Що таке одноранговий (P2P)?
У інформатиці однорангова мережа (P2P) складається з групи пристроїв, які спільно зберігають і обмінюються файлами. Кожен учасник (вузол) діє як окремий пір. Як правило, усі вузли мають однакову потужність і виконують однакові завдання.
У фінансових технологіях термін «одноранговий» зазвичай стосується обміну криптовалютами або цифровими активами через розподілену мережу. Платформа P2P дозволяє покупцям і продавцям здійснювати операції без посередників. У деяких випадках веб-сайти можуть також надавати середовище P2P, яке з’єднує кредиторів і позичальників.
Архітектура P2P може бути придатною для різних випадків використання, але вона стала особливо популярною в 1990-х роках, коли були створені перші програми для обміну файлами. Сьогодні P2P-мережі є основою більшості криптовалют і становлять значну частину індустрії блокчейнів. Однак вони також використовуються в інших розподілених обчислювальних програмах, включаючи веб-пошукові системи, потокові платформи, онлайн-ринки та веб-протокол міжпланетної файлової системи (IPFS).
Як працює P2P?
По суті, система P2P підтримується розподіленою мережею користувачів. Зазвичай вони не мають центрального адміністратора чи сервера, оскільки кожен вузол містить копію файлів, діючи як клієнт, так і сервер для інших вузлів. Таким чином, кожен вузол може завантажувати файли з інших вузлів або завантажувати файли на них. Це те, що відрізняє мережі P2P від більш традиційних систем клієнт-сервер, у яких клієнтські пристрої завантажують файли з централізованого сервера.
У мережах P2P підключені пристрої обмінюються файлами, які зберігаються на їхніх жорстких дисках. Використовуючи програмні додатки, призначені для обміну даними, користувачі можуть запитувати інші пристрої в мережі, щоб знайти та завантажити файли. Після того, як користувач завантажив певний файл, він може діяти як джерело цього файлу.
Іншими словами, коли вузол діє як клієнт, він завантажує файли з інших вузлів мережі. Але коли вони працюють як сервери, вони є джерелом, з якого інші вузли можуть завантажувати файли. Однак на практиці обидві функції можуть виконуватися одночасно (наприклад, завантаження файлу A та завантаження файлу B).
Оскільки кожен вузол зберігає, передає та отримує файли, P2P-мережі, як правило, стають швидшими та ефективнішими, оскільки їхня база користувачів зростає. Крім того, їх розподілена архітектура робить системи P2P дуже стійкими до кібератак. На відміну від традиційних моделей, мережі P2P не мають єдиної точки відмови.
Ми можемо класифікувати однорангові системи відповідно до їх архітектури. Три основних типи називаються неструктурованими, структурованими та гібридними мережами P2P.
Неструктуровані мережі P2P
Неструктуровані мережі P2P не представляють жодної конкретної організації вузлів. Учасники спілкуються один з одним випадковим чином. Ці системи вважаються стійкими до високої активності відтоку (тобто кілька вузлів часто приєднуються та залишають мережу).
Незважаючи на те, що неструктуровані P2P-мережі легше побудувати, вони можуть вимагати більшого використання процесора та пам’яті, оскільки пошукові запити надсилаються найбільшій можливій кількості однорангових мереж. Це має тенденцію заповнювати мережу запитами, особливо якщо невелика кількість вузлів пропонує потрібний вміст.
Структуровані мережі P2P
Навпаки, структуровані P2P-мережі представляють організовану архітектуру, що дозволяє вузлам ефективно шукати файли, навіть якщо вміст не є широко доступним. У більшості випадків це досягається за допомогою хеш-функцій, які полегшують пошук бази даних.
Хоча структуровані мережі можуть бути більш ефективними, вони, як правило, представляють вищий рівень централізації та зазвичай потребують вищих витрат на налаштування та обслуговування. Окрім цього, структуровані мережі менш надійні, коли стикаються з високими темпами відтоку.
Гібридні мережі P2P
Гібридні мережі P2P поєднують звичайну модель клієнт-сервер з деякими аспектами однорангової архітектури. Наприклад, його конструкція може містити центральний сервер, який полегшує зв’язок між одноранговими користувачами.
У порівнянні з двома іншими типами гібридні моделі, як правило, демонструють покращену загальну продуктивність. Зазвичай вони поєднують деякі основні переваги кожного підходу, досягаючи значного рівня ефективності та децентралізації одночасно.
Розподілений проти децентралізованого
Незважаючи на те, що архітектура P2P за своєю суттю є розподіленою, важливо зазначити, що існують різні ступені децентралізації. Таким чином, не всі мережі P2P децентралізовані.
Насправді багато систем покладаються на центральний орган для керування мережевою діяльністю, що робить їх дещо централізованими. Наприклад, деякі системи обміну файлами P2P дозволяють користувачам шукати та завантажувати файли від інших користувачів, але вони не можуть брати участь в інших процесах, як-от керування пошуковими запитами.
Крім того, можна сказати, що невеликі мережі, керовані обмеженою базою користувачів із спільними цілями, мають вищий ступінь централізації, незважаючи на відсутність централізованої мережевої інфраструктури.
Роль P2P в блокчейнах
На ранніх стадіях біткойна Сатоші Накамото визначив його як «однорангову електронну готівкову систему». Біткойн був створений як цифрова форма грошей. Його можна передавати від одного користувача до іншого через мережу P2P, яка керує розподіленою книгою під назвою блокчейн.
У цьому контексті архітектура P2P, властива технології блокчейн, дозволяє передавати біткойни та інші криптовалюти по всьому світу без посередників або центрального сервера. Крім того, будь-хто може створити біткойн-вузол, якщо бажає брати участь у процесі перевірки та перевірки блоків.
Отже, немає банків, які обробляють або записують транзакції в мережі Bitcoin. Натомість блокчейн діє як цифрова книга, яка публічно записує всі дії. По суті, кожен вузол зберігає копію блокчейну та порівнює його з іншими вузлами, щоб переконатися в точності даних. Мережа швидко відхиляє будь-яку зловмисну діяльність або неточності.
У контексті блокчейнів криптовалюти вузли можуть виконувати різні ролі. Повноцінні вузли, наприклад, забезпечують безпеку мережі шляхом перевірки транзакцій на відповідність правилам консенсусу системи.
Кожен повний вузол підтримує повну оновлену копію блокчейну, що дозволяє їм брати участь у колективній роботі з перевірки справжнього стану розподіленої книги. Однак варто зазначити, що не всі вузли повної перевірки є майнерами.
Переваги
Однорангова архітектура блокчейнів надає багато переваг. Серед найважливіших є той факт, що мережі P2P пропонують більший рівень безпеки, ніж традиційні клієнт-серверні механізми. Розподіл блокчейнів по великій кількості вузлів робить їх практично несприйнятливими до атак типу «Відмова в обслуговуванні» (DoS), які вражають численні системи.
Так само, оскільки більшість вузлів повинні досягти консенсусу, перш ніж дані будуть додані в блокчейн, зловмиснику практично неможливо змінити дані. Це особливо вірно для великих мереж, таких як мережа біткойнів. Менші блокчейни більш сприйнятливі до атак, тому що одна особа або група може зрештою отримати контроль над більшістю вузлів (це відоме як атака на 51 відсоток).
Як наслідок, розподілена однорангова мережа в поєднанні з вимогою консенсусу більшості надає блокчейнам відносно високий ступінь стійкості до зловмисної діяльності. Модель P2P є однією з причин, чому біткойн (та інші блокчейни) змогли досягти так званої візантійської відмовостійкості.
Окрім безпеки, використання архітектури P2P у блокчейнах криптовалюти також робить їх стійкими до цензури з боку центральних органів влади. На відміну від стандартних банківських рахунків, криптовалютні гаманці не можуть бути заморожені або виснажені урядом. Цей опір також поширюється на зусилля цензури з боку приватних платформ обробки платежів і контенту. Деякі творці контенту та онлайн-продавці прийняли платежі в криптовалюті, щоб уникнути блокування їхніх платежів третіми сторонами.
Обмеження
Незважаючи на численні переваги, використання мереж P2P на блокчейнах також має певні обмеження.
Оскільки розподілені книги повинні оновлюватися на кожному окремому вузлі, а не на центральному сервері, додавання транзакцій до блокчейну потребує величезної кількості обчислювальних ресурсів. Хоча це забезпечує підвищену безпеку, це значно знижує ефективність і є однією з головних перешкод, коли справа доходить до масштабованості та широкого впровадження. Тим не менш, криптографи та розробники блокчейнів досліджують альтернативи, які можна використовувати як рішення для масштабування. Яскравими прикладами є Lightning Network, Ethereum Plasma та протокол Mimblewimble.
Інше потенційне обмеження стосується атак, які можуть виникнути під час хардфорків. Оскільки більшість блокчейнів є децентралізованими та мають відкритий код, групи вузлів можуть вільно копіювати та змінювати код і відокремлюватися від основного ланцюга, щоб сформувати нову паралельну мережу. Хардфорки — це абсолютно нормально і самі по собі не становлять загрози. Але якщо певні методи безпеки не застосовуються належним чином, обидва ланцюжки можуть стати вразливими для атак повтору.
Крім того, розподілена природа мереж P2P робить їх відносно складними для контролю та регулювання не лише в ніші блокчейну. Кілька P2P-додатків і компаній були втягнуті в незаконну діяльність і порушення авторських прав.
Закриття думок
Архітектуру однорангового зв’язку можна розробляти та використовувати багатьма різними способами, і вона лежить в основі блокчейнів, які роблять можливими криптовалюти. Розповсюджуючи журнали транзакцій у великих мережах вузлів, архітектура P2P забезпечує безпеку, децентралізацію та стійкість до цензури.
На додаток до їх корисності в технології блокчейн, системи P2P також можуть обслуговувати інші розподілені обчислювальні програми, починаючи від мереж обміну файлами до платформ для торгівлі енергією.
