(Content-addressing)
  • 참여(Participation)

Decentralization

IPFS는 중앙 서버가 아닌 분산된 환경의 여러 peer로부터 파일을 다운로드 받을 수 있다.

  • 안정된 인터넷 지원: 중앙 서버에 오류가 생기면 파일 다운로드가 불가능한 기존의 구조 대비, 다른 곳에서 동일한 웹페이지를 얻을 수 있다.
  • 콘텐츠 검열을 어렵게 함: 파일이, 분산된 환경에서 전달된다는 특성으로 인해 위와 같이 특정 정보에 접근하는 것을 막거나 검열하는 것을 어렵게 한다.
  • 웹 속도 향상: 요청하는 컴퓨터가 멀리 떨어져 있거나 인터넷이 연결되지 않은 상황에서도 주변의 가까운 피어에서 빠르게 파일을 받아올 수 있다.

Content-addressing

/ipfs/QmXoypizjW3WknFi...6uco/wiki/SongArtish.html

컨텐츠 어드레싱은 컨텐츠를 주소 기반으로 표현한다는 것이다. IPFS 컨텐츠의 URL을 위와 같은 형태인데, /ipfs/ 다음의 문자열을 컨텐츠 내용의 해시값으로, 컨텐츠 식별자(CID, Content Identifier)라고 하며, 이를 통해 여러 peer로부터 컨텐츠를 가져올 수 있다.

전통적인 URL 또는 파일 경로는 해당 위치를 기반으로 파일을 식별하는 반면, IPFS는 파일에 포함된 내용을 기준으로 파일의 주소를 식별한다.

컨텐츠 식별자가 해시값이기 때문에, 원본 컨텐츠가 1bit라도 변경되면 완전히 새로운 값을 가지게 되는데, 매번 컨텐츠가 업데이트될 때마다 링크가 변경되는 것은 비효율적이며, 이는 IPNS(InterPlanetary Name System), MFS(Mutable File System), DNSLink 등을 통해 보완이 가능하다.

Participation

IPFS는 소유와 참여를 기반으로 동작하며, 많은 사람이 서로의 파일을 소유하고 사용 가능하게 만드는데 초점을 두기 때문에, 사람들이 적극적으로 참여한다는 가정하에만 정상 작동한다.

오늘날의 웹(www)은 소유권과 액세스를 기반으로 구성되어 있어서, 파일을 소유한 사람이 액세스 권한을 부여하기로 한 경우메나 파일을 받을 수 있다.

동작 방식

  1. 컨텐츠 어드레싱(Content-addressing)을 통한 고유 식별

    IPFS는 파일의 내용을 해시화하여 컨텐츠 식별자(CID)를 생성한다. 하지만, 이러한 시스템의 기본 데이터 구조는 상호 운용 가능하지 않고 서로 연동되지 못하기도 하는데, 이를 해결하기 위해 IPLD라는 프로젝트가 시작되었다.

    • IPLD: a data model of the content-addressable web, for interoperable protocols. 해시 연결 데이터 구조 사이를 변환하여 분산 시스템 전반에 걸쳐 데이터를 통합할 수 있도록 한다.

  2. 방향성 비순환 그래프(DAG)를 통한 컨텐츠 연결

    IPFS는 디렉터리와 파일을 나타내는 것에 최적화된 Merkle DAG를 사용하는데, 이때 다양한 방법으로 Merkle DAG를 구성할 수 있다. (Git은 그 안에 여러 가지 버전을 가진 Merkle DAG를 사용한다.)

    컨텐츠를 하나의 Merkle DAG로 만들기 위해서는 먼저 컨텐츠를 블록 단위로 분할하며, 두 개의 유사한 파일이 있는 경우 Merkle DAG의 일부를 공유할 수 있게 된다. 즉, 다른 Merkle DAG의 일부가 동일한 데이터 하위 집합을 참조할 수 있다. 이렇게 하면 매번 완전히 새로운 파일을 만드는 대신 새롭거나 변경된 부분만 전송받을 수 있다. (BitTorrent처럼)

    Merkle DAG에서 모든 것(폴더 자체, 폴더 내 파일들, 해당 파일 블록)은 CID가 있다. 요약하면, IPFS는 컨텐츠에 CID를 부여하고 Merkle DAG를 통해 해당 컨텐츠를 함께 연결할 수 있다.

  3. 분산 해시 테이블(DHT)을 통한 컨텐츠 검색

    어떤 peer가 컨텐츠를 호스팅하고 있는지 탐색하기 위해 IPFS는 DHT를 사용한다. 컨텐츠를 탐색하기 위해서는 peer들에게 질의를 하게 되며, IPFS는 DHT를 제공하고 서로 연결하고 소통하는 peer를 처리하기 위해 libp2p라는 프로젝트를 제공한다.

    검색을 위해서는 총 2번의 쿼리가 필요하다.

    1. 피어의 현재 위치 찾기
    2. 컨텐츠 내용 찾기

    다른 peer에게 블록을 요청하고 블록을 보내기 위해서는 Bitswap이라는 모듈을 사용한다. Bitswap을 사용하면 원하는 컨텐츠를 가지고 있는 peer에 연결하고 원하는 목록(관심 있는 모든 블록 목록)을 보내고 요청한 블록을 받을 수 있다. 요청한 블록이 도착하면 컨텐츠를 해시하여 CID를 얻고 이를 요청한 CID와 비교함으로써 정확한 데이터를 받았는지 검증할 수 있다.

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