去中心化存储：下一代互联网新基建的重要支撑

随着万物互联的快速发展，各行各业都在逐步实现全面数字化转型。 预计到 2025 年，全球平均数据生成量将超过 460 EB/天。 数据量的激增给当前的存储方案带来了诸多挑战，改进数据存储方案迫在眉睫。 存储能否承受大数据的爆发式增长？ 是否存在更好的解决方案？ 因此，去中心化存储在区块链的众多落地应用中脱颖而出。

当前，去中心化的分布式存储已经成为对传统云存储的颠覆，可能引发数据分布和存储的革命。 许多企业已经开始提供去中心化存储产品，其中许多使用区块链技术来改善存储操作和交易。

分布式存储

分布式存储没有明确的定义，但有一点是共识的——分布式存储就是将数据分散在多个节点上，节点之间通过网络互连提供存储服务。

这也是与传统中心化存储的关键区别，传统中心化存储采用数据中心化存储的方式。 传统的网络存储系统采用集中式存储服务器来存储所有数据。 存储服务器成为系统性能的瓶颈，也是单点故障（可靠性）和拒绝服务攻击DoS（安全性）的重点，无法满足大规模存储应用的需求。 .

分布式存储系统采用可扩展的系统结构，采用多台存储服务器分担存储负载，不仅提高了系统的可靠性、可用性和访问效率，而且便于扩展。 同时，可以将这些分散的存储设备构建成一个庞大的虚拟存储池，供上层应用使用。 市面上很多集群存储、并行存储、云存储等其实都是基于分布式架构的，只是厂商叫法不一样而已。 近年来，这种分布式存储系统（通常称为云存储）正在逐步取代传统的存储架构，尤其是在非结构化数据存储领域。

块存储、文件存储和对象存储

为了满足不同的应用场景和访问需求，分布式存储系统往往分为块存储、文件存储和对象存储三种接口形式。 当然，分布式存储系统也可以同时提供这三种形式的服务。 比如Ceph就是支持这三种接口的统一存储。

(1)块存储可以看做是提供裸硬盘的服务。 顶多是将底层的物理硬盘封装起来以太坊pos导致中心化，以逻辑卷的形式呈现给上层应用，也就是在硬盘分区上加一层逻辑卷。

块存储最明显的特点就是不能被操作系统直接读写。 操作系统还需要对挂载的裸硬盘进行分区，并格式化成指定的文件系统（Ext3、Ext4、NTFS等），才可以访问。 块存储可以理解为硬盘，IO读写速度快，但不利于扩展和共享。 典型的分布式块存储有Sheepdog、Open-Stack Cinder、CephRDB、AWSEBS、青云的云硬盘、阿里云的盘古系统等。

(2)文件存储是我们最熟悉的存储方式，即文件系统存储，主要操作对象是文件和文件夹。 Ext3、Ext4、NTFS为本地文件存储； NFS、CIFS是网络文件存储（NAS存储），通常支持POSIX访问接口。

分布式文件存储与传统文件系统（如Ext4）属于同一类型，不同的是分布式存储提供了并行化能力。 常见的分布式文件存储系统有Glusterfs、FastDFS、CephFS等，GFS、HDFS等，放宽POSIX接口的也归为分布式文件存储。

(3)对象存储可以理解为将一个文件分解成一个个的对象进行存储。 简单地说，一段元数据将附加到存储的文件中。 查询时，查找元数据并找到文件。

块存储读写速度快，不利于共享； 文件存储读写慢，有利于共享。 对象存储是一种折衷技术，平衡了块存储和文件存储的优缺点。 常见的对象存储有CephRADOS、OpenStackSwift、AWSS3等，即key-value存储，其访问接口基本为RestfulAPI，即简单的GET、PUT、DEL等扩展命令。

综上所述，块存储是最接近存储介质的接口，文件存储和对象存储都是对块存储的封装。 可以简单地认为对象存储是没有层次结构的文件存储（或者说文件存储是由对象存储进一步封装而成的）。 对象存储和文件存储最本质的区别是文件存储的文件组织方式是目录树，而对象存储采用扁平的键值对组织方式，所以对象存储一般不支持追加写入和更新。 是一个读多写少的应用场景。

IPFS，去中心化分布式存储

如今，分布式存储已经成为市场的主流。 但是，分布式存储其实是一个很大的概念，包括中心化和去中心化两种形式。 上面提到的分布式存储基本上是集中式的，即这种存储系统一般有一个（或几个）是中央管理节点。

不过去中心化存储还是一个新名词，它只是分布式存储的一种形式，两者是包容的：去中心化存储一定是分布式存储，但分布式存储不一定是去中心化存储。

网络越来越成为人们生活和工作的必需品，人们对网络的依赖程度也越来越高，但随之而来的是网络上的个人信息频频泄露。 网络数据泄露很大一部分是因为数据集中存储，这也是集中存储方式的弊端——使得网络数据泄露不可控，无论是被内部人员泄露，还是被黑客窃取。

网络安全和隐私保护越来越受到全社会的重视。 区块链技术下去中心化存储的发展，完美解决了网络安全和隐私保护的痛点。 近年来，人们逐渐意识到去中心化存储的必要性，这也增加了去中心化存储的需求——去中心化存储逐渐站在区块链和网络安全技术发展的风口浪尖。

IPFS是ProtocolLab于2015年开发的一种去中心化的分布式存储系统协议，用于分发和存储各种数据类型的资源。 其阶段性目标之一是取代HTTP成为Web 3.0时代的底层（应用层）网络协议。

它的优势是显而易见的。 首先，权力下放。 IPFS正好可以提供一个扁平化、开放式的网络存储环境，没有人是统治者，人人平等。 数据可以存储在全球任何一个网络的存储空间中，任何一个节点都是数据源，任何人都可以租用。 其次，它具有成本效益。 数据爆炸已经是这个时代的现实。 分析和挖掘大数据的价值以太坊pos导致中心化，必然需要成本。 与传统的中心化存储或中心化云存储相比，IPFS的存储成本更低。 三是安全性高。 传统存储不可避免的缺点是安全系数极低。 一旦数据节点损坏，短时间内无法恢复大量数据，并且由于数据中心节点数量少，会出现延迟、网络不稳定等问题。 这也是各大云服务商投入大量资金建设数据中心的原因。 ，优化网络的原因。 但是，IPFS 不存在这些问题。 数据先经过一个相对安全且唯一的哈希值加密，然后进行分割。 它分布并存储在多个节点中。 只有拥有私钥的数据拥有者才能将所有部分组合起来得到完整的数据。 因为存储节点很多，一旦一个节点出现故障，数据恢复也很快。 集中式分布式云存储一直是黑客攻击的目标，仍然面临着严重的安全威胁。 去中心化存储 IPFS 具有与生俱来的安全属性——因为没有中央管理节点，自然无法对特定目标发起 DDoS 攻击。

在全球范围内，微软、谷歌、以太坊、Netflix、Apollo Project Archives等众多机构，阿里云、腾讯云、华为、浪潮等云服务商，以及众多下游应用服务商构成了整个产业链。 虽然去中心化存储IPFS还处于起步和探索阶段，但已有众多IPFS分布式存储应用项目落地，拥有庞大的技术和产业生态。

随着IPFS分布式存储的技术发展和广泛应用，我国多个部门纷纷支持或推荐IPFS，甚至国两会也提到要大力发展IPFS分布式存储。 2019年4月，工信部成立IPFS专业委员会； 2020年11月，国家广电总局在技术应用白皮书中专门提到IPFS分布式存储技术的章节； 2021年，IPFS分布式存储技术将得到更多重量级科研机构的认可和参与，众多机构参与IPFS的研发和应用：人民网宣布采用IPFS技术； 中国产业发展研究院成立IPFS分布式存储研究中心； 中国科学院成立IPFS分布式存储联合实验室； 研究院联合成立了5G新基建IPFS创新研究组等。

随着云计算、大数据、5G、人工智能等技术的应用，海量数据成为新基建的基础。 从集中式到分布式，从集中式到分散式，数据存储技术的演进是为了适应越来越复杂的应用场景，满足越来越高的应用需求。 IPFS作为一种突破性的去中心化分布式存储技术，可以很好地解决当前互联网数据存储的安全、高效、低成本等问题，未来有可能成为Web3.0强大的核心技术。