Was ist Peer-to-Peer (P2P)?
In der Informatik besteht ein Peer-to-Peer-Netzwerk (P2P) aus einer Gruppe von Geräten, die gemeinsam Dateien speichern und teilen. Jeder Teilnehmer (Knoten) fungiert als einzelner Peer. Alle Knoten haben in der Regel die gleiche Leistung und führen die gleichen Aufgaben aus.
In der Finanztechnologie bezeichnet der Begriff Peer-to-Peer üblicherweise den Austausch von Währungen oder digitalen Vermögenswerten über ein verteiltes Netzwerk. P2P-Plattformen ermöglichen Käufern und Verkäufern die direkte Abwicklung von Geschäften, ohne dass Zwischenhändler erforderlich sind. In einigen Fällen bieten Websites möglicherweise auch eine P2P-Umgebung, die Kreditgeber und Kreditnehmer miteinander verbindet.
Die P2P-Architektur kann für viele verschiedene Anwendungsfälle geeignet sein, erfreute sich jedoch insbesondere in den 1990er Jahren großer Beliebtheit, als die erste Filesharing-Software entwickelt wurde. Heutzutage sind P2P-Netzwerke zum Kern der meisten digitalen Währungen geworden, die einen großen Teil der Blockchain-Industrie ausmachen. Allerdings wird es derzeit auch in anderen verteilten Computeranwendungen unterstützt, einschließlich Websuchmaschinen, Streaming-Plattformen, Online-Marktplätzen und dem Webprotokoll InterPlanetary File System (IPFS).
Wie funktioniert P2P?
Grundsätzlich werden P2P-Systeme von einem verteilten Netzwerk von Benutzern verwaltet und verfügen in der Regel nicht über einen zentralen Administrator oder Server, da jeder Knoten eine Kopie der Dateien enthält und als Client und Server für die anderen Knoten fungiert. Daher kann jeder Knoten Dateien von anderen Knoten herunterladen oder Dateien auf andere Knoten hochladen. Dies unterscheidet P2P-Netzwerke von herkömmlichen Serversystemen, bei denen Geräte Dateien von einem zentralen Server herunterladen.
Über P2P-Netzwerke verbundene Geräte teilen auf ihren Festplatten gespeicherte Dateien mithilfe von Softwareanwendungen, die für die Daten- und Dateifreigabe konzipiert sind. Benutzer können auch andere verbundene Geräte im Netzwerk abfragen, um Dateien zu finden und herunterzuladen. Sobald ein Benutzer eine bestimmte Datei herunterlädt, kann er als Quelle dieser Datei fungieren.
Mit anderen Worten: Wenn ein Knoten als Client fungiert, lädt er Dateien von anderen Netzwerkknoten herunter. Wenn Knoten jedoch als Server fungieren, werden sie zur Quelle, von der andere Knoten Dateien herunterladen können. In der Praxis können jedoch beide Funktionen gleichzeitig ausgeführt werden (z. B. Datei A herunterladen und Datei B hochladen).
P2P-Netzwerke werden tendenziell schneller und effizienter, wenn ihre Benutzerbasis wächst, da jeder Knoten Dateien speichert, überträgt und empfängt. Darüber hinaus macht die verteilte Architektur P2P-Systeme äußerst widerstandsfähig gegen Cyberangriffe, da P2P-Netzwerke im Gegensatz zu herkömmlichen Modellen keinen Single Point of Failure aufweisen.
Wir können Peer-to-Peer-Systeme nach ihrer Architektur klassifizieren. Die drei Haupttypen von P2P-Netzwerken werden als unstrukturiert, strukturiert und hybrid bezeichnet.
Unregulierte P2P-Netzwerke
Unstrukturierte P2P-Netzwerke bieten keine spezifische Knotenorganisation. Wo die Teilnehmer zufällig miteinander kommunizieren. Diese Systeme sind effektiv, wenn ein Zustand hoher Aktivität vorliegt (z. B. wenn viele Knoten häufig dem Netzwerk beitreten und es verlassen).
Obwohl unstrukturierte P2P-Netzwerke einfach aufzubauen sind, erfordern sie möglicherweise eine höhere CPU- und Speicherauslastung, da Suchanfragen an möglichst viele Peers gesendet werden. Dies führt dazu, dass das Netzwerk mit Anfragen überschwemmt wird, insbesondere wenn nur wenige Knoten den angeforderten Inhalt bereitstellen.
Organisierte P2P-Netzwerke
Im Gegensatz dazu bieten strukturierte P2P-Netzwerke, wie der Name schon sagt, eine organisierte Struktur. Dadurch können Knoten effizient nach Dateien suchen, auch wenn der Inhalt nicht allgemein verfügbar ist. In den meisten Fällen wird dies durch die Verwendung von Hash-Funktionen erreicht, die die Datenbanksuche erleichtern.
Obwohl organisierte Netzwerke möglicherweise effizienter sind, führen sie tendenziell zu einem höheren Grad an Zentralisierung und erfordern in der Regel höhere Einrichtungs- und Wartungskosten. Ansonsten sind organisierte Netzwerke auch weniger robust, wenn sie hohen Störungsraten ausgesetzt sind.
Hybride P2P-Netzwerke
Hybride P2P-Netzwerke kombinieren das traditionelle Client-Server-Modell mit einigen Aspekten einer Peer-to-Peer-Architektur. Sie entwerfen beispielsweise einen zentralen Server, der die Kommunikation zwischen Peers erleichtert.
Im Vergleich zu den beiden anderen Arten von Peer-to-Peer-Netzwerken bietet der Hybridtyp tendenziell eine bessere Gesamtleistung. Da es normalerweise einige der Hauptvorteile jedes Typs vereint. Dadurch wird ein hohes Maß an Effizienz und Dezentralisierung gleichzeitig erreicht.
Verteilt und dezentral
Obwohl die P2P-Umgebung von Natur aus verteilt ist, ist es wichtig zu beachten, dass es unterschiedliche Grade der Dezentralisierung gibt. Daher sind nicht alle P2P-Netzwerke dezentralisiert.
Tatsächlich verlassen sich viele Systeme auf eine zentrale Autorität, um die Netzwerkaktivität zu steuern, was sie gewissermaßen zentralisiert. Einige P2P-Dateifreigabesysteme ermöglichen es Benutzern beispielsweise, nach Dateien anderer Benutzer zu suchen und diese herunterzuladen, sind jedoch nicht in der Lage, an anderen Vorgängen wie der Verwaltung von Suchvorgängen teilzunehmen.
Darüber hinaus können wir sagen, dass kleine Netzwerke, die von einer begrenzten Benutzerbasis mit gemeinsamen Zielen kontrolliert werden, trotz des Fehlens einer zentralen Netzwerkinfrastruktur einen höheren Grad an Zentralisierung aufweisen.
Die Rolle von Peer-to-Peer (P2P) in der Blockchain
In den frühen Stadien von Bitcoin definierte Satoshi Nakamoto es als „Peer-to-Peer-E-Cash-System“. Bitcoin wurde als digitale Geldform geschaffen. Es kann von einem Benutzer zum anderen über ein P2P-Netzwerk übertragen werden, das ein verteiltes Hauptbuch, eine sogenannte Blockchain, betreibt.
In diesem Zusammenhang ist es die der Blockchain-Technologie innewohnende P2P-Architektur, die es ermöglicht, Bitcoin und andere digitale Währungen problemlos in die ganze Welt zu übertragen, ohne dass Zwischenhändler oder ein zentraler Server erforderlich sind. Jeder kann auch einen Knoten auf der Bitcoin-Blockchain einrichten, wenn er am Prozess der Verifizierung und Authentifizierung von Blöcken teilnehmen möchte.
Es gibt also keine Banken, die Transaktionen im Bitcoin-Netzwerk verarbeiten oder aufzeichnen. Stattdessen fungiert die Blockchain als verteiltes digitales Hauptbuch, das alle Aktivitäten öffentlich aufzeichnet, sodass andere Teilnehmer sie sehen können. Grundsätzlich verwaltet jeder Knoten eine Kopie der Blockchain und vergleicht diese mit anderen Knoten, um die Datengenauigkeit sicherzustellen. Das Netzwerk weist jede böswillige oder ungenaue Aktivität schnell zurück.
In der Kryptowährungs-Blockchain können Knoten verschiedene Rollen spielen. Vollständige Knoten sind beispielsweise diejenigen, die dem Netzwerk Sicherheit bieten, indem sie Transaktionen gemäß den Systemkonsensregeln überprüfen.
Jeder vollständige Knoten verwaltet eine vollständige, aktuelle Kopie der Blockchain und kann so an der gemeinsamen Arbeit zur Überprüfung des aktuellen Status des verteilten Hauptbuchs teilnehmen. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle vollständigen Verifizierungsknoten durch Miner repräsentiert werden.
Vorteile
Die Peer-to-Peer-Struktur der Blockchain bietet viele Vorteile. Dazu gehört vor allem die Tatsache, dass P2P-Netzwerke eine höhere Sicherheit bieten als herkömmliche Client-Server-Anordnungen. Da die Blockchain über eine große Anzahl von Knoten verteilt ist, ist sie nahezu immun gegen Denial-of-Service-Angriffe (DoS), die viele Systeme infizieren.
Da außerdem die Mehrheit der Knoten einen Konsens erzielen muss, bevor Daten zur Blockchain hinzugefügt werden, ist es für einen Angreifer nahezu unmöglich, die Daten zu ändern. Dies gilt insbesondere für große Netzwerke wie das Bitcoin-Netzwerk. Kleinere Blockchain-Netzwerke sind anfälliger für Angriffe, da eine Person oder Gruppe letztendlich die Mehrheit der Knoten kontrollieren kann (dies wird als 51-%-Angriff oder Mehrheitsangriff bezeichnet).
Infolgedessen verleiht ein verteiltes Peer-to-Peer-Netzwerk in Kombination mit Mehrheitskonsensanforderungen Blockchain-Netzwerken einen relativ hohen Grad an Widerstandsfähigkeit gegen böswillige Aktivitäten. Das P2P-Modell ist einer der Gründe, warum Bitcoin (und andere Blockchains) die sogenannte byzantinische Fehlertoleranz erreichen können.
Zusätzlich zu dem Schutz, den sie bietet, macht die Verwendung der P2P-Architektur in Kryptowährungs-Blockchains diese auch resistent gegen die Zensur durch zentrale Behörden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bankkonten können digitale Geldbörsen nicht von Regierungen eingefroren oder ausgezahlt werden. Dieser Widerstand erstreckt sich auch auf Zensurbemühungen privater Zahlungs- und Content-Plattformen. Einige Content-Ersteller und Online-Händler haben Kryptowährungszahlungen eingeführt, um zu verhindern, dass ihre Zahlungen von Dritten blockiert werden.
Einschränkungen
Obwohl es viele Vorteile gibt, weist die Verwendung von P2P-Netzwerken auf der Blockchain auch bestimmte Einschränkungen auf.
Da das Distributed Ledger auf jedem teilnehmenden Knoten und nicht auf einem zentralen Server aktualisiert werden muss, erfordert das Hinzufügen von Transaktionen zur Blockchain eine enorme Menge an Rechenleistung. Während diese Maßnahme die Sicherheit erhöht, verringert sie die Effizienz erheblich und ist einer der größten Nachteile, wenn es um eine weit verbreitete Skalierung und Einführung geht. Kryptographie-Interessierte und Blockchain-Entwickler suchen jedoch derzeit nach Alternativen, die als Lösungen für diese Skalierung genutzt werden können. Bemerkenswerte Beispiele sind das Lightning Network, Ethereum Plasma und das Mimblewimble-Protokoll.
Eine weitere mögliche Einschränkung betrifft Angriffe, die bei Hard-Fork-Ereignissen auftreten können. Aufgrund der Tatsache, dass die meisten Blockchain-Netzwerke dezentralisiert und Open Source sind, steht es Gruppen von Knoten frei, den Code zu kopieren und zu ändern, sich von der Hauptkette zu trennen und ein neues paralleles Netzwerk zu bilden. Hard Forks sind völlig normal und stellen an sich keine Bedrohung dar. Wenn jedoch bestimmte Sicherheitsmethoden nicht ordnungsgemäß implementiert werden, können beide Ketten anfällig für Replay-Angriffe werden.
Darüber hinaus ist es aufgrund der verteilten Natur von P2P-Netzwerken relativ schwierig, sie zu kontrollieren und zu legalisieren, nicht nur im Blockchain-Bereich. Viele P2P-Anwendungen und Unternehmen waren an illegalen Aktivitäten und Urheberrechtsverletzungen beteiligt.
Abschließende Gedanken
Peer-to-Peer-Architekturen können auf vielfältige Weise entwickelt und genutzt werden. Es ist der Kern der Blockchain, der digitale Währungen ermöglicht. Die P2P-Architektur bietet Sicherheit, Dezentralisierung und Zensurresistenz, indem sie Transaktionsbücher über große Knotennetzwerke verteilt.
Zusätzlich zu ihrem Nutzen in der Blockchain-Technologie können P2P-Systeme auch in anderen verteilten Computeranwendungen eingesetzt werden, die von Filesharing-Netzwerken bis hin zu Energiehandelsplattformen reichen.