Peer-to-Peer Networks Explained

Binance Academy · 2022-11-05T01:43:01.000Z

What is peer-to-peer (P2P)? In computer science, a peer-to-peer (P2P) network consists of a group of devices that collectively store and share files. Each participant (node) acts as an individual peer. Typically, all nodes have equal power and perform the same tasks. In financial technology, the term peer-to-peer usually refers to the exchange of cryptocurrencies or digital assets via a distributed network. A P2P platform allows buyers and sellers to execute trades without the need for intermediaries. In some cases, websites may also provide a P2P environment that connects lenders and borrowers. P2P architecture can be suitable for various use cases, but it became particularly popular in the 1990s when the first file-sharing programs were created. Today, P2P networks are at the core of most cryptocurrencies, making up a great portion of the blockchain industry. However, they are also leveraged in other distributed computing applications, including web search engines, streaming platforms, online marketplaces, and the InterPlanetary File System (IPFS) web protocol. How does P2P work? In essence, a P2P system is maintained by a distributed network of users. Usually, they have no central administrator or server because each node holds a copy of the files - acting both as a client and as a server to other nodes. Thus, each node can download files from other nodes or upload files to them. This is what differentiates P2P networks from the more traditional client-server systems, in which client devices download files from a centralized server. On P2P networks, the connected devices share files that are stored on their hard drives. Using software applications designed to mediate the sharing of data, users can query other devices on the network to find and download files. Once a user has downloaded a given file, they can then act as a source of that file. Put in another way, when a node acts as a client, they download files from other network nodes. But when they are working as a server, they are the source from which other nodes can download files. In practice, though, both functions can be executed at the same time (e.g., downloading file A, and uploading file B). Since every node stores, transmits and receives files, P2P networks tend to be faster and more efficient as their user base grows larger. Also, their distributed architecture makes P2P systems very resistant to cyberattacks. Unlike traditional models, P2P networks don’t have a single point of failure. We may categorize peer-to-peer systems according to their architecture. The three main types are called unstructured, structured, and hybrid P2P networks. Unstructured P2P networks Unstructured P2P networks don’t present any specific organization of the nodes. The participants communicate randomly with one another. These systems are considered robust against high churn activity (i.e., several nodes frequently joining and leaving the network). Although easier to build, unstructured P2P networks may require higher CPU and memory usage because search queries are sent out to the highest number of peers possible. This tends to flood the network with queries, especially if a small number of nodes is offering the desired content. Structured P2P networks In contrast, structured P2P networks present an organized architecture, allowing nodes to efficiently search for files, even if the content is not widely available. In most cases, this is achieved through the use of hash functions that facilitate database lookups. While structured networks may be more efficient, they tend to present higher levels of centralization, and usually require higher setup and maintenance costs. Other than that, structured networks are less robust when faced with high rates of churn. Hybrid P2P networks Hybrid P2P networks combine the conventional client-server model with some aspects of the peer-to-peer architecture. For instance, its design may contain a central server that facilitates the connection between peers. When compared to the other two types, hybrid models tend to present improved overall performance. They usually combine some of the main advantages of each approach, achieving significant degrees of efficiency and decentralization simultaneously. Distributed vs. decentralized Although the P2P architecture is inherently distributed, it’s important to note that there are varying degrees of decentralization. So, not all P2P networks are decentralized. In fact, many systems rely on a central authority to guide the network activity, making them somewhat centralized. For instance, some P2P file-sharing systems allow users to search and download files from other users, but they are unable to participate in other processes, like managing search queries. In addition, small networks controlled by a limited user base with shared goals could also be said to have a higher degree of centralization, despite the lack of a centralized network infrastructure. The role of P2P in blockchains In the early stages of Bitcoin, Satoshi Nakamoto defined it as a “Peer-to-Peer Electronic Cash System.” Bitcoin was created as a digital form of money. It can be transferred from one user to another through a P2P network, which manages a distributed ledger called blockchain. In this context, the P2P architecture that is inherent to blockchain technology is what allows bitcoin and other cryptocurrencies to be transferred worldwide, without the need for intermediaries nor any central server. Also, anyone can set up a Bitcoin node if they wish to participate in the process of verifying and validating blocks. So, there are no banks processing or recording transactions in the Bitcoin network. Instead, the blockchain acts as a digital ledger that publicly records all activity. Basically, each node holds a copy of the blockchain and compares it to other nodes to ensure the data is accurate. The network quickly rejects any malicious activity or inaccuracy. In the context of cryptocurrency blockchains, nodes can take on a variety of different roles. Full nodes, for example, are the ones that provide security to the network by verifying transactions against the system’s consensus rules. Each full node maintains a complete, updated copy of the blockchain - allowing them to participate in the collective work of verifying the true state of the distributed ledger. It’s worth noting, though, that not all full validating nodes are miners. Advantages The peer-to-peer architecture of blockchains provides many benefits. Among the most important is the fact that P2P networks offer greater security than traditional client-server arrangements. The distribution of blockchains over large numbers of nodes renders them virtually immune to the Denial-of-Service (DoS) attacks that plague numerous systems. Likewise, because a majority of nodes must establish consensus before data is added to a blockchain, it's almost impossible for an attacker to alter the data. This is especially true for big networks like the one of Bitcoin. Smaller blockchains are more susceptible to attacks because one person or group could eventually achieve control over a majority of nodes (this is known as a 51 percent attack). As a result, the distributed peer-to-peer network, paired with a majority consensus requirement, gives blockchains a relatively high degree of resistance to malicious activity. The P2P model is one of the reasons why Bitcoin (and other blockchains) were able to achieve the so-called Byzantine fault tolerance. Beyond security, the use of P2P architecture in cryptocurrency blockchains also renders them resistant to censorship by central authorities. Unlike standard bank accounts, cryptocurrency wallets can’t be frozen or drained by governments. This resistance also extends to censorship efforts by private payment processing and content platforms. Some content creators and online merchants adopted cryptocurrency payments as a way to avoid having their payments blocked by third parties. Limitations Despite their many advantages, the use of P2P networks on blockchains also has certain limitations. Because distributed ledgers must be updated on every single node instead of on a central server, adding transactions to a blockchain requires a massive amount of computing power. While this provides increased security, it greatly reduces efficiency and is one of the main obstacles when it comes to scalability and widespread adoption. Nonetheless, cryptographers and blockchain developers are investigating alternatives that may be used as scaling solutions. Prominent examples include the Lightning Network, Ethereum Plasma, and the Mimblewimble protocol. Another potential limitation relates to attacks that may arise during hard fork events. Since most blockchains are decentralized and open source, groups of nodes are free to copy and modify the code and split away from the main chain to form a new, parallel network. Hard forks are completely normal and not a threat on their own. But if certain security methods are not adopted properly, both chains may become vulnerable to replay attacks. Moreover, the distributed nature of P2P networks makes them relatively difficult to control and regulate, not only in the blockchain niche. Several P2P applications and companies got involved with illegal activities and copyright infringements. Closing thoughts Peer-to-peer architecture can be developed and used in many different ways, and it is at the core of the blockchains that make cryptocurrencies possible. By distributing transaction ledgers across large networks of nodes, P2P architecture offers security, decentralization, and censorship resistance. In addition to their usefulness in blockchain technology, P2P systems can also serve other distributed computing applications, ranging from file-sharing networks to energy trading platforms.

Cos'è il peer-to-peer (P2P)?In informatica, una rete peer-to-peer (P2P) è costituita da un gruppo di dispositivi che archiviano e condividono collettivamente file. Ogni partecipante (nodo) agisce come un peer individuale. In genere, tutti i nodi hanno la stessa potenza ed eseguono gli stessi compiti.
Nella tecnologia finanziaria, il termine peer-to-peer si riferisce solitamente allo scambio di criptovalute o risorse digitali tramite una rete distribuita. Una piattaforma P2P consente ad acquirenti e venditori di eseguire operazioni senza la necessità di intermediari. In alcuni casi, i siti Web possono anche fornire un ambiente P2P che collega finanziatori e mutuatari.
L’architettura P2P può essere adatta a vari casi d’uso, ma è diventata particolarmente popolare negli anni ’90 quando furono creati i primi programmi di condivisione file. Oggi, le reti P2P sono al centro della maggior parte delle criptovalute e costituiscono gran parte del settore blockchain. Tuttavia, vengono sfruttati anche in altre applicazioni informatiche distribuite, inclusi motori di ricerca web, piattaforme di streaming, mercati online e il protocollo web InterPlanetary File System (IPFS).

Come funziona il P2P?In sostanza, un sistema P2P è mantenuto da una rete distribuita di utenti. Di solito, non hanno un amministratore o un server centrale perché ogni nodo conserva una copia dei file, agendo sia come client che come server per gli altri nodi. Pertanto, ciascun nodo può scaricare file da altri nodi o caricare file su di essi. Questo è ciò che differenzia le reti P2P dai più tradizionali sistemi client-server, in cui i dispositivi client scaricano file da un server centralizzato.
Nelle reti P2P, i dispositivi connessi condividono file archiviati sui loro dischi rigidi. Utilizzando applicazioni software progettate per mediare la condivisione dei dati, gli utenti possono interrogare altri dispositivi sulla rete per trovare e scaricare file. Una volta che un utente ha scaricato un determinato file, può fungere da fonte di quel file.
In altre parole, quando un nodo funge da client, scarica file da altri nodi della rete. Ma quando funzionano come server, sono la fonte da cui altri nodi possono scaricare file. In pratica, però, entrambe le funzioni possono essere eseguite contemporaneamente (ad esempio, download del file A e caricamento del file B).
Poiché ogni nodo memorizza, trasmette e riceve file, le reti P2P tendono ad essere più veloci ed efficienti man mano che la loro base di utenti cresce. Inoltre, la loro architettura distribuita rende i sistemi P2P molto resistenti agli attacchi informatici. A differenza dei modelli tradizionali, le reti P2P non hanno un singolo punto di guasto.
Possiamo classificare i sistemi peer-to-peer in base alla loro architettura. I tre tipi principali sono chiamati reti P2P non strutturate, strutturate e ibride.

Reti P2P non strutturateLe reti P2P non strutturate non presentano alcuna organizzazione specifica dei nodi. I partecipanti comunicano in modo casuale tra loro. Questi sistemi sono considerati robusti contro un'elevata attività di abbandono (ovvero, diversi nodi che si uniscono e abbandonano frequentemente la rete).
Sebbene siano più facili da costruire, le reti P2P non strutturate potrebbero richiedere un utilizzo maggiore di CPU e memoria perché le query di ricerca vengono inviate al maggior numero possibile di peer. Ciò tende a inondare la rete di domande, soprattutto se un numero limitato di nodi offre il contenuto desiderato.

Reti P2P strutturateAl contrario, le reti P2P strutturate presentano un’architettura organizzata, consentendo ai nodi di cercare in modo efficiente i file, anche se il contenuto non è ampiamente disponibile. Nella maggior parte dei casi, ciò si ottiene mediante l'uso di funzioni hash che facilitano le ricerche nel database.
Sebbene le reti strutturate possano essere più efficienti, tendono a presentare livelli più elevati di centralizzazione e solitamente richiedono costi di installazione e manutenzione più elevati. Oltre a ciò, le reti strutturate sono meno robuste di fronte a tassi di abbandono elevati.

Reti P2P ibrideLe reti ibride P2P combinano il modello client-server convenzionale con alcuni aspetti dell'architettura peer-to-peer. Ad esempio, il suo design potrebbe contenere un server centrale che facilita la connessione tra peer.
Rispetto agli altri due tipi, i modelli ibridi tendono a presentare prestazioni complessive migliori. Di solito combinano alcuni dei principali vantaggi di ciascun approccio, raggiungendo contemporaneamente livelli significativi di efficienza e decentralizzazione.

Distribuito vs. decentralizzatoSebbene l’architettura P2P sia intrinsecamente distribuita, è importante notare che esistono vari gradi di decentralizzazione. Quindi, non tutte le reti P2P sono decentralizzate.
In effetti, molti sistemi si affidano ad un’autorità centrale per guidare l’attività della rete, rendendoli in qualche modo centralizzati. Ad esempio, alcuni sistemi di condivisione file P2P consentono agli utenti di cercare e scaricare file da altri utenti, ma non sono in grado di partecipare ad altri processi, come la gestione delle query di ricerca.
Inoltre, si potrebbe dire che anche le piccole reti controllate da una base di utenti limitata con obiettivi condivisi abbiano un grado di centralizzazione più elevato, nonostante la mancanza di un’infrastruttura di rete centralizzata.

Il ruolo del P2P nelle blockchainNelle fasi iniziali di Bitcoin, Satoshi Nakamoto lo definì un “sistema di cassa elettronico peer-to-peer”. Bitcoin è stato creato come forma di denaro digitale. Può essere trasferito da un utente a un altro attraverso una rete P2P, che gestisce un registro distribuito chiamato blockchain.
In questo contesto, l’architettura P2P inerente alla tecnologia blockchain è ciò che consente di trasferire bitcoin e altre criptovalute in tutto il mondo, senza bisogno di intermediari né di alcun server centrale. Inoltre, chiunque può creare un nodo Bitcoin se desidera partecipare al processo di verifica e convalida dei blocchi.
Pertanto, non ci sono banche che elaborano o registrano transazioni nella rete Bitcoin. Invece, la blockchain agisce come un registro digitale che registra pubblicamente tutte le attività. Fondamentalmente, ogni nodo conserva una copia della blockchain e la confronta con altri nodi per garantire che i dati siano accurati. La rete rifiuta rapidamente qualsiasi attività dannosa o inesattezza.
Nel contesto delle blockchain di criptovaluta, i nodi possono assumere una varietà di ruoli diversi. I nodi completi, ad esempio, sono quelli che forniscono sicurezza alla rete verificando le transazioni rispetto alle regole di consenso del sistema.
Ogni nodo completo mantiene una copia completa e aggiornata della blockchain, consentendo loro di partecipare al lavoro collettivo di verifica del vero stato del registro distribuito. Vale la pena notare, tuttavia, che non tutti i nodi di convalida completa sono minatori.

VantaggiL’architettura peer-to-peer delle blockchain offre molti vantaggi. Tra i più importanti c’è il fatto che le reti P2P offrono maggiore sicurezza rispetto ai tradizionali accordi client-server. La distribuzione delle blockchain su un gran numero di nodi le rende praticamente immuni agli attacchi Denial-of-Service (DoS) che affliggono numerosi sistemi.
Allo stesso modo, poiché la maggioranza dei nodi deve stabilire un consenso prima che i dati vengano aggiunti a una blockchain, è quasi impossibile per un utente malintenzionato alterare i dati. Ciò è particolarmente vero per le grandi reti come quella di Bitcoin. Le blockchain più piccole sono più suscettibili agli attacchi perché una persona o un gruppo potrebbe eventualmente ottenere il controllo sulla maggior parte dei nodi (questo è noto come attacco del 51%).
Di conseguenza, la rete peer-to-peer distribuita, abbinata al requisito del consenso della maggioranza, conferisce alle blockchain un grado relativamente elevato di resistenza alle attività dannose. Il modello P2P è uno dei motivi per cui Bitcoin (e altre blockchain) sono riusciti a raggiungere la cosiddetta tolleranza agli errori bizantina.
Oltre alla sicurezza, l’uso dell’architettura P2P nelle blockchain di criptovalute le rende anche resistenti alla censura da parte delle autorità centrali. A differenza dei conti bancari standard, i portafogli di criptovaluta non possono essere congelati o prosciugati dai governi. Questa resistenza si estende anche agli sforzi di censura da parte delle piattaforme private di elaborazione dei pagamenti e di contenuti. Alcuni creatori di contenuti e commercianti online hanno adottato i pagamenti in criptovaluta come un modo per evitare che i loro pagamenti vengano bloccati da terze parti.

LimitazioniNonostante i numerosi vantaggi, l’uso delle reti P2P su blockchain presenta anche alcuni limiti.
Poiché i registri distribuiti devono essere aggiornati su ogni singolo nodo anziché su un server centrale, l’aggiunta di transazioni a una blockchain richiede un’enorme quantità di potenza di calcolo. Sebbene ciò offra maggiore sicurezza, riduce notevolmente l’efficienza e rappresenta uno dei principali ostacoli in termini di scalabilità e adozione diffusa. Tuttavia, crittografi e sviluppatori blockchain stanno studiando alternative che potrebbero essere utilizzate come soluzioni di scalabilità. Esempi importanti includono Lightning Network, Ethereum Plasma e il protocollo Mimblewimble.
Un'altra potenziale limitazione riguarda gli attacchi che potrebbero verificarsi durante gli eventi di hard fork. Poiché la maggior parte delle blockchain sono decentralizzate e open source, i gruppi di nodi sono liberi di copiare e modificare il codice e di separarsi dalla catena principale per formare una nuova rete parallela. Gli hard fork sono del tutto normali e non costituiscono di per sé una minaccia. Ma se alcuni metodi di sicurezza non vengono adottati correttamente, entrambe le catene potrebbero diventare vulnerabili agli attacchi di tipo replay.
Inoltre, la natura distribuita delle reti P2P le rende relativamente difficili da controllare e regolamentare, non solo nella nicchia blockchain. Diverse applicazioni e aziende P2P sono state coinvolte in attività illegali e violazioni del copyright.

Pensieri conclusiviL’architettura peer-to-peer può essere sviluppata e utilizzata in molti modi diversi, ed è al centro delle blockchain che rendono possibili le criptovalute. Distribuendo i registri delle transazioni su grandi reti di nodi, l’architettura P2P offre sicurezza, decentralizzazione e resistenza alla censura.
Oltre alla loro utilità nella tecnologia blockchain, i sistemi P2P possono servire anche altre applicazioni informatiche distribuite, che vanno dalle reti di condivisione di file alle piattaforme di scambio energetico.

Spiegazione delle reti peer-to-peer

Cos'è il peer-to-peer (P2P)?

Come funziona il P2P?

Reti P2P non strutturate

Reti P2P strutturate

Reti P2P ibride

Distribuito vs. decentralizzato

Il ruolo del P2P nelle blockchain

Vantaggi

Limitazioni

Pensieri conclusivi

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