Co to jest peer-to-peer (P2P)?

W informatyce sieć peer-to-peer (P2P) składa się z grupy urządzeń, które wspólnie przechowują i udostępniają pliki. Każdy uczestnik (węzeł) działa jako indywidualny partner. Zazwyczaj wszystkie węzły mają równą moc i wykonują te same zadania.

W technologii finansowej termin peer-to-peer zwykle odnosi się do wymiany kryptowalut lub aktywów cyfrowych za pośrednictwem sieci rozproszonej. Platforma P2P umożliwia kupującym i sprzedającym zawieranie transakcji bez konieczności korzystania z pośredników. W niektórych przypadkach strony internetowe mogą również zapewniać środowisko P2P, które łączy pożyczkodawców i pożyczkobiorców.

Architektura P2P może być odpowiednia do różnych zastosowań, ale stała się szczególnie popularna w latach 90. XX wieku, kiedy powstały pierwsze programy do wymiany plików. Obecnie sieci P2P stanowią rdzeń większości kryptowalut, stanowiąc dużą część branży blockchain. Jednakże są one również wykorzystywane w innych aplikacjach przetwarzania rozproszonego, w tym w wyszukiwarkach internetowych, platformach przesyłania strumieniowego, platformach handlowych online i protokole sieciowym InterPlanetary File System (IPFS).


Jak działa P2P?

Zasadniczo system P2P jest utrzymywany przez rozproszoną sieć użytkowników. Zwykle nie mają centralnego administratora ani serwera, ponieważ każdy węzeł przechowuje kopię plików – działając zarówno jako klient, jak i serwer dla innych węzłów. W ten sposób każdy węzeł może pobierać pliki z innych węzłów lub przesyłać do nich pliki. To właśnie odróżnia sieci P2P od bardziej tradycyjnych systemów klient-serwer, w których urządzenia klienckie pobierają pliki ze scentralizowanego serwera.

W sieciach P2P podłączone urządzenia udostępniają pliki przechowywane na ich dyskach twardych. Korzystając z aplikacji zaprojektowanych do pośredniczenia w udostępnianiu danych, użytkownicy mogą wysyłać zapytania do innych urządzeń w sieci w celu znalezienia i pobrania plików. Gdy użytkownik pobierze dany plik, może następnie działać jako źródło tego pliku.

Innymi słowy, gdy węzeł pełni rolę klienta, pobiera pliki z innych węzłów sieci. Kiedy jednak pracują jako serwer, są źródłem, z którego inne węzły mogą pobierać pliki. W praktyce jednak obie funkcje mogą być wykonywane jednocześnie (np. pobieranie pliku A i przesyłanie pliku B).

Ponieważ każdy węzeł przechowuje, przesyła i odbiera pliki, sieci P2P są zwykle szybsze i wydajniejsze w miarę powiększania się ich bazy użytkowników. Ponadto ich rozproszona architektura sprawia, że ​​systemy P2P są bardzo odporne na cyberataki. W przeciwieństwie do tradycyjnych modeli, sieci P2P nie mają ani jednego punktu awarii.

Możemy kategoryzować systemy peer-to-peer według ich architektury. Trzy główne typy nazywane są sieciami niestrukturalnymi, strukturalnymi i hybrydowymi P2P.


Niestrukturalne sieci P2P

Nieustrukturyzowane sieci P2P nie charakteryzują się żadną konkretną organizacją węzłów. Uczestnicy komunikują się ze sobą losowo. Systemy te są uważane za odporne na wysoką aktywność zmian (tj. kilka węzłów często przyłączających się do sieci i opuszczających ją).

Chociaż łatwiejsze w budowie, nieustrukturyzowane sieci P2P mogą wymagać większego użycia procesora i pamięci, ponieważ zapytania wyszukiwania są wysyłane do największej możliwej liczby równorzędnych użytkowników. Prowadzi to do zalewania sieci zapytaniami, zwłaszcza jeśli niewielka liczba węzłów oferuje żądaną treść.


Strukturalne sieci P2P

Natomiast strukturalne sieci P2P charakteryzują się zorganizowaną architekturą, umożliwiającą węzłom efektywne wyszukiwanie plików, nawet jeśli ich treść nie jest powszechnie dostępna. W większości przypadków osiąga się to poprzez zastosowanie funkcji skrótu, które ułatwiają przeszukiwanie baz danych.

Chociaż sieci strukturalne mogą być bardziej wydajne, zwykle charakteryzują się wyższym poziomem centralizacji i zwykle wymagają wyższych kosztów konfiguracji i konserwacji. Poza tym sieci strukturalne są mniej wytrzymałe w obliczu wysokiego wskaźnika rezygnacji.


Hybrydowe sieci P2P

Hybrydowe sieci P2P łączą konwencjonalny model klient-serwer z niektórymi aspektami architektury peer-to-peer. Na przykład jego projekt może zawierać centralny serwer, który ułatwia połączenie między urządzeniami równorzędnymi.

W porównaniu z pozostałymi dwoma typami modele hybrydowe charakteryzują się zazwyczaj lepszą ogólną wydajnością. Zwykle łączą w sobie niektóre główne zalety każdego podejścia, osiągając jednocześnie znaczny stopień wydajności i decentralizacji.


Rozproszone a zdecentralizowane

Chociaż architektura P2P jest z natury rozproszona, należy pamiętać, że istnieją różne stopnie decentralizacji. Dlatego nie wszystkie sieci P2P są zdecentralizowane.

W rzeczywistości wiele systemów opiera się na organie centralnym, który kieruje działalnością sieci, co czyni je nieco scentralizowanymi. Na przykład niektóre systemy wymiany plików P2P umożliwiają użytkownikom wyszukiwanie i pobieranie plików od innych użytkowników, ale nie mogą uczestniczyć w innych procesach, takich jak zarządzanie zapytaniami.

Ponadto można powiedzieć, że małe sieci kontrolowane przez ograniczoną bazę użytkowników mających wspólne cele charakteryzują się wyższym stopniem centralizacji pomimo braku scentralizowanej infrastruktury sieciowej.


Rola P2P w blockchainach

Na wczesnych etapach rozwoju Bitcoina Satoshi Nakamoto zdefiniował go jako „elektroniczny system gotówkowy typu peer-to-peer”. Bitcoin powstał jako cyfrowa forma pieniądza. Można go przesyłać od jednego użytkownika do drugiego za pośrednictwem sieci P2P, która zarządza rozproszoną księgą zwaną blockchain.

W tym kontekście architektura P2P, nieodłącznie związana z technologią blockchain, umożliwia transfer bitcoinów i innych kryptowalut na całym świecie, bez konieczności korzystania z pośredników ani żadnego centralnego serwera. Ponadto każdy może skonfigurować węzeł Bitcoin, jeśli chce uczestniczyć w procesie weryfikacji i walidacji bloków.

Zatem w sieci Bitcoin nie ma banków przetwarzających ani rejestrujących transakcji. Zamiast tego blockchain działa jak cyfrowa księga, która publicznie rejestruje całą aktywność. Zasadniczo każdy węzeł przechowuje kopię łańcucha bloków i porównuje ją z innymi węzłami, aby upewnić się, że dane są dokładne. Sieć szybko odrzuca wszelkie złośliwe działania lub niedokładności.

W kontekście łańcuchów bloków kryptowalut węzły mogą przyjmować różne role. Na przykład pełne węzły to te, które zapewniają bezpieczeństwo sieci, weryfikując transakcje pod kątem reguł konsensusu systemu.

Każdy pełny węzeł utrzymuje kompletną, zaktualizowaną kopię łańcucha bloków – umożliwiając im udział w zbiorowej pracy nad weryfikacją prawdziwego stanu rozproszonej księgi głównej. Warto jednak zauważyć, że nie wszystkie węzły z pełną walidacją są górnikami.


Zalety

Architektura blockchainów typu peer-to-peer zapewnia wiele korzyści. Do najważniejszych należy fakt, że sieci P2P oferują większe bezpieczeństwo niż tradycyjne układy klient-serwer. Rozmieszczenie łańcuchów bloków na dużej liczbie węzłów czyni je praktycznie odpornymi na ataki typu „odmowa usługi” (DoS), które nękają wiele systemów.

Podobnie, ponieważ większość węzłów musi osiągnąć konsensus przed dodaniem danych do łańcucha bloków, zmiana danych przez osobę atakującą jest prawie niemożliwa. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku dużych sieci, takich jak Bitcoin. Mniejsze łańcuchy bloków są bardziej podatne na ataki, ponieważ jedna osoba lub grupa może ostatecznie przejąć kontrolę nad większością węzłów (jest to znane jako atak 51 procent).

W rezultacie rozproszona sieć peer-to-peer, w połączeniu z wymogiem konsensusu większości, zapewnia łańcuchom bloków stosunkowo wysoki stopień odporności na złośliwe działania. Model P2P jest jednym z powodów, dla których Bitcoin (i inne blockchainy) był w stanie osiągnąć tzw. bizantyjską tolerancję na błędy.

Oprócz bezpieczeństwa, zastosowanie architektury P2P w blockchainach kryptowalut czyni je również odpornymi na cenzurę ze strony władz centralnych. W przeciwieństwie do standardowych kont bankowych, portfele kryptowalut nie mogą być zamrażane ani opróżniane przez rządy. Opór ten rozciąga się również na wysiłki cenzury podejmowane przez prywatne platformy przetwarzania płatności i treści. Niektórzy twórcy treści i sprzedawcy internetowi przyjęli płatności w kryptowalutach, aby uniknąć blokowania ich płatności przez osoby trzecie.


Ograniczenia

Pomimo wielu zalet, korzystanie z sieci P2P na blockchainach ma również pewne ograniczenia.

Ponieważ rozproszone księgi rachunkowe muszą być aktualizowane w każdym pojedynczym węźle, a nie na serwerze centralnym, dodawanie transakcji do łańcucha bloków wymaga ogromnej ilości mocy obliczeniowej. Chociaż zapewnia to większe bezpieczeństwo, znacznie zmniejsza wydajność i jest jedną z głównych przeszkód, jeśli chodzi o skalowalność i powszechne przyjęcie. Niemniej jednak kryptografowie i twórcy blockchainów badają alternatywy, które można wykorzystać jako rozwiązania skalujące. Wybitne przykłady obejmują Lightning Network, Ethereum Plasma i protokół Mimblewimble.

Inne potencjalne ograniczenie dotyczy ataków, które mogą wystąpić podczas zdarzeń typu hard fork. Ponieważ większość łańcuchów bloków jest zdecentralizowana i ma otwarte oprogramowanie, grupy węzłów mogą swobodnie kopiować i modyfikować kod oraz oddzielać się od głównego łańcucha, tworząc nową, równoległą sieć. Hard forki są całkowicie normalne i same w sobie nie stanowią zagrożenia. Jeśli jednak pewne metody bezpieczeństwa nie zostaną odpowiednio przyjęte, oba łańcuchy mogą stać się podatne na ataki typu „replay”.

Co więcej, rozproszony charakter sieci P2P sprawia, że ​​stosunkowo trudno je kontrolować i regulować, nie tylko w niszy blockchain. Kilka aplikacji i firm P2P zaangażowało się w nielegalne działania i naruszenia praw autorskich.


Zamykanie myśli

Architekturę peer-to-peer można rozwijać i wykorzystywać na wiele różnych sposobów, a to ona stanowi rdzeń łańcuchów bloków, dzięki którym kryptowaluty są możliwe. Dystrybuując księgi transakcji w dużych sieciach węzłów, architektura P2P zapewnia bezpieczeństwo, decentralizację i odporność na cenzurę.

Oprócz ich przydatności w technologii blockchain, systemy P2P mogą również służyć innym rozproszonym aplikacjom obliczeniowym, od sieci wymiany plików po platformy handlu energią.