26、使用Python与IPFS交互及构建去中心化视频应用

使用Python与IPFS交互及构建去中心化视频应用

1. 使用ipfsapi与IPFS交互

1.1 IPNS发布

在IPNS中发布内容不会永久存储，默认情况下，IPFS文件会存储24小时。可以使用 name_publish() 中的 lifetime 关键字来更改存储时长。例如，要将IPFS文件在IPNS中发布5小时，可以这样做：

import ipfsapi
c = ipfsapi.connect()
c.name_publish('QmTG4eE6ruUDhSKxqwofJXXqDFAmNzQiGdo4Z7WvVdLZuS', key='another_key', lifetime='5h')

1.2 固定与移除文件

如果想删除IPFS上的文件，不能使用 ipfs rm 命令，因为这没有意义。可以移除本地存储中的文件，即移除固定（pin）。以下是一个移除固定并让垃圾回收器清理的脚本 removing_nude_picture.py ：

import ipfsapi
c = ipfsapi.connect()
c.pin_rm('QmWgMcTdPY9Rv7SCBusK1gWBRJcBi2MxNkC1yC6uvLYPwK')
c.repo_gc()

运行脚本后，尝试获取该文件内容会失败。但如果有人在其他节点固定了该文件，仍能获取到内容。

1.3 发布 - 订阅（Pubsub）

IPFS有一个实验性的发布 - 订阅（Pubsub）功能。要使用该功能，需要使用 --enable-pubsub-experiment 标志运行IPFS守护进程：

$ ipfs daemon --enable-pubsub-experiment

以下是订阅脚本 subscribe_topic.py ：

import ipfsapi
from base64 import b64decode
c = ipfsapi.connect()
with c.pubsub_sub('bitcoin') as sub:
    for message in sub:
        string = b64decode(message['data'])
        print(string)
        break

发布脚本 publish_topic.py ：

import ipfsapi
c = ipfsapi.connect()
c.pubsub_pub('bitcoin', 'To the moon!')

Pubsub可用于构建通知系统、去中心化聊天系统，甚至是去中心化在线结对编程系统。

1.4 可变文件系统（MFS）

IPFS有一个可变文件系统（MFS），与操作系统文件系统不同。以下是探索MFS功能的脚本 exploring_mfs.py ：

import ipfsapi
import io
c = ipfsapi.connect()
print("By default our MFS is empty.")
print(c.files_ls('/')) 
print("We can create a directory in our MFS.")
c.files_mkdir('/classical_movies')
print("We can create a file in our MFS.")
c.files_write('/classical_movies/titanic',
              io.BytesIO(b"The ship crashed. The end."),
              create=True)
print("We can copy a file in our MFS.")
c.files_cp('/classical_movies/titanic',
           '/classical_movies/copy_of_titanic')
print("We can read the file.")
print(c.files_read('/classical_movies/titanic'))
print("We can remove the file.")
print(c.files_rm('/classical_movies/copy_of_titanic'))
print("Now our MFS is not empty anymore.")
print(c.files_ls('/'))
print(c.files_ls('/classical_movies'))
print("You can get the hash of a path in MFS.")
print(c.files_stat('/classical_movies'))
print("Then you can publish this hash into IPNS.")

MFS在复制文件时与操作系统文件系统有微妙区别。例如，复制一个46MB的可爱熊视频到MFS，不会占用太多本地存储：

import ipfsapi
c = ipfsapi.connect()
c.files_cp('/ipfs/QmY8zTocoVNDJWUr33nhksBiZ3hxugFPhb6qSzpE761bVN',
'/46MB_cute_bear.mp4')
print(c.files_ls('/'))

1.5 其他API

IPFS HTTP API还有其他方法，完整参考可查看 文档 。包括引导节点、查找附近节点、连接特定节点、配置IPFS、关闭IPFS守护进程等API。

2. 构建去中心化视频共享应用

2.1 应用架构

要构建一个类似YouTube的去中心化视频共享应用，传统的应用构建方式会使用Python Web框架（如Django、Flask等），数据库（如MySQL、PostgreSQL），Web服务器（如NGINX、Apache），缓存（如Varnish、Redis），并将应用和视频托管在云服务（如AWS、GCP、Azure）上，使用内容分发网络实现全球扩展。但我们要构建的是基于区块链技术的去中心化应用。

2.2 存储成本问题

不能将视频文件直接存储在以太坊区块链上，因为成本太高。例如，存储一个2MB的图片文件大约需要7680美元，存储一个46MB的视频文件大约需要176640美元。

2.3 解决方案

区块链开发者通常会在区块链上存储视频文件的引用，而将视频文件本身存储在普通存储（如AWS）上。但这种方式依赖于中心化服务，有被删除的风险。可以使用去中心化存储（如IPFS）来解决这个问题，在智能合约中存储IPFS路径或哈希。例如：

# Vyper智能合约示例
cute_panda_video: bytes[128]
cute_panda_video = "/ipfs/QmWgMcTdPY9Rv7SCBusK1gWBRJcBi2MxNkC1yC6uvLYPwK"

2.4 防止数据篡改

在去中心化视频共享应用中，点赞功能可以将点赞值存储在区块链的智能合约中，防止中心化管理员篡改数据。例如，在中心化系统中，管理员可以通过SQL语句篡改投票结果：

UPDATE thumbs_up_table SET aggregate_voting_count = 1000000 WHERE video_id = 234;

而在去中心化系统中，点赞值存储在智能合约中，人们可以审计智能合约的源代码，确保点赞过程的公正性。

以下是一个简单的mermaid流程图，展示了去中心化视频应用的基本流程：

graph LR
    A[用户上传视频] --> B[视频存储到IPFS]
    B --> C[获取IPFS哈希]
    C --> D[哈希存储到区块链智能合约]
    E[用户访问应用] --> F[从区块链获取哈希]
    F --> G[从IPFS获取视频]
    G --> H[用户观看视频]
    I[用户点赞视频] --> J[点赞值记录到智能合约]

通过以上步骤，我们可以使用Python与IPFS交互，并构建一个去中心化的视频共享应用，充分发挥IPFS和区块链的优势。

使用Python与IPFS交互及构建去中心化视频应用

3. 操作步骤总结

为了更清晰地让大家了解如何使用Python与IPFS交互并构建去中心化视频应用，下面将关键操作步骤进行总结：

3.1 IPFS基本操作

• 添加文件到IPFS ：使用 ipfs add 命令，例如 ipfs add nude_picture.jpg 。
• 获取文件内容 ：使用 ipfs get 命令，例如 ipfs get QmWgMcTdPY9Rv7SCBusK1gWBRJcBi2MxNkC1yC6uvLYPwK 。
• 运行IPFS守护进程 ：使用 ipfs daemon 命令，若要启用Pubsub实验功能，需添加 --enable-pubsub-experiment 标志，即 ipfs daemon --enable-pubsub-experiment 。

3.2 Python脚本操作

• IPNS发布 ：

import ipfsapi
c = ipfsapi.connect()
c.name_publish('QmTG4eE6ruUDhSKxqwofJXXqDFAmNzQiGdo4Z7WvVdLZuS', key='another_key', lifetime='5h')

• 移除文件固定并清理 ：

import ipfsapi
c = ipfsapi.connect()
c.pin_rm('QmWgMcTdPY9Rv7SCBusK1gWBRJcBi2MxNkC1yC6uvLYPwK')
c.repo_gc()

• 订阅主题 ：

import ipfsapi
from base64 import b64decode
c = ipfsapi.connect()
with c.pubsub_sub('bitcoin') as sub:
    for message in sub:
        string = b64decode(message['data'])
        print(string)
        break

• 发布主题 ：

import ipfsapi
c = ipfsapi.connect()
c.pubsub_pub('bitcoin', 'To the moon!')

• 探索MFS功能 ：

import ipfsapi
import io
c = ipfsapi.connect()
print("By default our MFS is empty.")
print(c.files_ls('/')) 
print("We can create a directory in our MFS.")
c.files_mkdir('/classical_movies')
print("We can create a file in our MFS.")
c.files_write('/classical_movies/titanic',
              io.BytesIO(b"The ship crashed. The end."),
              create=True)
print("We can copy a file in our MFS.")
c.files_cp('/classical_movies/titanic',
           '/classical_movies/copy_of_titanic')
print("We can read the file.")
print(c.files_read('/classical_movies/titanic'))
print("We can remove the file.")
print(c.files_rm('/classical_movies/copy_of_titanic'))
print("Now our MFS is not empty anymore.")
print(c.files_ls('/'))
print(c.files_ls('/classical_movies'))
print("You can get the hash of a path in MFS.")
print(c.files_stat('/classical_movies'))
print("Then you can publish this hash into IPNS.")

• 复制文件到MFS ：

import ipfsapi
c = ipfsapi.connect()
c.files_cp('/ipfs/QmY8zTocoVNDJWUr33nhksBiZ3hxugFPhb6qSzpE761bVN',
'/46MB_cute_bear.mp4')
print(c.files_ls('/'))

4. 技术优势分析

技术	优势
IPFS	1. 去中心化存储，避免数据被单一机构控制或删除。 2. 复制大文件到MFS不占用大量本地存储，只需要一些元数据。 3. 具有Pubsub功能，可用于构建多种应用场景，如通知系统、聊天系统等。
区块链	1. 保证数据的不可篡改，如视频点赞值存储在智能合约中，可防止中心化管理员篡改。 2. 可让人们审计智能合约源代码，增加数据的透明度和可信度。

5. 应用拓展思考

使用Python与IPFS交互并结合区块链构建去中心化视频应用只是一个示例，这种技术组合还可以拓展到其他领域：
- 去中心化文件共享 ：可以构建一个类似于百度网盘的去中心化文件共享平台，用户上传的文件存储在IPFS上，文件的访问权限和共享信息存储在区块链的智能合约中，保证文件的安全性和共享的可控性。
- 去中心化社交网络 ：在社交网络中，用户的动态、图片、视频等内容可以存储在IPFS上，而用户之间的关系、点赞、评论等数据可以存储在区块链上，避免社交平台对用户数据的滥用。

下面是一个mermaid流程图，展示了去中心化文件共享平台的基本流程：

graph LR
    A[用户上传文件] --> B[文件存储到IPFS]
    B --> C[获取IPFS哈希]
    C --> D[哈希存储到区块链智能合约]
    E[用户访问平台] --> F[从区块链获取哈希]
    F --> G[从IPFS获取文件]
    G --> H[用户查看文件]
    I[用户设置共享权限] --> J[权限信息记录到智能合约]
    K[其他用户请求访问] --> L[智能合约验证权限]
    L -->|允许| M[其他用户获取文件]
    L -->|拒绝| N[访问被拒绝]

通过以上的介绍，我们可以看到使用Python与IPFS交互以及结合区块链技术构建去中心化应用具有很大的潜力和优势，可以为我们的数字生活带来更多的安全和自由。在未来，随着技术的不断发展，这种应用模式可能会得到更广泛的应用和推广。