Ngang hàng (P2P) là gì?

Trong khoa học máy tính, mạng ngang hàng (P2P) bao gồm một nhóm thiết bị lưu trữ và chia sẻ tập tin chung. Mỗi người tham gia (nút) hoạt động như một cá nhân ngang hàng. Thông thường, tất cả các nút đều có quyền lực như nhau và thực hiện các nhiệm vụ giống nhau.

Trong công nghệ tài chính, thuật ngữ ngang hàng thường đề cập đến việc trao đổi tiền điện tử hoặc tài sản kỹ thuật số thông qua mạng phân tán. Nền tảng P2P cho phép người mua và người bán thực hiện giao dịch mà không cần qua trung gian. Trong một số trường hợp, các trang web cũng có thể cung cấp môi trường P2P kết nối người cho vay và người đi vay.

Kiến trúc P2P có thể phù hợp với nhiều trường hợp sử dụng khác nhau, nhưng nó trở nên đặc biệt phổ biến vào những năm 1990 khi các chương trình chia sẻ tệp đầu tiên được tạo ra. Ngày nay, mạng P2P là cốt lõi của hầu hết các loại tiền điện tử, chiếm một phần lớn trong ngành công nghiệp blockchain. Tuy nhiên, chúng cũng được tận dụng trong các ứng dụng điện toán phân tán khác, bao gồm công cụ tìm kiếm trên web, nền tảng phát trực tuyến, thị trường trực tuyến và giao thức web Hệ thống tệp liên hành tinh (IPFS).

P2P hoạt động như thế nào?

Về bản chất, hệ thống P2P được duy trì bởi một mạng lưới người dùng phân tán. Thông thường, họ không có quản trị viên hoặc máy chủ trung tâm vì mỗi nút giữ một bản sao của các tệp - đóng vai trò vừa là máy khách vừa là máy chủ đối với các nút khác. Do đó, mỗi nút có thể tải tệp xuống từ các nút khác hoặc tải tệp lên chúng. Đây là điểm khác biệt của mạng P2P với các hệ thống máy khách-máy chủ truyền thống hơn, trong đó các thiết bị máy khách tải xuống tệp từ máy chủ tập trung.

Trên mạng P2P, các thiết bị được kết nối chia sẻ các tệp được lưu trữ trên ổ cứng của chúng. Sử dụng các ứng dụng phần mềm được thiết kế để làm trung gian cho việc chia sẻ dữ liệu, người dùng có thể truy vấn các thiết bị khác trên mạng để tìm và tải xuống tệp. Khi người dùng đã tải xuống một tệp nhất định, họ có thể đóng vai trò là nguồn của tệp đó.

Nói cách khác, khi một nút hoạt động như một máy khách, chúng tải xuống các tệp từ các nút mạng khác. Nhưng khi chúng hoạt động như một máy chủ, chúng là nguồn mà từ đó các nút khác có thể tải xuống tệp. Tuy nhiên, trên thực tế, cả hai chức năng đều có thể được thực thi cùng lúc (ví dụ: tải xuống tệp A và tải lên tệp B).

Vì mỗi nút đều lưu trữ, truyền và nhận tệp nên mạng P2P có xu hướng nhanh hơn và hiệu quả hơn khi cơ sở người dùng của chúng ngày càng lớn hơn. Ngoài ra, kiến ​​trúc phân tán của chúng giúp hệ thống P2P có khả năng chống lại các cuộc tấn công mạng rất tốt. Không giống như các mô hình truyền thống, mạng P2P không có một điểm lỗi nào.

Chúng ta có thể phân loại các hệ thống ngang hàng theo kiến ​​trúc của chúng. Ba loại chính được gọi là mạng P2P không có cấu trúc, có cấu trúc và lai.

Mạng P2P không có cấu trúc

Mạng P2P không có cấu trúc không có bất kỳ tổ chức cụ thể nào của các nút. Những người tham gia giao tiếp ngẫu nhiên với nhau. Các hệ thống này được coi là mạnh mẽ trước hoạt động rời rạc cao (tức là, một số nút thường xuyên tham gia và rời khỏi mạng).

Mặc dù dễ xây dựng hơn nhưng mạng P2P không có cấu trúc có thể yêu cầu mức sử dụng CPU và bộ nhớ cao hơn vì các truy vấn tìm kiếm được gửi tới số lượng ngang hàng cao nhất có thể. Điều này có xu hướng khiến mạng tràn ngập các truy vấn, đặc biệt nếu một số lượng nhỏ nút cung cấp nội dung mong muốn.

Mạng P2P có cấu trúc

Ngược lại, mạng P2P có cấu trúc thể hiện một kiến ​​trúc có tổ chức, cho phép các nút tìm kiếm tệp một cách hiệu quả, ngay cả khi nội dung không được phổ biến rộng rãi. Trong hầu hết các trường hợp, điều này đạt được thông qua việc sử dụng các hàm băm hỗ trợ việc tra cứu cơ sở dữ liệu.

Mặc dù các mạng có cấu trúc có thể hiệu quả hơn nhưng chúng có xu hướng thể hiện mức độ tập trung cao hơn và thường yêu cầu chi phí thiết lập và bảo trì cao hơn. Ngoài ra, các mạng có cấu trúc kém mạnh mẽ hơn khi phải đối mặt với tỷ lệ rời bỏ cao.

Mạng P2P lai

Mạng P2P lai kết hợp mô hình máy khách-máy chủ thông thường với một số khía cạnh của kiến ​​trúc ngang hàng. Chẳng hạn, thiết kế của nó có thể chứa một máy chủ trung tâm tạo điều kiện kết nối giữa các đồng nghiệp.

Khi so sánh với hai loại còn lại, các mẫu xe hybrid có xu hướng thể hiện hiệu suất tổng thể được cải thiện. Họ thường kết hợp một số ưu điểm chính của từng phương pháp, đồng thời đạt được mức độ hiệu quả và phân cấp đáng kể.

Phân phối và phi tập trung

Mặc dù kiến ​​trúc P2P vốn đã được phân tán nhưng điều quan trọng cần lưu ý là có nhiều mức độ phân cấp khác nhau. Vì vậy, không phải tất cả các mạng P2P đều được phân cấp.

Trên thực tế, nhiều hệ thống dựa vào cơ quan trung ương để hướng dẫn hoạt động mạng, khiến chúng có phần tập trung hơn. Ví dụ: một số hệ thống chia sẻ tệp P2P cho phép người dùng tìm kiếm và tải xuống tệp từ những người dùng khác nhưng họ không thể tham gia vào các quy trình khác, như quản lý truy vấn tìm kiếm.

Ngoài ra, các mạng nhỏ được kiểm soát bởi cơ sở người dùng hạn chế với các mục tiêu chung cũng có thể được cho là có mức độ tập trung cao hơn, mặc dù thiếu cơ sở hạ tầng mạng tập trung.

Vai trò của P2P trong blockchain

Trong giai đoạn đầu của Bitcoin, Satoshi Nakamoto đã định nghĩa nó là “Hệ thống tiền điện tử ngang hàng”. Bitcoin được tạo ra như một dạng tiền kỹ thuật số. Nó có thể được chuyển từ người dùng này sang người dùng khác thông qua mạng P2P, mạng này quản lý sổ cái phân tán được gọi là blockchain.

Trong bối cảnh này, kiến ​​trúc P2P vốn có của công nghệ blockchain là thứ cho phép bitcoin và các loại tiền điện tử khác được chuyển giao trên toàn thế giới mà không cần đến trung gian hay bất kỳ máy chủ trung tâm nào. Ngoài ra, bất kỳ ai cũng có thể thiết lập nút Bitcoin nếu họ muốn tham gia vào quá trình xác minh và xác thực các khối.

Vì vậy, không có ngân hàng nào xử lý hoặc ghi lại các giao dịch trong mạng Bitcoin. Thay vào đó, blockchain hoạt động như một sổ cái kỹ thuật số ghi lại công khai mọi hoạt động. Về cơ bản, mỗi nút giữ một bản sao của blockchain và so sánh nó với các nút khác để đảm bảo dữ liệu là chính xác. Mạng nhanh chóng từ chối mọi hoạt động độc hại hoặc thông tin không chính xác.

Trong bối cảnh chuỗi khối tiền điện tử, các nút có thể đảm nhận nhiều vai trò khác nhau. Ví dụ: các nút đầy đủ là những nút cung cấp bảo mật cho mạng bằng cách xác minh các giao dịch theo quy tắc đồng thuận của hệ thống.

Mỗi nút đầy đủ duy trì một bản sao hoàn chỉnh, cập nhật của chuỗi khối - cho phép chúng tham gia vào công việc chung để xác minh trạng thái thực sự của sổ cái phân tán. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là không phải tất cả các nút xác thực đầy đủ đều là công cụ khai thác.

Thuận lợi

Kiến trúc ngang hàng của blockchain mang lại nhiều lợi ích. Trong số những điều quan trọng nhất là mạng P2P cung cấp tính bảo mật cao hơn so với các cơ chế client-server truyền thống. Việc phân phối các chuỗi khối trên số lượng lớn các nút khiến chúng hầu như miễn nhiễm với các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DoS) gây khó khăn cho nhiều hệ thống.

Tương tự như vậy, vì phần lớn các nút phải thiết lập sự đồng thuận trước khi dữ liệu được thêm vào chuỗi khối nên kẻ tấn công gần như không thể thay đổi dữ liệu. Điều này đặc biệt đúng đối với các mạng lớn như Bitcoin. Các chuỗi khối nhỏ hơn dễ bị tấn công hơn vì một người hoặc một nhóm cuối cùng có thể giành được quyền kiểm soát phần lớn các nút (điều này được gọi là cuộc tấn công 51%).

Do đó, mạng ngang hàng phân tán, kết hợp với yêu cầu đồng thuận của đa số, mang lại cho các chuỗi khối khả năng chống lại hoạt động độc hại ở mức độ tương đối cao. Mô hình P2P là một trong những lý do tại sao Bitcoin (và các blockchain khác) có thể đạt được cái gọi là khả năng chịu lỗi Byzantine.

Ngoài vấn đề bảo mật, việc sử dụng kiến ​​trúc P2P trong các chuỗi khối tiền điện tử còn khiến chúng có khả năng chống lại sự kiểm duyệt của chính quyền trung ương. Không giống như các tài khoản ngân hàng tiêu chuẩn, ví tiền điện tử không thể bị chính phủ đóng băng hoặc rút cạn. Sự phản kháng này cũng mở rộng đến các nỗ lực kiểm duyệt của các nền tảng nội dung và xử lý thanh toán riêng tư. Một số người sáng tạo nội dung và người bán trực tuyến đã áp dụng thanh toán bằng tiền điện tử như một cách để tránh bị bên thứ ba chặn khoản thanh toán của họ.

Hạn chế

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng việc sử dụng mạng P2P trên blockchain cũng có những hạn chế nhất định.

Bởi vì sổ cái phân tán phải được cập nhật trên mỗi nút thay vì trên một máy chủ trung tâm, nên việc thêm các giao dịch vào chuỗi khối đòi hỏi một lượng lớn sức mạnh tính toán. Mặc dù điều này giúp tăng cường bảo mật nhưng nó làm giảm đáng kể hiệu quả và là một trong những trở ngại chính khi nói đến khả năng mở rộng và áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các nhà mật mã học và nhà phát triển blockchain đang nghiên cứu các lựa chọn thay thế có thể được sử dụng làm giải pháp mở rộng quy mô. Các ví dụ nổi bật bao gồm Lightning Network, Ethereum Plasma và giao thức Mimblewimble.

Một hạn chế tiềm ẩn khác liên quan đến các cuộc tấn công có thể phát sinh trong các sự kiện hard fork. Vì hầu hết các chuỗi khối đều phi tập trung và là nguồn mở, các nhóm nút có thể tự do sao chép và sửa đổi mã và tách khỏi chuỗi chính để tạo thành một mạng song song mới. Hard fork là hoàn toàn bình thường và bản thân chúng không phải là một mối đe dọa. Nhưng nếu một số phương pháp bảo mật nhất định không được áp dụng đúng cách, cả hai chuỗi có thể trở nên dễ bị tấn công lại.

Hơn nữa, tính chất phân tán của mạng P2P khiến chúng tương đối khó kiểm soát và điều chỉnh, không chỉ trong lĩnh vực blockchain. Một số ứng dụng và công ty P2P đã tham gia vào các hoạt động bất hợp pháp và vi phạm bản quyền.

Bớt tư tưởng

Kiến trúc ngang hàng có thể được phát triển và sử dụng theo nhiều cách khác nhau và đó là cốt lõi của các chuỗi khối giúp tạo ra tiền điện tử. Bằng cách phân phối sổ cái giao dịch trên các mạng nút lớn, kiến ​​trúc P2P mang lại tính bảo mật, phân quyền và chống kiểm duyệt.

Ngoài tính hữu ích của chúng trong công nghệ blockchain, hệ thống P2P còn có thể phục vụ các ứng dụng điện toán phân tán khác, từ mạng chia sẻ tệp đến nền tảng giao dịch năng lượng.