BitSwap協(xié)議
IPFS節(jié)點(diǎn)之間是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的？本文來講一下這個問題。
IPFS在BitTorrent的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了p2p數(shù)據(jù)交換協(xié)議：BitSwap協(xié)議
IPFS每一個節(jié)點(diǎn)都維護(hù)了兩個列表：
- 已有的數(shù)據(jù)塊（have_list）
- 想要的數(shù)據(jù)塊（want_list）
當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)建立連接后，他們會根據(jù)hava_list和want_list互通有無。跟BitTorrent不一樣的是：BitSwap獲取數(shù)據(jù)塊的時候不限于從同一個torrent里面。也就是說BitSwap可以從不屬于本文件的其他文件獲取數(shù)據(jù)塊(只要數(shù)據(jù)塊的哈希值一樣，數(shù)據(jù)內(nèi)容必然是一樣的)，從全局考慮，這使得BitSwap的效率相比于BitTorrent更高。
我們知道，對于p2p網(wǎng)絡(luò)，有一個很重要的問題是：如何激勵大家分享自己的數(shù)據(jù)？用過迅雷、BitTorrent、emule等p2p軟件的讀者應(yīng)該都知道，如果只下載不上傳的話，很快你的節(jié)點(diǎn)就無法下載數(shù)據(jù)了或者下載數(shù)據(jù)變得很慢。每一個p2p軟件都實(shí)現(xiàn)了自己的數(shù)據(jù)分享策略。IPFS也不例外。
IPFS的策略體系由信用、策略、賬單組成
BitSwap信用體系
BitSwap協(xié)議必須能夠激勵節(jié)點(diǎn)去樂于分享數(shù)據(jù)，即使這個節(jié)點(diǎn)暫時沒有數(shù)據(jù)需求。IPFS根據(jù)節(jié)點(diǎn)的之間的數(shù)據(jù)收發(fā)建立了一個信用體系：有借有還，再借不難。
- 發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以增加信用值
- 從其他節(jié)點(diǎn)接受數(shù)據(jù)降低信用值
如果一個節(jié)點(diǎn)只接收數(shù)據(jù)而不分享數(shù)據(jù)，信用值就會降得很低而被其他節(jié)點(diǎn)忽略掉。簡單來講就是：你樂于分享數(shù)據(jù)，其它節(jié)點(diǎn)也樂于發(fā)送數(shù)據(jù)給你，如果你不愿意分享，那么其它節(jié)點(diǎn)也不愿意給你數(shù)據(jù)。
BitSwap策略
根據(jù)上面的信用體系，BitSwap可以采取不同的策略來實(shí)現(xiàn)，每一種策略都會對系統(tǒng)的整體性能產(chǎn)生不同的影響。策略的目標(biāo)是：
- 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換的整體性能和效率最高
- 阻止“吃白食”(freeloaders)的現(xiàn)象。就是不能夠只下載數(shù)據(jù)不上傳數(shù)據(jù)
- 可以有效的防止一些攻擊行為(比如：女巫攻擊)
- 對信任節(jié)點(diǎn)建立寬松機(jī)制（lenient）
IPFS提供一個可參考的策略機(jī)制（實(shí)際的實(shí)現(xiàn)可以有所變化）：
每個節(jié)點(diǎn)根據(jù)和其他節(jié)點(diǎn)的收發(fā)數(shù)據(jù)，計(jì)算負(fù)債率（debt ratio，r） r = bytes_sent / (bytes_recv + 1) 節(jié)點(diǎn)根據(jù)負(fù)債率計(jì)算出來和這個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送率（P） P (send|r) = 1? 1/(1+exp(6?3r))
根據(jù)這兩個函數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)債率達(dá)到某一個值的時候負(fù)債率會急劇下降。
這個模型表達(dá)的意義：如果一個節(jié)點(diǎn)只接受數(shù)據(jù)不分享數(shù)據(jù)，別人發(fā)送給它數(shù)據(jù)的概率會越來越低（到達(dá)某一個值后就會急劇降低接近0），如果節(jié)點(diǎn)持續(xù)保持分享數(shù)據(jù)，別的節(jié)點(diǎn)向你發(fā)送數(shù)據(jù)的概率就會越來越大。
IPFS的官方論文里面沒有給出來曲線圖（只放了一個空白的圖），小編根據(jù)函數(shù)幫大家把曲線圖畫出來了。（*小編一般是不愿意往文章里面放公式的，霍金說過：一本科普書中，每多一個公式，讀者減少就會一半，但是這兩個公式比較簡單，小編就冒個險(xiǎn) *）
BitSwap賬單
BitSwap節(jié)點(diǎn)會記錄下來和其他節(jié)點(diǎn)通信的賬單（數(shù)據(jù)收發(fā)），可以保持節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)交換的歷史和防止篡改。當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)之間建立連接的時候，BitSwap會相互交換賬單信息，如果賬單不匹配，則清除重新記賬。惡意節(jié)點(diǎn)可能會故意“丟失”賬單，以希望清除掉自己的債務(wù)。其它交互節(jié)點(diǎn)會把這些都記下來，如果總是發(fā)生，節(jié)點(diǎn)就會被拒絕。
BitSwap協(xié)議
IPFS節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換和激勵體系大致就是這些內(nèi)容。有想深入了解的讀者，建議參考一下 BitTorrent協(xié)議，IPFS的p2p協(xié)議大部分都來自于BitTorrent：
https://en.wikipedia.org/wiki/BitTorrent
下次我們主要講一下IPFS節(jié)點(diǎn)是如何找到彼此的？
原文來自于知乎專欄：IPFS指南(IPFS指南）作者：飛向未來
