IPFS 0.5 对内容路由的改进

在四月底，协议实验室发布了最新版的go-ipfs系统：IPFS 0.5。这个版本包含了很多改动，但在诸多改动中对IPFS分布式哈希表（DHT）的改动尤为重要，它极大提升了系统在搜索数据时的性能和稳定性。

在接下来的文章中，我们将详细讲解IPFS0.5版本中DHT的状况及实现方式。

背景：DHT在IPFS中是做什么的？

分布式哈希表DHT是将键映射到值的系统。在IPFS中，DHT是内容路由系统的基本组成部分。它把用户需要找的文件的CID映射到具体存储了该CID所对应文件的节点。

有三种类型的键-值对在映射时需要用到DHT。

-提供者记录：它把数据标识符（即多哈希值multihash）映射到一个声称存储了该数据的节点，并且该节点愿意提供用户该数据。IPFS会用这种映射方式寻找内容，PubSub上的IPNS会用这种方式寻找其它成员。

-IPNS记录：它把一个IPNS键（即一个公钥的哈希值）映射到一个IPNS记录（即一个经过签名和标记了版本的指向某路径如/ipfs/bafyXYZ的指针）。IPNS会用这种映射方式。

-对等节点记录：它将一个对等节点ID（peerID）映射到一系列的多地址（multiaddress），系统可以在这些地址中找到该对等节点。当一个节点存储有某内容，但节点的地址未知时，IPFS会用这种映射方式。手动连接（比如“ipfs swarm connect /p2p/QmXYZ”）也会用这种映射方式。

这三种记录每一种在语义上都有细微区别，但他们都用同一个DHT表进行更新和寻址。在IPFS中，DHT表遵循的协议是Kademlia。

Kademlia概述

Kademlia协议的算法已经比较成熟了，网上可以找到很多关于这方面的资料，包括论文和维基百科。本文将挑选一些重要的基础内容进行介绍。

Kademlia的核心是基于三个系统参数构建DHT表，这三个参数是：

-地址空间：系统中所有的对等节点都可以被唯一标识（在IPFS中，节点的标识符为0到2^256-1中的一个数）。

-地址空间中为对等节点进行排序的依据。它将所有的对等节点从小到大（在IPFS中是用SHA256（PeerID）的计算结果，该计算结果为0到2^256-1中的一个数）进行可视化排序。

-映射。它将一个记录的键进行计算得到其在地址空间中的位置，在该位置可以找到对应的节点（在IPFS中用SHA256(Record Key)的计算结果）。

当有了地址空间和节点排序的依据后，我们就可以在一个经过排序的网络中进行搜索。这时整个系统系统就像一个跳转列表（skip list），列表中节点间的距离为1，2，4，8，16……。我们在搜索列表时所耗费的时间与对数相关（即O(log(N))）。

但与纯粹的跳转列表不同的是，Kademlia不是稳定的，因为节点可以随时加入或离开网络。为了处理这个不稳定性Kademlia节点并不按照1，2，4，8……这样的方式为节点安置链接数，而是给每个节点安置一个固定值K（在IPFS中这个K为20）个链接。比如系统会在65和128之间安置20个链接。

值得注意的是，对参数K的设定不是随意的，而是根据网络发布信息的频率等状况设定的。

系统参数（如K）的设置要最大化保证网络维持联通并且没有数据丢失的状况，同时还要保证查询延迟时间不能太久。这是Kademlia中决定参数设置的两个主要因素。

我是IPFS/Filecoin社区发起人晓熙（加入社区，联系v号： liandaoxixi），IPFS/Filecoin是全球共识最大的去中心化存储项目，我会定期在社区分享专业的资讯，为IPFS/Filecoin爱好者建设一个共赢的学习社区。

参考链接：https://blog.ipfs.io/2020-07-20-dht-deep-dive/

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编译者/作者：FIL社区

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