IPFS (InterPlanetary File System) の技術仕組みとその基本

WEB3.0

IPFS (InterPlanetary File System) は、分散型のファイル共有システムであり、現在のインターネットのあり方を革新する可能性を秘めています。

その名前からも分かるように、惑星間通信にさえ対応できるような設計思想が背景にありますが、基本的にはファイル保存と共有をより効率的で安全、そして検閲耐性のあるものにすることを目指した技術です。

ここでは、初心者でも理解しやすいように IPFS の仕組みや動作原理について詳しく解説します。

IPFS とは何か？

IPFS は、ピアツーピア (P2P) ネットワーク上で動作する分散型のファイルシステムです。

現在のウェブが URL（例: https://example.com）でリソースを探すのに対し、IPFS はハッシュ値（例: QmTzQ1 のようなデータの指紋）を使用してファイルを特定します。

この違いにより、次のような特徴があります：

  • 検閲耐性：中央集権的なサーバーに依存しないため、特定のファイルを削除したりブロックすることが困難です。
  • 効率性：同じデータを持つ複数のノードからダウンロードできるため、帯域幅を効率的に使用できます。
  • 信頼性：ネットワーク内のどこかにデータが存在していればアクセス可能です。

IPFS の基本的な技術仕組み

IPFS のコアとなる技術は以下の通りです。

コンテンツアドレス指定

従来のインターネットでは、データの位置（例: サーバーの場所やドメイン）を指定する ロケーションアドレス指定 が主流です。

一方、IPFS ではデータ自体を特定する コンテンツアドレス指定 を採用しています。

  • ハッシュ： IPFS では、アップロードされたデータは暗号学的ハッシュ関数を使って処理されます。その結果として得られる一意のハッシュ値（CID: コンテンツ ID）がデータのアドレスになります。例：テキストファイル “Hello, IPFS!” を IPFS に保存すると、そのファイルに対して QmXYZ... のような CID が生成されます。これがそのデータへのアドレスになります。
  • バージョン管理： データが変更されると、新しいハッシュが生成されるため、古いデータと新しいデータを同時に保持できます。

P2P ネットワーク

IPFS はピアツーピア（P2P）ネットワーク上で動作します。

各ノード（ネットワーク参加者）は次の役割を持っています：

  • データの保存
  • データの要求
  • 他のノードとデータを共有

各ノードは自分が保持しているデータを共有し、必要なデータをネットワーク全体から取得します。

分散ハッシュテーブル (DHT)

IPFS では、データの場所を効率的に見つけるために 分散ハッシュテーブル (DHT) を使用します。

  • 各ノードは DHT に自分が持つデータとそのハッシュ値を登録します。
  • 他のノードがデータを要求すると、この DHT を使ってデータを持つノードを特定します。

ブロックとメルクルDAG

IPFS では、データは小さなブロックに分割され、それらのブロックがリンクされて メルクルDAG（有向非巡回グラフ）と呼ばれる構造を形成します。

  • メルクルDAG の特徴：
    • 各ブロックには自身のデータのハッシュが含まれます。
    • 親ノードは子ノードのハッシュを参照するため、データの整合性が保証されます。

Filecoin との統合

Filecoin は IPFS を基盤にした分散型ストレージネットワークです。

IPFS がデータを識別・配信するための仕組みを提供する一方で、Filecoin はデータの長期保存とインセンティブ設計を担っています。

  • ユーザーは Filecoin ネットワークでストレージスペースを購入または提供することで、データをより長期間保持する仕組みを利用できます。
  • この統合により、IPFS の弱点であるデータ保持の継続性を補完します。

実際の利用例

IPFS の技術は、さまざまな分野で応用されています。

分散型ウェブサイト

IPFS を使用すると、ウェブサイトを中央のサーバーに依存せずにホストできます。

ウェブページのファイルを IPFS にアップロードし、その CID を DNS サーバーに登録することでアクセス可能になります。

  • 例: IPNS (InterPlanetary Name System) を活用して、IPFS の CID にフレンドリーな名前を割り当て、簡単にアクセスできるようにする。
  • 実際に、一部のプロジェクトでは政府や企業の検閲を回避するために IPFS を利用しています。

分散型アプリケーション（dApps）

ブロックチェーン技術と組み合わせることで、分散型アプリケーション (dApps) のデータ保存先として利用されます。

例えば、Ethereum や Filecoin との統合が進んでいます。

  • DeFi プロジェクトでの利用例として、スマートコントラクトで管理される重要なファイルを IPFS に保存し、トランザクションの透明性と信頼性を高めています。

データの長期保存

研究データやアーカイブ資料など、重要な情報の分散型バックアップとして活用されています。

  • 科学者や学術団体が IPFS を活用して研究データを共有・保存しており、これによりデータの紛失リスクを軽減しています。

メディア配信

IPFS を使用すると、大量のデータを効率よく配信できます。

特に、音楽や動画などのストリーミングに適しており、CDN のような役割を果たします。

  • 実例: 音楽ストリーミングプラットフォームが IPFS を利用して楽曲データを分散配信することで、サーバー負荷を軽減。

IPFS のメリットと課題

メリット

  • 耐障害性：1つのノードがダウンしても、ネットワーク全体でデータを保持するため影響が少ない。
  • コスト削減：サーバーやCDNの維持コストが不要。
  • プライバシー：特定のサーバーにデータを依存しないため、プライバシーが向上します。
  • オープンソース：誰でも技術を利用・改良できる。

課題

  • データ保持の責任：データを維持するためにはノードがアクティブである必要があります。
  • ネットワークの帯域幅：P2P ネットワークの特性上、ノード間の通信が増える可能性があります。
  • 検索性：CID を知らない場合、データにアクセスするのが難しい。
  • スケーラビリティ：大規模なネットワークでは、パフォーマンスの最適化が課題となることがあります。

IPFS を始めるには

IPFS ノードのセットアップ

公式サイト (https://ipfs.io) から IPFS ノードをダウンロードしてインストールします。

データのアップロードと共有

  • IPFS コマンドラインツールや GUI ツールを使って、データをアップロードできます。
  • CID を取得し、他の人と共有することでデータを分散化。

プロジェクトの構築

IPFS を利用したウェブサイトやアプリケーションの構築を試してみましょう。

たとえば、静的サイトジェネレーター（Hugo や Gatsby）を使って作成したサイトを IPFS にデプロイできます。

コミュニティに参加

IPFS の成長を支えるために、コミュニティに参加してフィードバックを提供したり、技術を学ぶことも重要です。

まとめ

IPFS は、インターネットの未来を大きく変える可能性を持つ革新的な技術です。

その仕組みは一見複雑に見えますが、基本的な考え方を理解すれば初心者でも簡単に利用を始められます。

分散型の特性や高い信頼性、効率性を活かし、これからますます注目される技術として成長していくでしょう。

IPFS を活用することで、私たちはより自由でオープンなデジタル未来を築くことができます。

 

コメント