پروتکل IPFS چیست؟ آشنایی با سیستم فایل بین سیاره‌ای

پروتکل IPFS یا سیستم فایل بین‌سیاره‌ای (Interplanetary File System) یک پروتکل غیرمتمرکز برای ذخیره‌سازی و دسترسی به داده‌ها است که با استفاده از آدرس‌دهی محتوا‌محور به جای روش سنتی مکان‌محور، بنیان وب را دگرگون می‌کند. در این مقاله، نحوه کارکرد IPFS، مزایای آن مانند مقاومت در برابر سانسور و دسترسی سریع‌تر به محتوا و چگونگی پیاده‌سازی و استفاده از این فناوری جدید را بررسی خواهیم کرد.

پروتکل IPFS چیست؟

پروتکل IPFS، مخفف عبارت «سیستم فایل بین سیاره‌ای» (Interplanetary File System)، یک سیستم اشتراک فایل همتا به همتا (Peer-to-Peer) و غیرمتمرکز است. برخلاف سیستم رایج اینترنت (HTTP/HTTPS)، پروتکل IPFS یک پروتکل اینترنتی است که به افراد این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به یک سرور متمرکز، به محتوا دسترسی پیدا کنند. محتوای IPFS در چندین مکان، به‌نام گره یا نود (nodes)، در اینترنت توزیع و تکرار می‌شود.

ویژگی اصلی IPFS غیرمتمرکز بودن است. به این معنی که محتوای مبتنی بر IPFS مانند وب‌سایت‌ها و داده‌ها در یک مکان واحد مانند مزرعه سرورها یا مراکز داده میزبانی نمی‌شوند. پروتکل IPFS تجربه‌ای مشابه به وب با استفاده از HTTP/HTTPS را فراهم می‌کند، اما با زمان پاسخ سریع‌تر و قابلیت اطمینان بیشتر. همچنین، قدرت و کنترل اینترنت را از دست شرکت‌های بزرگ فناوری خارج می‌کند.

این گره‌ها توسط کاربران در کامپیوترهای خود ایجاد و نگهداری می‌شوند. این کاربران می‌توانند داوطلبانی باشند که محتوای خود را به‌طور رایگان میزبانی می‌کنند، یا کاربرانی که برای میزبانی محتوا از طریق ارز دیجیتال فایل کوین پاداش می‌گیرند.

بیشتر بخوانید: فایل کوین چیست

پروتکل IPFS چگونه کار می‌کند؟

پروتکل IPFS به محتوای دیجیتال این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به یک دایرکتوری متمرکز قابل دسترسی باشد. برخلاف HTTP و سیستم DNS که بر اساس مکان ذخیره‌سازی محتوا جستجو می‌کنند، این پروتکل به جای مکان، بر اساس ماهیت محتوا عمل می‌کند. به عبارت دیگر، درخواست محتوا در IPFS به‌جای جستجو در مکان مشخص، بر اساس نوع داده انجام می‌شود.

وقتی کسی محتوایی را از طریق پروتکل IPFS منتشر می‌کند، ابتدا این محتوا در کامپیوتر شخصی او ذخیره می‌شود و کامپیوتر به یک نود تبدیل می‌شود. وقتی کاربر دیگری بخواهد به این محتوا دسترسی پیدا کند، سیستم IPFS محل ذخیره‌سازی آن را شناسایی کرده و محتوا را از آن مکان دریافت می‌کند. اگر کاربر دوم نیز یک نود باشد، محتوا می‌تواند هم در کامپیوتر اول و هم در کامپیوتر دوم ذخیره شود.

نودها به‌طور مداوم به دلایل مختلف اضافه یا حذف می‌شوند، بنابراین منبع محتوای خاص ثابت نمی‌ماند. برای هر قطعه محتوا، پروتکل IPFS یک شناسه منحصر به فرد به نام CID ایجاد می‌کند که از طریق هش کردن محتوا تولید می‌شود. این شناسه مکان‌های مختلف محتوا را ردیابی کرده و در صورت تغییر یا حذف محتوا از نود، جدول مکان‌ها به‌روز می‌شود.

بیشتر بخوانید: تابع هش و هشینگ چیست

اگر یک CID به چند نود اشاره کند، IPFS نودی را که سریع‌ترین دسترسی را به محتوا فراهم می‌کند (معمولاً نزدیک‌ترین نود از نظر جغرافیایی) انتخاب کرده و درخواست کاربر را به آن نود هدایت می‌کند. همچنین CID به عنوان ابزاری برای بررسی کیفیت محتوا عمل می‌کند؛ اگر داده‌ها تغییر کنند یا خراب شوند، CID نیز تغییر خواهد کرد و در این صورت، اگر CID ذخیره‌شده با CID درخواستی مطابقت نداشته باشد، نشان‌دهنده تغییر داده‌هاست.

آیا پروتکل IPFS یک بلاک چین است؟

در حالی که IPFS و بلاک چین هر دو فناوری‌های غیرمتمرکز هستند، اما اهداف متفاوتی دارند، ویژگی‌های خاص خود را دارند و برای کاربردهای مختلفی طراحی شده‌اند.

پروتکل IPFS تمرکز خود را بر ایجاد یک شبکه جهانی و غیرمتمرکز برای ذخیره‌سازی و اشتراک‌گذاری فایل‌ها گذاشته است. هدف آن بهبود کارایی پروتکل‌های وب سنتی است؛ به‌طوری که فایل‌ها در مکان‌های مختلف ذخیره می‌شوند و این امر باعث می‌شود که در برابر سانسور و از دست رفتن اطلاعات مقاوم باشند.

از طرف دیگر، بلاک چین عمدتاً به‌عنوان یک دفتر کل غیرمتمرکز عمل می‌کند که تراکنش‌ها یا داده‌ها را به‌صورت شفاف و امن ثبت می‌کند. بلاک چین برای اطمینان از یکپارچگی و امنیت داده‌ها از مکانیسم‌های اجماع و الگوریتم‌های رمزنگاری استفاده می‌کند. بلاک چین معمولاً برای اپلیکیشن‌های غیرمتمرکز استفاده می‌شود و شامل ارزهای دیجیتال، قراردادهای هوشمند و امور مالی غیرمتمرکز (DeFi) است.

بیشتر بخوانید:‌ بلاک چین چیست

در حالی که IPFS می‌تواند به همراه فناوری بلاک چین استفاده شود، هرکدام هدف متفاوتی دارند. IPFS یک سیستم ذخیره‌سازی و توزیع غیرمتمرکز فراهم می‌کند، در حالی که بلاک چین یک روش غیرمتمرکز و شفاف برای ثبت و تأیید تراکنش‌ها یا داده‌ها ارائه می‌دهد.

مشکلات متمرکز بودن اینترنت

متمرکز بودن اغلب به سلطه شرکت‌های بزرگ منجر می‌شود که دسترسی به اطلاعات و توزیع خدمات را کنترل می‌کنند. این وضعیت می‌تواند مشکلات متعددی از جمله موارد زیر را در پی داشته باشد:

• سانسور: نهادهای متمرکز این قدرت را دارند تا اطلاعاتی را که نامناسب یا مضر می‌دانند سانسور کنند و این می‌تواند آزادی بیان و دسترسی به اطلاعات را محدود کند.
• نقطه شکست واحد: وقتی سیستمی متمرکز است، در برابر یک نقطه شکست واحد آسیب‌پذیر می‌شود. اگر نهاد متمرکز دچار مشکل شود، کل سیستم نیز ممکن است دچار مشکل شود و اختلالات وسیعی ایجاد کند.
• نوآوری محدود: نهادهای متمرکز معمولاً انحصار اطلاعات و منابع را در دست دارند که می‌تواند رقابت را سرکوب و نوآوری را محدود کند.
• مشکلات حریم خصوصی: زمانی که داده‌ها در یک مکان متمرکز ذخیره می‌شوند، بیشتر در معرض هک و نقض امنیت قرار دارند و می‌تواند حریم خصوصی و امنیت کاربران را به خطر بیندازد.

این مشکلات با رشد اینترنت و افزایش وابستگی به فناوری در زندگی روزمره ما بیشتر نمایان شده‌اند. غیرمتمرکز شدن، از جمله از طریق استفاده از پروتکل‌هایی مانند IPFS، می‌تواند به حل این مشکلات کمک کند و سیستمی باز، شفاف و مقاوم‌تر ایجاد کند.

مزایای پروتکل IPFS

پروتکل IPFS کاربردهای مختلفی دارد، از ارائه محتوا به صورت جهانی و ذخیره‌سازی امن فایل‌ها گرفته تا تسهیل اشتراک‌گذاری کارآمد فایل‌ها. این پروتکل می‌تواند به عنوان یک سیستم فایل تکمیلی برای بلاک چین‌های عمومی و سیستم‌های همتا به همتا عمل کند.

بیشتر بخوانید: شبکه همتا به همتا چیست

بهبود مقیاس‌پذیری برنامه‌های غیرمتمرکز

IPFS با فراهم کردن راهکارهای ذخیره‌سازی امن و مقرون به صرفه، می‌تواند مقیاس‌پذیری برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps) روی پلتفرم‌هایی مانند اتریوم را افزایش دهد. با این قابلیت، عملکرد کلی این پلتفرم‌ها بهبود پیدا کرده و هزینه‌های ذخیره‌سازی کاهش می‌یابد.

بیشتر بخوانید: مقیاس پذیری چیست

ذخیره‌سازی داده توکن‌های غیرقابل تعویض (NFT)

IPFS به همراه فایل کوین (Filecoin) راهکارهای جدیدی برای ذخیره‌سازی داده ایجاد می‌کند که می‌تواند به توسعه و ذخیره‌سازی داده توکن‌های غیرقابل تعویض (NFT) نیز کمک کند. این ترکیب به ایجاد سوابق داده‌ای امن و شفاف برای NFT ها کمک می‌کند که برای بازارهای دیجیتال بسیار حیاتی است.

بیشتر بخوانید: NFT چیست

ارائه محتوا به صورت جهانی

پروتکل IPFS به عنوان یک سیستم فایل توزیع‌شده، محتوا را از طریق شبکه‌ای از نودها ارائه می‌دهد. این ویژگی به کاربران امکان می‌دهد تا از هر نقطه از جهان به محتوا دسترسی پیدا کنند و از آن برای ذخیره‌سازی و اشتراک‌گذاری داده‌ها استفاده کنند، در حالی که امنیت و دسترس‌پذیری محتوا حفظ می‌شود.

معایب و چالش‌های پروتکل IPFS

با وجود ویژگی‌های جذاب و نویدبخش پروتکل IPFS، این فناوری با چندین چالش و محدودیت روبرو است که ممکن است سرعت فرآیند پذیرش و استفاده از آن را کم کند. در ادامه به بررسی برخی از مهم‌ترین معایب این سیستم می‌پردازیم.

پذیرش کند پروتکل IPFS

یکی از بزرگ‌ترین مشکلات IPFS، پذیرش آن است. با وجود ویژگی‌های امیدوارکننده‌اش، پذیرش گسترده این فناوری نسبت به پروتکل‌های وب سنتی کندتر است. برای غلبه بر این چالش، لازم است که آگاهی مردم افزایش یابد، نگرانی‌های کاربران برطرف شود و ابزارها و منابع کارآمدی برای تسهیل انتقال به IPFS فراهم شود. دستیابی به پذیرش گسترده‌تر نیازمند تغییرات اساسی در نحوه دسترسی و توزیع اطلاعات است که ممکن است زمان‌بر باشد.

چالش‌های هم‌پوشانی با پروتکل‌های موجود

یکی دیگر از چالش‌ها، مساله هم‌پوشانی است. در حالی که پروتکل IPFS قصد دارد جایگزین HTTP شود، لازم است که با پروتکل‌های موجود وب ادغام شود تا تعامل بدون مشکلی فراهم شود. این ادغام ممکن است نیازمند تغییرات زیادی در زیرساخت‌های فعلی وب باشد.

نگرانی‌های امنیتی

امنیت همواره یکی از نگرانی‌های اصلی برای هر فناوری است و پروتکل IPFS نیز از این قاعده مستثنی نیست. در حالی که IPFS از آدرس‌دهی محتوا و رمزنگاری برای حفاظت از داده‌های ذخیره‌شده در شبکه استفاده می‌کند، ممکن است هنوز آسیب‌پذیری‌ها و خطرات امنیتی بالقوه‌ای وجود داشته باشد که باید به آن‌ها توجه شود. تلاش‌های مستمر در جهت تقویت امنیت و کاهش تهدیدات احتمالی، برای حفظ یکپارچگی و محرمانگی داده‌های کاربران در شبکه IPFS ضروری است.

چالش در به‌روزرسانی

هرچند که طبیعت غیرمتمرکز و توزیع‌شده IPFS مزایای زیادی از نظر امنیت و حریم خصوصی دارد، اما به‌روزرسانی آن چالش‌برانگیزتر است. به دلیل عدم امکان انجام تغییرات داخلی، پروتکل IPFS نیازمند انتشار منظم و سیستماتیک نسخه‌های جدید برای گنجاندن به‌روزرسانی‌ها است. این امر می‌تواند فرآیند به‌روزرسانی را پیچیده‌تر کند.

با ترویج پذیرش، تضمین هم‌پوشانی، ایجاد انگیزه‌های مؤثر و بهبود امنیت، پروتکل ذخیره‌سازی فایل توزیع‌شده IPFS می‌تواند بر این موانع غلبه کرده و پتانسیل خود را به‌عنوان یک فناوری تحول‌آفرین در مدیریت فایل‌های غیرمتمرکز و مقاوم تحقق بخشد.

آیا پروتکل IPFS قابل ردگیری است؟

هر نود در این شبکه دارای یک شناسه عمومی به نام PeerID است که می‌توان از طریق جستجو در جدول هش توزیع‌شده (DHT)، آدرس IP مربوط به آن را در طول زمان رهگیری کرد.

ترافیک بین نودهای IPFS رمزگذاری شده است، اما متادیتاهای کلیدی که نودها در DHT منتشر می‌کنند، از جمله شناسه‌های یکتای نودها (PeerIDs) و شناسه‌های محتوای (CIDs) داده‌هایی که ارائه می‌دهند، عمومی هستند و می‌توان آن‌ها را ردگیری کرد.

از آنجایی که IPFS یک سیستم باز است، هر فردی می‌تواند به این داده‌ها دسترسی داشته باشد. بنابراین، اگرچه محتوا رمزگذاری شده است، اما اطلاعات مرتبط با نودهای شبکه و داده‌هایی که آن‌ها ارائه می‌دهند، قابل مشاهده و رهگیری هستند.

تفاوت پروتکل IPFS با HTTP

HTTP در اوایل توسعه اینترنت طراحی شد و برای محیط‌های کوچکی که دارای ذخیره‌سازی متمرکز، مسیرهای شبکه محدود و فایل‌های کوچک بودند، بهینه‌سازی شده بود. با رشد چشمگیر اینترنت، HTTP با چالش‌های بیشتری مواجه شده است.

برخی معتقدند که شبکه‌های P۲P مانند پروتکل IPFS می‌توانند پایه‌ای برای نسل بعدی اینترنت باشند. طرفداران IPFS چندین مزیت اصلی زیر را نسبت به HTTP/HTTPS مطرح می‌کنند:

عملکرد

از آنجایی که محتوا در یک مکان متمرکز ذخیره نمی‌شود، پروتکل IPFS از مشکلات محدودیت پهنای باند و گلوگاه‌هایی که در HTTP در شرایط تقاضای بالا ایجاد می‌شود، جلوگیری می‌کند. پروتکل IPFS می‌تواند از چندین منبع به درخواست‌های محتوا پاسخ دهد و ترافیک را در مسیرهای مختلف توزیع کند که در برخی شرایط، زمان پاسخ را بهبود می‌بخشد.

مقاومت در برابر خرابی

در HTTP معمولاً یک نسخه از محتوا در یک مکان ذخیره می‌شود که آن را در برابر قطعی‌ها یا خرابی داده‌ها آسیب‌پذیر می‌کند. پروتکل IPFS با ذخیره چندین نسخه از محتوا در مکان‌های مختلف، این خطرات را از بین می‌برد.

دسترسی‌پذیری

پروتکل IPFS تقریباً در برابر سانسور مقاوم است. ذخیره محتوا در مکان‌های متعدد که به‌طور مداوم تغییر می‌کنند، مسدود کردن آن را برای دولت‌ها یا شرکت‌ها بسیار دشوار یا حتی غیرممکن می‌کند. این ویژگی، نوعی بایگانی جمعی ایجاد می‌کند که مانع از حذف دائمی محتوا می‌شود.

در مقابل، طرفداران HTTP/HTTPS به این نکته اشاره می‌کنند که IPFS هنوز کاملاً آزمایش نشده و دارای برخی ضعف‌های قابل‌توجه است که باید برطرف شوند:

• از آنجایی که محتوا در مکان‌های مختلف ذخیره می‌شود، حذف اطلاعاتی که دولت‌ها یا نهادهای قضایی آن را غیرقانونی یا نامطلوب می‌دانند (مانند محتوای تروریستی یا قاچاق انسان) دشوار است.
• در حال حاضر IPFS محیط امنی برای ذخیره داده‌های شخصی محسوب نمی‌شود. این مسئله برای سازمان‌های مالی، بخش سلامت، دولت‌ها و هر نهادی که اطلاعات شخصی کاربران را ذخیره می‌کند، یک چالش جدی است.
• تمرکز پروتکل IPFS بر ذخیره و بازیابی فایل‌هاست، بنابراین فقط از برنامه‌های وب ساده که به‌صورت محلی اجرا می‌شوند، پشتیبانی می‌کند و هنوز ساختار لازم برای اجرای برنامه‌های پیچیده‌ای که نیاز به تعامل با سیستم‌های بک‌اند دارند، فراهم نشده است.
• رشد پروتکل IPFS به میزان مشارکت داوطلبانه کاربران بستگی دارد، زیرا این فناوری به افرادی نیاز دارد که کامپیوترهای خود را در اختیار شبکه قرار دهند.
• اجرای یک نود در IPFS حریم خصوصی را کاهش می‌دهد، زیرا دیگران می‌توانند ببینند که چه سایت‌هایی را میزبانی یا درخواست می‌کنید.
• اجرای یک نود باعث افزایش ترافیک شبکه در کامپیوتر میزبان می‌شود که بخشی از پهنای باند کاربر را مصرف می‌کند.

آموزش پروتکل IPFS

در مرحله اول، باید IPFS را روی سیستم خود نصب کنیم، پس مراحل زیر را دنبال می‌کنیم:

نصب و راه‌اندازی پروتکل IPFS

• دانلود IPFS:
  برای دریافت IPFS، به وب‌سایت رسمی آن (ipfs.io) مراجعه کنید:
• نصب IPFS:
  IPFS را بر اساس سیستم‌عامل خود نصب کنید.

• راه‌اندازی اولیه IPFS:
  پس از نصب، برای مقداردهی اولیه IPFS، دستور زیر را در ترمینال یا خط فرمان اجرا کنید:

ipfs init

این دستور یک فایل پیکربندی و یک شناسه همتا (Peer ID) منحصربه‌فرد ایجاد کرده که نود شما را در شبکه IPFS مشخص می‌کند.

• اجرای IPFS Daemon:
  برای راه‌اندازی و اجرای سرویس IPFS، دستور زیر را اجرا کنید:

ipfs daemon

مروری بر دستورات IPFS

• ipfs init: مقداردهی اولیه IPFS و ایجاد فایل پیکربندی و شناسه همتا
• ipfs daemon: راه‌اندازی IPFS daemon
• <ipfs add <file: افزودن یک فایل به شبکه IPFS
• <ipfs cat <hash: دریافت محتوای یک فایل با استفاده از هش مربوطه
• <ipfs pin add <hash: پین کردن فایل برای اطمینان از ذخیره دائمی آن در شبکه IPFS
• ipfs pin ls: نمایش لیست فایل‌های پین شده
• ipfs swarm peers: نمایش لیست همتایان (Peers) متصل به نود شما در شبکه IPFS

برای مشاهده لیست کامل دستورات CLI در این نرم افزار می‌توانید به وبسایت رسمی پروژه (docs.ipfs.io) مراجعه کنید.

نحوه افزودن و بازیابی فایل‌ها در پروتکل IPFS

1. افزودن یک فایل به شبکه IPFS:
   از دستور زیر استفاده کنید: <ipfs add <file این دستور یک هش منحصربه‌فرد ایجاد می‌کند که فایل را در شبکه IPFS شناسایی می‌کند.
2. بازیابی محتوای یک فایل از طریق هش:
   از دستور زیر استفاده کنید: <ipfs cat <hash این دستور محتوای فایل مربوطه را نمایش می‌دهد.
3. پین کردن یک فایل برای ذخیره دائمی در شبکه IPFS:
   برای اطمینان از اینکه فایل به‌صورت دائمی ذخیره می‌شود، دستور زیر را اجرا کنید: <ipfs pin add <hash
4. نمایش لیست فایل‌های پین شده:
   برای مشاهده فایل‌هایی که در نود شما پین شده‌اند، دستور زیر را اجرا کنید: ipfs pin ls

آینده پروتکل IPFS

جامعه IPFS به‌طور فعال در حال کار بر روی بهبود مقیاس‌پذیری و عملکرد این فناوری است. همچنین، توسعه رابط‌ها و ابزارهای کاربرپسندتر برای دسترسی آسان‌تر کاربران عادی به پروتکل IPFS از دیگر اهداف این جامعه محسوب می‌شود. علاوه بر این، برنامه‌هایی برای تشویق توسعه‌دهندگان به پذیرش و حمایت از این فناوری در حال اجرا است که شامل برگزاری هکاتون‌ها (Hackathon)، ایجاد جوامع توسعه‌دهندگان و ارائه منابع آموزشی می‌شود.

به‌طور کلی، پروتکل IPFS رویکردی نویدبخش برای ذخیره‌سازی و اشتراک‌گذاری فایل‌ها در یک شبکه غیرمتمرکز همتا به همتا ارائه می‌دهد. با ادامه تحول اینترنت و چالش‌های پیش‌روی آن، IPFS می‌تواند نقشی کلیدی در ایجاد یک وب مقاوم‌تر، غیرمتمرکز و مقاوم در برابر سانسور ایفا کند.

جمع‌بندی

شبکه اشتراک فایل همتا به همتای IPFS در سال ۲۰۱۴ معرفی شد و از آن زمان تاکنون به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود محبوبیت زیادی پیدا کرده است. این پروتکل جایگزینی برای معماری سنتی کلاینت-سرور ارائه می‌دهد و توانسته است با بهبود مقیاس‌پذیری برنامه‌های غیرمتمرکز، تأثیر قابل‌توجهی در حوزه ارزهای دیجیتال بگذارد.

همچنین، پروتکل IPFS در صنایع مختلفی از جمله امور مالی و رسانه مورد توجه قرار گرفته است. طبیعت غیرمتمرکز و سیستم آدرس‌دهی محتوای آن، این پروتکل را به یکی از عناصر کلیدی در آینده فناوری وب تبدیل کرده است. پروتکل IPFS پتانسیل بالایی برای تغییر نحوه ذخیره‌سازی، اشتراک‌گذاری و دسترسی به اطلاعات در اینترنت دارد. با ادامه پیشرفت این فناوری، می‌توان انتظار داشت که در آینده شاهد توسعه و پذیرش گسترده‌تری از آن باشیم.