26、使用Python与IPFS交互及构建去中心化视频应用

最新推荐文章于 2025-10-26 09:00:25 发布

open4

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分类专栏： Python开发者实战区块链：从入门到精通文章标签： IPFS Python 去中心化视频应用

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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

在与 IPFS 交互时我们借助 Python 通过 HTTP API 实现。

1.1 IPNS 发布

在 IPNS 中发布内容并非永久存储，默认情况下，IPFS 文件会存储 24 小时。若要更改存储时长，可在 name_publish() 方法中使用 lifetime 关键字。例如，若想将 IPFS 文件在 IPNS 中发布 5 小时，可使用以下代码：

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

1.2 文件固定与删除

若想删除 IPFS 上的文件，不能直接使用类似 ipfs rm 的命令。因为 IPFS 的特性决定了无法直接通知所有持有该文件的节点删除文件。可以做的是移除本地存储的文件“固定”（pin）。当 IPFS 的垃圾回收器清理对象时，会移除已移除固定的文件内容。以下是一个移除文件固定并触发垃圾回收的脚本示例：

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

运行该脚本后，若尝试获取已移除固定的文件内容，可能会失败。但如果其他节点已经固定了该文件，仍可获取到内容。

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，需使用特定标志启动 IPFS 守护进程：

$ ipfs daemon --enable-pubsub-experiment

以下是订阅和发布消息的脚本示例：
- 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 功能可用于构建通知系统、去中心化聊天系统，甚至结合其他技术构建去中心化在线结对编程系统。不过，该功能仍处于实验阶段。

1.4 可变文件系统（MFS）

IPFS 有一个可变文件系统（MFS），与操作系统的文件系统不同。以下是一个探索 MFS 功能的脚本示例：

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 的一个重要特点是，从 IPFS 路径复制大文件到 MFS 几乎不占用本地存储（除了一些元数据）。例如，复制一个 46MB 的视频文件：

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 还有许多其他方法，完整参考可查看 https://docs.ipfs.io/reference/api/http/ 。这些 API 可用于引导节点、查找附近节点、连接特定节点、配置 IPFS、关闭 IPFS 守护进程等。

2. 构建去中心化视频共享应用

我们将结合智能合约和 IPFS 构建一个去中心化视频共享应用，类似 YouTube 但具有去中心化特性。

2.1 应用架构

从表面看，该应用与普通应用类似，可使用 Python 网络框架（如 Django、Flask 等）构建前端，使用 MySQL 或 PostgreSQL 作为数据库，选择 NGINX 或 Apache 作为 Web 服务器，还可使用缓存技术（如 Varnish 和 Redis）。但我们要构建的是基于区块链技术的去中心化应用。

2.2 存储问题

在以太坊区块链上存储视频文件成本极高。例如，存储 1KB 数据约需 0.032 ETH，一个 2MB 的图片文件存储在以太坊上约需 64 ETH（按当时 1 ETH 约 120 美元计算，需花费 7680 美元），一个 46MB 的视频文件则需花费 176640 美元。

传统做法是将视频文件存储在普通存储（如 AWS）上，并在智能合约中存储视频文件的引用。但这种方式依赖于中心化服务提供商，存在被删除文件的风险。

使用 IPFS 可以解决这个问题。我们可以在智能合约中存储 IPFS 路径（或 IPFS 哈希），例如：

cute_panda_video = "/ipfs/QmWgMcTdPY9Rv7SCBusK1gWBRJcBi2MxNkC1yC6uvLYPwK"

这样，即使某个存储节点（如 AWS）对视频进行审查，IPFS 路径仍然有效，可以从其他节点获取视频。

2.3 数据完整性

在构建视频点赞功能时，使用区块链可以防止数据被中心化管理员篡改。例如，在中心化应用中，管理员可能通过 SQL 语句篡改点赞数据：

UPDATE thumbs_up_table SET aggregate_voting_count = 1000000 WHERE video_id = 234;

而在区块链中，点赞值存储在智能合约中，人们可以审查智能合约的源代码，确保点赞过程的诚实性。

以下是一个简单的流程表格总结构建去中心化视频应用的关键步骤：
|步骤|操作|
| ---- | ---- |
|1|安装 IPFS 软件并启动守护进程|
|2|使用 Python 通过 HTTP API 与 IPFS 交互，添加文件、获取哈希等|
|3|构建智能合约，存储视频文件的 IPFS 路径和点赞值|
|4|使用 Web 框架构建前端应用，实现视频上传、播放和点赞功能|

mermaid 流程图展示构建去中心化视频应用的主要流程：

graph LR
    A[安装 IPFS 软件并启动守护进程] --> B[与 IPFS 交互添加文件]
    B --> C[构建智能合约]
    C --> D[存储 IPFS 路径和点赞值]
    D --> E[构建前端应用]
    E --> F[实现视频上传、播放和点赞功能]

通过以上步骤和技术，我们可以构建一个具有去中心化特性的视频共享应用，解决传统应用在存储和数据完整性方面的问题。

使用Python与IPFS交互及构建去中心化视频应用

3. 智能合约编写

为了实现去中心化视频共享应用，我们需要编写智能合约来管理视频数据和点赞信息。以下是一个简单的 Vyper 智能合约示例：

# 定义视频结构体
struct Video:
    title: String[128]
    ipfs_path: bytes[128]
    likes: uint256

# 存储所有视频的映射
videos: public(map(uint256, Video))
video_count: public(uint256)

# 上传视频函数
@external
def upload_video(title: String[128], ipfs_path: bytes[128]):
    self.videos[self.video_count] = Video({
        title: title,
        ipfs_path: ipfs_path,
        likes: 0
    })
    self.video_count += 1

# 点赞视频函数
@external
def like_video(video_id: uint256):
    self.videos[video_id].likes += 1

这个智能合约定义了一个 Video 结构体，包含视频标题、IPFS 路径和点赞数。 videos 映射用于存储所有视频， video_count 记录视频的数量。 upload_video 函数用于上传视频， like_video 函数用于为视频点赞。

4. 前端应用构建

我们可以使用 Python 的 Flask 框架来构建前端应用，以下是一个简单的示例：

from flask import Flask, render_template, request
import ipfsapi
import web3
from web3 import Web3
import json

app = Flask(__name__)

# 连接 IPFS
c = ipfsapi.connect()

# 连接以太坊节点
w3 = Web3(Web3.HTTPProvider('http://localhost:8545'))

# 加载智能合约 ABI 和地址
with open('video_contract_abi.json', 'r') as f:
    abi = json.load(f)
contract_address = '0xYourContractAddress'
contract = w3.eth.contract(address=contract_address, abi=abi)

@app.route('/')
def index():
    video_count = contract.functions.video_count().call()
    videos = []
    for i in range(video_count):
        video = contract.functions.videos(i).call()
        videos.append({
            'title': video[0],
            'ipfs_path': video[1].decode('utf-8'),
            'likes': video[2]
        })
    return render_template('index.html', videos=videos)

@app.route('/upload', methods=['POST'])
def upload():
    title = request.form.get('title')
    file = request.files['file']
    res = c.add(file)
    ipfs_path = f"/ipfs/{res['Hash']}"
    contract.functions.upload_video(title, ipfs_path.encode('utf-8')).transact({'from': w3.eth.accounts[0]})
    return 'Video uploaded successfully!'

@app.route('/like/<int:video_id>')
def like(video_id):
    contract.functions.like_video(video_id).transact({'from': w3.eth.accounts[0]})
    return 'Video liked successfully!'

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

这个 Flask 应用实现了以下功能：
- 在主页显示所有视频的列表，包括标题、IPFS 路径和点赞数。
- 提供视频上传功能，将视频文件添加到 IPFS 并调用智能合约的 upload_video 函数。
- 提供点赞功能，调用智能合约的 like_video 函数。

5. 运行和测试应用

以下是运行和测试去中心化视频共享应用的步骤：
1. 启动 IPFS 守护进程 ：

ipfs daemon --enable-pubsub-experiment

部署智能合约 ：
使用 Remix 或其他工具部署前面编写的 Vyper 智能合约，并记录合约地址和 ABI。
启动 Flask 应用 ：

python app.py

访问应用 ：
打开浏览器，访问 http://localhost:5000 ，即可看到视频列表。可以上传视频并为视频点赞。

6. 优势和挑战

6.1 优势

去中心化存储 ：使用 IPFS 存储视频文件，避免了对单一中心化存储提供商的依赖，提高了数据的可用性和抗审查性。
数据完整性 ：通过区块链智能合约存储点赞信息，防止了中心化管理员对数据的篡改，保证了数据的真实性和公正性。
可扩展性 ：可以轻松地扩展应用的功能，例如添加评论、分享等功能。

6.2 挑战

性能问题 ：IPFS 和区块链的性能相对较低，可能会影响应用的响应速度。
用户体验 ：与传统的中心化应用相比，去中心化应用的用户体验可能不够流畅，需要用户具备一定的技术知识。
安全问题 ：虽然区块链和 IPFS 提供了一定的安全性，但仍然存在智能合约漏洞、网络攻击等安全风险。

7. 总结

通过结合智能合约和 IPFS，我们成功构建了一个去中心化视频共享应用。这个应用解决了传统应用在存储和数据完整性方面的问题，具有更高的安全性和可靠性。在实际应用中，我们需要考虑性能、用户体验和安全等方面的挑战，不断优化和改进应用。

以下是构建去中心化视频共享应用的关键步骤总结表格：
|步骤|操作|
| ---- | ---- |
|1|编写智能合约，管理视频数据和点赞信息|
|2|使用 Flask 构建前端应用，实现视频上传、显示和点赞功能|
|3|启动 IPFS 守护进程和以太坊节点|
|4|部署智能合约并记录合约地址和 ABI|
|5|运行 Flask 应用，访问应用进行测试|

mermaid 流程图展示完整的应用构建和运行流程：

graph LR
    A[编写智能合约] --> B[部署智能合约]
    C[构建前端应用] --> D[启动 IPFS 守护进程]
    D --> E[启动以太坊节点]
    B --> F[连接智能合约到前端应用]
    C --> F
    F --> G[运行前端应用]
    G --> H[用户访问应用进行测试]

通过以上步骤和技术，我们可以构建一个功能完善的去中心化视频共享应用，为用户提供更加安全、可靠的视频共享服务。