📝 IPFS 간단 정리

🔍 IPFS란

InterPlanetary File System 의 약자로 분산형 파일 시스템에 데이터를 저장하고 공유하기 위한 프로토콜.
탈중앙화 웹을 지향하며 데이터를 해시값(CID)으로 암호화하여 저장, 이를 P2P 네트워크에 참여한 여러 노드들에 나눠 저장한다.

🚀 기술의 특징과 목표

IPFS는 World Wide Web HTTP 프로토콜 을 대체하기 위한 분산형 파일 시스템에 데이터를 저장하는 인터넷 공유 프로토콜이다.
기존 웹의 중앙화된 서버와 주소 기반 탐색으로 발생하는 여러 문제를 해결 가능하다.

탈중앙화

• HTTP 프로토콜 기반의 Web은 소수의 서버에 많은 정보를 저장하고 배포하기에 정보의 중앙화가 발생한다.
  때문에 많은 정보를 배포하는 서버가 공격 받으면 이와 연결된 수많은 노드들이 정보를 송수신받지 못하기에 구조적으로 취약하다.
• IPFS는 P2P 네트워크로 한 컨텐츠의 해시를 분산시켜 여러 노드가 가지고 있기에 소수의 노드에 의존하지 않는다.

컨텐츠 기반 탐색

• HTTP는 주소 기반 탐색으로 로컬 저장소(서버)에 컨텐츠를 저장하고 저장소의 URL(IP)을 탐색해 컨텐츠를 요청하기에 해당 저장소가 유실된 경우 검색이 불가능하다. (404 Not Found)
• 반면 IPFS는 컨텐츠 기반 탐색으로 컨텐츠 자체를 해싱한 CID를 P2P 네트워크에 참여한 여러 노드들에게 분산시킨 후 이를 탐색하기에 서버와 무관하게 컨텐츠 검색이 가능하다.

🧩 기반 기술

Distributed Hash Tables (DHT)

• DHT란 시스템 내의 각 노드들이 키 셋을 나누어 가지고 있는 분산시스템을 말한다.
• DHT는 크게 keyspace partitioning, overlay network로 구성돼있다.
• 해시 키의 집합들을 DHT 내부의 각 노드들에게 분산시키고(key space partitioning) 엔트리 포인트와 무관하게 내부 라우팅 알고리즘에 따라 DHT 시스템의 네트워크(overlay network)를 탐색하여 키의 위치에 접근한다.

Block Exchanges - BitTorrent

• BitTorrent는 보편적으로 쓰이는 P2P 파일 전송 프로토콜이다.
• 파일을 조각 단위로 나눠 P2P 네트워크에 뿌린 뒤 이를 peer끼리 서로 교환, 클라이언트에서 재조합하는 방식으로 공유한다.
• tit-for-tat 전략으로 P2P 네트워크에 기여하는 peer와 이윤만 취하는 selfish-peer를 구분한다.
• peer들은 random OR rarest-first 방식으로 piece들을 다운로드한다.
• 아래와 같은 요소들로 이루어져 있다.

Piece: 공유하는 파일의 조각 단위, 조각의 크기는 토렌트 생성 시 설정 가능
Seeder: 공유 파일의 모든 조각을 가지고 있는 클라이언트
Leecher: 공유 파일의 일부 조각만 가지고 있는 클라이언트
Peer: P2P 네트워크에 참여한 클라이언트, Seeder와 Leecher의 총칭
Tracker: 파일 공유를 위한 peer들의 정보를 가지고 있는 서버
Swarm: 공유 파일별 Hash 정보와 peer 리스트의 정보 모음, Tracker에 저장됨
Torrent File: 토렌트에 대한 기본 정보를 가지고 있는 메타 파일

Version Control System - Git

• 버전 관리 시스템으로 유명한 git은 분산 친화적 방식의 파일 시스템 트리인 Merkle DAG을 제공한다.
• Merkle DAG이란 Merkle Directed Acyclic Graph의 약자로 머클 트리와 유사하나 중복을 제거하고, tree balance를 맞출 필요가 없으며, non-leaf 노드들도 데이터를 저장한다.
• 해당 자료구조는 IPFS에서 컨텐츠를 CID로 해싱하는데 사용된다.

Self-Certified Filesystems - SFS

• SFS는 분산 파일 시스템이며 통신 및 인증에 대한 암호화를 제공한다.
• 이는 distributed trust chain과 egalitarian shared global namespaces의 구현을 제안한다.
• SFS는 아래와 같은 방식으로 원격 파일 시스템의 주소를 지정한다.

/sfs/<Location>:<HostID>
# Location = 서버의 네트워크 주소
# HostID = hash(public_key || Location)

⚙️ 설계

• IPFS는 DHTs, BitTorrent, Git, SFS와 같은 과거의 성공적인 P2P 시스템 아이디어를 엮어 만든 분산형 파일 시스템이다.
• IPFS는 특정 노드가 특권을 가지지 않는 P2P이며 IPFS의 노드들은 IPFS 개체들을 로컬 저장소에 저장, 노드 간 서로 연결하여 개체를 주고 받을 수 있다.
• IPFS 프로토콜은 다음과 같은 하위 프로토콜 스택으로 나뉜다.
  
  

1. Identities

• 노드의 ID 생성 및 확인을 관리

2. Network

• peer들간 연결과 다양한 기본 네트워크 프로토콜들을 지원

3. Routing

• 특정 peer 및 개체를 찾기 위한 정보를 유지, 관리
• 로컬/원격 쿼리에 모두 응답

4. Exchange

• 효율적인 블록 배포를 관리하는 새로운 블록 교환 프로토콜(BitSwap)을 사용
• 시장 경제로 모델링되어 데이터 복제에 대한 보상이 약함
• Trade Strategy는 변경 가능

5. Objects

• 링크를 지원하는 불변하는 컨텐츠 기반 개체의 Merkle DAG
• Arbitary datastructure(e.g. 파일 계층 및 통신 시스템)를 나타내는데 사용

6. Files

• Git의 영향을 받은 버전 파일 시스템 계층 구조

7. Naming

• 수정 가능한 자체 인증 name 시스템

⛔ 한계

부족한 데이터 수급과 안정성

• 데이터 등록 및 복사와 노드 유지에 대한 인센티브가 적고 이탈에 대한 패널티가 없어 정보가 한정적이며 네트워크가 불안정하다.

검색 불가능

• 많은 사용자가 쉽게 접근할 검색 엔진이 없어 검색 방법이 명확하지 않다.

무규제

• 탈중앙화 네트워크이기에 중앙화된 웹에 비해 효율적인 관리, 감독이 불가능하다.

참고자료

• IPFS 백서
• 김병오, 이일우, 박호진, 분산 해시 테이블 기반 P2P 기술 동향, ETRI, 2006
• https://en.wikipedia.org/wiki/BitTorrent
• https://m.blog.naver.com/manhdh/220038243469
• https://docs.ipfs.tech/concepts/merkle-dag/#further-resources
• https://phemex.com/ko/academy/what-is-ipfs