ピアツーピアネットワークの説明

ピアツーピア (P2P) とは何ですか?

コンピュータ サイエンスでは、ピアツーピア (P2P) ネットワークは、ファイルをまとめて保存および共有するデバイスのグループで構成されます。各参加者 (ノード) は個別のピアとして機能します。通常、すべてのノードは同等の能力を持ち、同じタスクを実行します。

金融テクノロジーにおいて、ピアツーピアという用語は通常、分散ネットワークを介した暗号通貨またはデジタル資産の交換を指します。P2P プラットフォームでは、買い手と売り手が仲介者を必要とせずに取引を実行できます。場合によっては、Web サイトが貸し手と借り手をつなぐ P2P 環境を提供することもあります。

P2P アーキテクチャはさまざまなユースケースに適していますが、特に人気が高まったのは、最初のファイル共有プログラムが作成された 1990 年代です。現在、P2P ネットワークはほとんどの暗号通貨の中核を成しており、ブロックチェーン業界の大部分を占めています。ただし、Web 検索エンジン、ストリーミング プラットフォーム、オンライン マーケットプレイス、InterPlanetary File System (IPFS) Web プロトコルなど、他の分散コンピューティング アプリケーションでも活用されています。

P2Pはどのように機能しますか?

本質的に、P2P システムはユーザーの分散ネットワークによって維持されます。通常、各ノードがファイルのコピーを保持し、他のノードに対してクライアントとサーバーの両方の役割を果たすため、中央管理者やサーバーは存在しません。したがって、各ノードは他のノードからファイルをダウンロードしたり、他のノードにファイルをアップロードしたりできます。これが、クライアント デバイスが中央サーバーからファイルをダウンロードする従来のクライアント サーバー システムと P2P ネットワークの違いです。

P2P ネットワークでは、接続されたデバイスはハード ドライブに保存されているファイルを共有します。データの共有を仲介するように設計されたソフトウェア アプリケーションを使用すると、ユーザーはネットワーク上の他のデバイスにクエリを実行してファイルを検索し、ダウンロードできます。ユーザーが特定のファイルをダウンロードすると、そのファイルのソースとして機能できるようになります。

言い換えると、ノードがクライアントとして機能する場合、他のネットワーク ノードからファイルをダウンロードします。一方、ノードがサーバーとして機能する場合、他のノードがファイルをダウンロードできるソースとなります。ただし、実際には、両方の機能を同時に実行できます (例: ファイル A をダウンロードし、ファイル B をアップロードする)。

各ノードがファイルを保存、送信、受信するため、P2P ネットワークはユーザー ベースが拡大するにつれて、より高速かつ効率的になる傾向があります。また、分散アーキテクチャにより、P2P システムはサイバー攻撃に対して非常に耐性があります。従来のモデルとは異なり、P2P ネットワークには単一障害点がありません。

ピアツーピア システムは、そのアーキテクチャに基づいて分類できます。主な 3 つのタイプは、非構造化、構造化、ハイブリッド P2P ネットワークと呼ばれます。

非構造化P2Pネットワーク

非構造化 P2P ネットワークでは、ノードの特定の構成は示されません。参加者は互いにランダムに通信します。これらのシステムは、高チャーンアクティビティ (つまり、複数のノードが頻繁にネットワークに参加したり離脱したりすること) に対して堅牢であると考えられています。

非構造化 P2P ネットワークは構築が簡単ですが、検索クエリが可能な限り多くのピアに送信されるため、CPU とメモリの使用量が多くなる可能性があります。特に、少数のノードが目的のコンテンツを提供している場合は、ネットワークがクエリで溢れる傾向があります。

構造化されたP2Pネットワーク

対照的に、構造化された P2P ネットワークは組織化されたアーキテクチャを備えており、コンテンツが広く利用可能でない場合でも、ノードがファイルを効率的に検索できます。ほとんどの場合、これはデータベース検索を容易にするハッシュ関数の使用によって実現されます。

構造化ネットワークはより効率的かもしれませんが、集中化のレベルが高くなる傾向があり、通常はセットアップとメンテナンスのコストが高くなります。また、構造化ネットワークは、解約率が高い場合の堅牢性が低くなります。

ハイブリッドP2Pネットワーク

ハイブリッド P2P ネットワークは、従来のクライアント サーバー モデルとピアツーピア アーキテクチャのいくつかの側面を組み合わせたものです。たとえば、その設計には、ピア間の接続を容易にする中央サーバーが含まれる場合があります。

他の 2 つのタイプと比較すると、ハイブリッド モデルは全体的なパフォーマンスが向上する傾向があります。通常、ハイブリッド モデルは各アプローチの主な利点のいくつかを組み合わせ、大幅な効率性と分散化を同時に実現します。

分散型と非中央集権型

P2P アーキテクチャは本質的に分散型ですが、分散化の度合いはさまざまであることに注意することが重要です。したがって、すべての P2P ネットワークが分散型であるわけではありません。

実際、多くのシステムはネットワーク アクティビティを統制する中央機関に依存しており、ある程度集中化されています。たとえば、一部の P2P ファイル共有システムでは、ユーザーは他のユーザーのファイルを検索してダウンロードできますが、検索クエリの管理など、他のプロセスに参加することはできません。

さらに、共通の目標を持つ限られたユーザーベースによって制御される小規模ネットワークは、集中型のネットワーク インフラストラクチャが存在しないにもかかわらず、集中化の度合いが高いとも言えます。

ブロックチェーンにおけるP2Pの役割

ビットコインの初期段階では、サトシ・ナカモトがこれを「ピアツーピア電子キャッシュシステム」と定義しました。ビットコインはデジタル形式のお金として作成されました。ブロックチェーンと呼ばれる分散型台帳を管理する P2P ネットワークを通じて、ユーザー間で送金できます。

この文脈において、ブロックチェーン技術に固有の P2P アーキテクチャにより、ビットコインやその他の暗号通貨は、仲介者や中央サーバーを必要とせずに世界中に転送できます。また、ブロックの検証と検証のプロセスに参加したい場合は、誰でもビットコイン ノードを設定できます。

そのため、ビットコイン ネットワークでは、取引を処理または記録する銀行は存在しません。代わりに、ブロックチェーンはすべてのアクティビティを公開記録するデジタル台帳として機能します。基本的に、各ノードはブロックチェーンのコピーを保持し、他のノードと比較してデータの正確性を確認します。ネットワークは、悪意のあるアクティビティや不正確な情報をすぐに拒否します。

暗号通貨ブロックチェーンの文脈では、ノードはさまざまな役割を担うことができます。たとえば、フルノードは、システムのコンセンサスルールに照らしてトランザクションを検証することで、ネットワークにセキュリティを提供します。

各フルノードはブロックチェーンの完全かつ最新のコピーを保持しており、分散型台帳の真の状態を検証する共同作業に参加できます。ただし、すべてのフル検証ノードがマイナーであるとは限らないことに注意してください。

利点

ブロックチェーンのピアツーピア アーキテクチャには、多くの利点があります。最も重要な利点の 1 つは、P2P ネットワークが従来のクライアント サーバー構成よりも優れたセキュリティを提供するという点です。多数のノードにブロックチェーンを分散させることで、多くのシステムを悩ませているサービス拒否 (DoS) 攻撃を実質的に回避できます。

同様に、データがブロックチェーンに追加される前にノードの過半数が合意を形成する必要があるため、攻撃者がデータを改ざんすることはほぼ不可能です。これは、ビットコインのような大規模なネットワークでは特に当てはまります。小規模なブロックチェーンは、最終的に 1 人の人物またはグループがノードの過半数を制御できるようになるため、攻撃を受けやすくなります (これは 51 パーセント攻撃として知られています)。

その結果、分散型ピアツーピア ネットワークと多数決のコンセンサス要件を組み合わせることで、ブロックチェーンは悪意のあるアクティビティに対して比較的高い耐性を持つようになります。P2P モデルは、ビットコイン (および他のブロックチェーン) がいわゆるビザンチン フォールト トレランスを実現できた理由の 1 つです。

暗号通貨ブロックチェーンでは、セキュリティ以外にも、P2P アーキテクチャを採用しているため、中央当局による検閲にも耐性があります。通常の銀行口座とは異なり、暗号通貨ウォレットは政府によって凍結または資金が流出することはありません。この耐性は、民間の支払い処理やコンテンツ プラットフォームによる検閲にも適用されます。一部のコンテンツ作成者やオンライン マーチャントは、第三者による支払いブロックを回避する方法として暗号通貨による支払いを採用しました。

制限事項

多くの利点があるにもかかわらず、ブロックチェーン上での P2P ネットワークの使用には一定の制限もあります。

分散型台帳は中央サーバーではなく各ノードで更新する必要があるため、ブロックチェーンにトランザクションを追加するには膨大な計算能力が必要です。これによりセキュリティは向上しますが、効率性が大幅に低下し、スケーラビリティと広範な採用に関して大きな障害の 1 つとなります。それでも、暗号学者とブロックチェーン開発者は、スケーリング ソリューションとして使用できる代替手段を調査しています。代表的な例としては、Lightning Network、Ethereum Plasma、Mimblewimble プロトコルなどがあります。

もう一つの潜在的な制限は、ハードフォークイベント中に発生する可能性のある攻撃に関係しています。ほとんどのブロックチェーンは分散化され、オープンソースであるため、ノードのグループはコードを自由にコピーおよび変更し、メインチェーンから分離して新しい並列ネットワークを形成できます。ハードフォークはまったく正常であり、それ自体は脅威ではありません。ただし、特定のセキュリティ方法が適切に採用されていない場合、両方のチェーンがリプレイ攻撃に対して脆弱になる可能性があります。

さらに、P2P ネットワークの分散的な性質により、ブロックチェーン分野に限らず、ネットワークの制御と規制が比較的困難になっています。いくつかの P2P アプリケーションや企業が違法行為や著作権侵害に関与しています。

最後に

ピアツーピア アーキテクチャはさまざまな方法で開発および使用することができ、暗号通貨を可能にするブロックチェーンの中核を成しています。P2P アーキテクチャは、大規模なノード ネットワーク全体にトランザクション台帳を分散することで、セキュリティ、分散化、検閲耐性を実現します。

P2P システムは、ブロックチェーン技術における有用性に加えて、ファイル共有ネットワークからエネルギー取引プラットフォームに至るまで、他の分散コンピューティング アプリケーションにも役立ちます。