Qtum研究院：如何基于Qtum和IPFS搭建DApp

摘要

区块链由于数据会在所有节点间同步，所以不适合存储大型文件，从而限制了去中心化应用的发展。IPFS通过将文件切分后存储在网络的部分节点中，解决了大型文件的去中心化存储问题。区块链+IPFS是未来去中心化应用的发展方向，因此Qtum本文介绍了基于Qtum区块链和IPFS的一种去中心化应用的实现方式。

概述

从比特币开始，区块链就被定义为“不可篡改”的数据库技术，当所有节点通过区块链来建立信任的时候，需要同步完整的区块信息。如果区块链允许用户上传大型数据，那么将会造成大量的存储和网络资源浪费。所以，各个区块链网络都会通过限制区块大小、高昂的gas费用等方式，指导用户只把更有价值的简短信息记录在区块链中，所以区块链网络也被成为“价值网络”。

IPFS [1]（InterPlanetary File System，星际文件系统）完美解决了大型文件的去中心化存储问题。每一个上传到IPFS的大型文件将会被分成若干个大小为256KB的块，每个块在IPFS中都会做一次哈希计算，得到的运算结果作为块的地址。系统最终会给整个文件生成一个哈希值作为该文件的地址，IPFS网络中的任何节点都能通过该地址来下载整个文件。

区块链和IPFS的结合将会是未来去中心化应用的发展方向。把区块链作为数据库来存储结构化数据，把IPFS作为文件系统来存储图片、视频等大型文件，从而构建一个完整的去中心化应用。

Qtum+IPFS

本文介绍了基于Qtum [2]区块链和IPFS的去中心化应用解决方案，该方案首先将用户上传的文件存储到IPFS，文件IPFS地址记录在Qtum的智能合约中，实现了大型文件的去中心化存储和分享功能。代码已经上传到Github中 [3]，对于相关技术比较熟悉的开发人员可以直接前往Github进行使用。

背景

Qtum

Qtum区块链，又称为量子链，是一个基于UTXO（Unspent Transaction Output，未花费交易输出）、PoS（Proof of Stake，权益证明）和EVM（Ethereum Virtual Machine，太坊虚拟机）的区块链平台，融合了比特币和以太坊生态系统各自的优点 。Qtum通过AAL（Account Abstraction Layer，账户抽象层）技术把UTXO模型转换成可供EVM执行智能合约的账户模型，使得智能合约可以完美运行在比特币的区块链架构上，因而给系统带来了强大的兼容性。

IPFS

IPFS是一个旨在创建持久且分布式存储和共享文件的网络传输协议。存储的文件会被分割成多个部分并发送给多个节点。IPFS为每一个文件分配一个独一无二的哈希值作为文件的地址。当查询文件的时候，IPFS网络根据文件的哈希值进行查找。每个节点存储了一张哈希表，记录了文件存储所在的位置，从而用于文件的查询和下载。

区块链+IPFS的应用

IPFS官方Github [4]上介绍了很多IPFS的应用，在这里将给大家介绍其中的一些区块链和IPFS结合的应用。

Akasha

由于所有上传到IPFS的文件都不可篡改，所以大家很容易就想到了互联网的信息获取自由，言论自由和隐私权。Akasha [5] 是一个典型的应用，它是一个基于以太坊和IPFS的社交博客创作平台，用户创作的博客内容通过一个IPFS网络进行发布，而非中心服务器。同时，用户和以太坊钱包账户进行绑定，用户可以对优质内容进行ETH打赏，内容创作者能以此赚取ETH，如同人脑挖矿一样。它没有太多监管的限制，也没有中间商抽成，内容收益直接归创作者所有。

uPort

在电子商务领域，身份认证一直是一个关键的痛点。uPort [6]是一个基于Ethereum和IPFS的身份认证应用。用户可以使用uPort提供的智能合约进行身份的注册，系统会将身份的详细信息记录在IPFS上。基于uPort，用户得以在拥有数字身份的同时保护自身隐私，并且只允许特定组织或个人访问、储存、分析或分享个人数据。

系统

系统架构

本系统可以分为上下两层：

上层：基于React框架，以HTML+JS的方式运行在浏览器中，用户可以通过网页访问本系统。上层系统通过QtumJS和JS-IPFS-API两个组件和下层进行通信。QtumJS通过call接口访问Qtum中的智能合约，通过send to接口向智能合约发送交易；JS-IPFS-API通过add接口向IPFS网络中添加文件，通过get接口从IPFS网络中获取文件内容。

下层系统包括QTUM和IPFS两个部分：

Qtum部分：部署了智能合约，用来存储文件的结构化数据（文件名，哈希值，添加时间等），通过合约的add接口写入数据，通过合约的getIndex和get接口获取合约中存储的文件相关信息，合约代码如下:

pragma solidity ^0.4.24;
contract IpfsRecord {
string[] records;
function add(string data) external {
records.push(data);
}
function getIndex() public view returns (uint) {
return records.length;
}
function get(uint index) public view returns (string) {
return records[index];
}
}

IPFS部分：可以是本地节点或者远程节点，当收到JS-IPFS-API发送过来的add请求时负责存储文件内容并返回哈希值；当收到get请求时负责根据文件哈希值查询文件，并返回文件内容。

系统流程

01

用户上传文件

当用户点击UPLOAD按钮上传文件时，后端JS监听到UPLOAD按钮的点击动作，将文件转换成BUFFER类型，通过js-ipfs-api的add接口上传到IPFS节点，IPFS节点返回文件的哈希值给后端JS。JS将文件哈希值，发送者地址和当前时间拼接成字符串，再向Qtum区块链节点发送send请求，将数据记录在智能合约中，当交易确认之后，刷新页面即可在浏览器中查看此记录。

流程图如下：

02

展现文件列表

当用户通过浏览器访问网站时，React加载前端组件，后端开始初始化，连接Qtum节点和IPFS节点，并且通过qtumJS向Qtum区块链节点发送CALL请求，调用合约中的getIndex接口获取合约中的记录数index，再循环index次调用合约的get接口获取合约内容，最后将合约内容返回给前端展示。

流程图如下：

03

系统部署

系统部署步骤简单概述如下：

1. 克隆代码，下载React前端依赖；

2. 我们需要将智能合约部署到区块链上，所以要下载 Solidity compiler 和 Solar；

3. 启动本地IPFS节点或者在用infura远程节点；

4. 下载并启动Qtum节点，设置cors proxy代理；

5. 部署智能合约（确保测试账户有足够的Token）；

6. 最后，启动系统。

详细步骤可以参考[3]中的Quick Start。

04

系统使用

系统的使用很简单，当部署成果之后，只需要在浏览器中访问http://localhost:3000/，点击UPLOAD即可上传文件，按钮下方将显示为智能合约中的记录。

未来工作

IPFS协议从本质出发，找出现有互联网最底层，即数据层存在的痛点，结合区块链技术，重新设计了该系统的架构。也许在不远的未来，任何地点访问网站轻松看超高清电影不会再是奢望了。

经过分析和论证，我们可以清晰地发现Qtum与IPFS之间的互补关系：IPFS可以极大地弥补区块链存储空间昂贵、扩容难的问题，而Qtum可以将共识、激励以及所有权归属等特性赋予IPFS。

更细一步的说，Qtum通过EVM智能合约可以完美兼容ERC721标准，因此可以将NFT（Non-Fungible Token，非同质化代币）与IPFS结合，给予IPFS存储的内容独一无二的token属性和严格透明的所有权归属与转换功能。同时IPFS也将拓展NFT所能承载的内容，使其具有更加丰富的应用场景。

例如，我们将一个独具创意的艺术品（名画、雕塑等）的各种信息（图片、名称、创作时间、地点、创意等）上传至IPFS网络中存储，在Qtum上的NFT智能合约中创建一个token来唯一标示该艺术品的所有权，并赋予其所有权转换交易的属性，这样将极大地方便艺术品在虚拟世界的流通和交易，区块链的公开与透明也很大程度上杜绝了交易流转过程的暗箱操作。

因此，我们正在考虑从以下几个方面出发：

• 在Qtum上将NFT和IPFS进行结合：

• 用ERC721标准开发IPFS与NFT结合的demo；

• 开发一键部署NFT合约与接入IPFS网络的工具；

• 搭建去中心化的NFT交易平台，提高NFT的展示效果与流通能力

参考文献

[1] IPFS. https://ipfs.io/.

[2] Qtum. https://qtum.org/.

[3] qtum-ipfs. https://github.com/qtumproject/qtum-ipfs.

[4] IPFS applications.https://github.com/ipfs/awesome-ipfs/.

[5] Akasha. https://akasha.world/.

[6] uPort. https://www.uport.me/.