Was ist Peer-to-Peer (P2P)?
Beim Peer-to-Peer-Computing (P2P) besteht ein (P2P-)Netzwerk aus einer Gruppe von Geräten, die Dateien gemeinsam nutzen und teilen. Jeder Teilnehmer (Knoten) fungiert als separater Peer. In der Regel haben alle Knoten die gleiche Leistung und erfüllen die gleichen Aufgaben.
In der Finanztechnologie bezeichnet der Begriff „Peer-to-Peer“ üblicherweise den Austausch von Kryptowährungen oder digitalen Vermögenswerten über ein verteiltes Netzwerk. Die P2P-Plattform ermöglicht Käufern und Verkäufern, Transaktionen ohne Zwischenhändler durchzuführen. In einigen Fällen bieten Websites möglicherweise auch eine P2P-Umgebung, die Kreditgeber und Kreditnehmer miteinander verbindet.
Die P2P-Architektur kann für eine Vielzahl von Anwendungsfällen geeignet sein, erfreute sich jedoch insbesondere in den 1990er Jahren großer Beliebtheit, als die ersten Filesharing-Anwendungen erstellt wurden. Heutzutage basieren die meisten Kryptowährungen auf P2P-Netzwerken und machen einen großen Teil der Blockchain-Industrie aus. Sie werden jedoch auch in anderen verteilten Computeranwendungen verwendet, einschließlich Websuchdiensten, Streaming-Plattformen, Online-Marktplätzen und dem Webprotokoll InterPlanetary File System (IPFS).
Wie funktioniert P2P?
Im Wesentlichen wird das P2P-System von einem verteilten Netzwerk von Benutzern unterstützt. Sie haben normalerweise keinen zentralen Administrator oder Server, da jeder Knoten eine Kopie der Dateien enthält und sowohl als Client als auch als Server für andere Knoten fungiert. Auf diese Weise kann jeder Knoten Dateien von anderen Knoten herunterladen oder auf diese hochladen. Dies unterscheidet P2P-Netzwerke von traditionelleren Client-Server-Systemen, bei denen Client-Geräte Dateien von einem zentralen Server herunterladen.
In P2P-Netzwerken tauschen verbundene Geräte Dateien aus, die auf Festplatten gespeichert sind. Mit Anwendungen für den Datenaustausch können Benutzer Dateien anfordern und auf andere Geräte im Netzwerk herunterladen. Sobald ein Benutzer diese Datei heruntergeladen hat, kann er die Quelle dieser Datei sein.
Mit anderen Worten: Wenn Knoten als Clients fungieren, laden sie Dateien von anderen Netzwerkknoten herunter. Wenn sie jedoch als Server fungieren, sind sie eine Quelle, von der andere Websites Dateien herunterladen können. In der Praxis können jedoch beide Funktionen gleichzeitig ausgeführt werden (z. B. Hochladen von Datei A und Hochladen von Datei B).
Da jeder Knoten Dateien speichert, überträgt und empfängt, werden P2P-Netzwerke mit zunehmender Benutzerbasis schneller und effizienter. Darüber hinaus machen P2P-Systeme aufgrund ihrer verteilten Architektur eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Cyberangriffe. Im Gegensatz zu herkömmlichen Modellen gibt es bei P2P-Netzwerken keinen Single Point of Failure.
Wir können Peer-to-Peer-Systeme nach ihrer Architektur klassifizieren. Es gibt drei Haupttypen: unstrukturierte, strukturierte und hybride P2P-Netzwerke.
Unstrukturierte P2P-Netzwerke
Unstrukturierte P2P-Netzwerke stellen keine bestimmte Organisation von Knoten dar. Die Teilnehmer kommunizieren zufällig miteinander. Diese Systeme gelten als widerstandsfähig gegenüber hoher Abwanderungsaktivität (d. h. mehrere Knoten treten häufig dem Netzwerk bei und verlassen es).
Obwohl unstrukturierte P2P-Netzwerke einfacher aufzubauen sind, können sie mehr CPU und Speicher erfordern, da Suchanfragen an möglichst viele Peers gesendet werden. Dies führt tendenziell zu einer Überlastung des Netzwerks mit Anfragen, wenn nur wenige Knoten den gewünschten Inhalt anbieten.
Strukturierte P2P-Netzwerke
Umgekehrt handelt es sich bei strukturierten P2P-Netzwerken um organisierte Architekturen, die es Knoten ermöglichen, effizient nach Dateien zu suchen, selbst wenn der Inhalt nicht öffentlich ist. Dies wird meist durch den Einsatz von Hash-Funktionen erreicht, die die Datenbanksuche erleichtern.
Obwohl strukturierte Netzwerke effizienter sein können, weisen sie in der Regel einen höheren Zentralisierungsgrad auf und erfordern in der Regel höhere Einrichtungs- und Wartungskosten. Darüber hinaus sind strukturierte Netzwerke bei hohen Abflussraten weniger robust.
Hybride P2P-Netzwerke
Hybride P2P-Netzwerke kombinieren ein herkömmliches Client-Server-Modell mit einigen Aspekten der Peer-to-Peer-Architektur. Dadurch können Sie beispielsweise einen zentralen Server erstellen, der die Verbindung zwischen Peers vereinfacht.
Im Vergleich zu den beiden anderen Typen weisen Hybridmodelle eine verbesserte Gesamtleistung auf. Sie vereinen in der Regel einige der Hauptvorteile beider Ansätze und erreichen gleichzeitig ein erhebliches Maß an Effizienz und Dezentralisierung.
Verteilung oder Dezentralisierung?
Obwohl die P2P-Architektur von Natur aus verteilt ist, ist es wichtig zu beachten, dass es unterschiedliche Grade der Dezentralisierung gibt. Daher sind nicht alle P2P-Netzwerke dezentralisiert.
In Wirklichkeit verlassen sich viele Systeme auf eine zentrale Autorität, um die Netzwerkaktivität zu verwalten, was sie gewissermaßen zentralisiert. Einige P2P-Dateifreigabesysteme ermöglichen es Benutzern beispielsweise, nach Dateien anderer Benutzer zu suchen und diese herunterzuladen, sie können jedoch nicht an anderen Prozessen wie der Verwaltung von Suchanfragen teilnehmen.
Darüber hinaus kann man sagen, dass kleine Netzwerke, die von einer begrenzten Basis allgemeiner Benutzer gesteuert werden, trotz des Fehlens einer zentralisierten Netzwerkinfrastruktur einen höheren Grad an Zentralisierung aufweisen.
Die Rolle von P2P in Blockchains
In den frühen Stadien von Bitcoin definierte Satoshi Nakamoto es als „Peer-to-Peer-System für elektronisches Geld“. Bitcoin wurde als digitale Geldform geschaffen. Es kann über ein P2P-Netzwerk, das ein verteiltes Hauptbuch namens „Blockchain“ verwaltet, von einem Benutzer zum anderen übertragen werden.
In diesem Zusammenhang ermöglicht die der Blockchain-Technologie innewohnende P2P-Architektur den weltweiten Transfer von Bitcoin und anderen Kryptowährungen, ohne dass Zwischenhändler oder ein zentraler Server erforderlich sind. Darüber hinaus kann jeder einen Bitcoin-Knoten erstellen, wenn er am Prozess der Validierung und Bestätigung von Blöcken teilnehmen möchte.
Daher gibt es im Bitcoin-Netzwerk keine Banken, die Transaktionen verarbeiten oder aufzeichnen. Stattdessen fungiert die Blockchain als digitales Hauptbuch, das alle Aktionen öffentlich aufzeichnet. Im Wesentlichen speichert jeder Knoten eine Kopie der Blockchain und vergleicht sie mit anderen Knoten, um die Datengenauigkeit sicherzustellen. Das Netzwerk weist jede böswillige Aktivität oder Ungenauigkeit schnell zurück.
Im Kontext von Kryptowährungs-Blockchains können Knoten viele verschiedene Rollen übernehmen. Vollständige Knoten gewährleisten beispielsweise die Netzwerksicherheit, indem sie Transaktionen anhand der Konsensregeln des Systems überprüfen.
Jeder vollständige Knoten verwaltet eine vollständige, aktuelle Kopie der Blockchain und kann so an einer gemeinsamen Anstrengung teilnehmen, um den wahren Zustand des verteilten Hauptbuchs zu überprüfen. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle vollständig verifizierten Knoten Miner sind.
Vorteile
Die Peer-to-Peer-Architektur von Blockchains bietet viele Vorteile. Zu den wichtigsten zählt die Tatsache, dass P2P-Netzwerke eine höhere Sicherheit bieten als herkömmliche Client-Server-Mechanismen. Die Verteilung von Blockchains auf eine große Anzahl von Knoten macht sie nahezu immun gegen Denial-of-Service (DoS)-Angriffe, unter denen viele Systeme leiden.
Da die meisten Knoten einen Konsens erzielen müssen, bevor Daten zur Blockchain hinzugefügt werden, ist es für einen Angreifer praktisch unmöglich, die Daten zu ändern. Dies gilt insbesondere für große Netzwerke wie Bitcoin. Kleinere Blockchains sind anfälliger für Angriffe, da eine Person oder Gruppe schließlich die Kontrolle über die meisten Knoten erlangen kann (dies wird als 51-Prozent-Angriff bezeichnet).
Infolgedessen verleiht das verteilte Peer-to-Peer-Netzwerk in Kombination mit der Anforderung eines Mehrheitskonsenses Blockchains ein relativ hohes Maß an Widerstandsfähigkeit gegen böswillige Aktivitäten. Das P2P-Modell ist einer der Gründe, warum Bitcoin (und andere Blockchains) die sogenannte „byzantinische Fehlertoleranz“ erreichen konnten.
Neben der Sicherheit macht die Verwendung der P2P-Architektur in Kryptowährungs-Blockchains diese auch resistent gegen die Zensur durch zentrale Behörden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bankkonten können Kryptowährungs-Wallets nicht von Regierungen eingefroren oder geleert werden. Dieser Widerstand erstreckt sich auch auf Zensurversuche privater Zahlungs- und Content-Verarbeitungsplattformen. Einige Content-Ersteller und Online-Händler haben Kryptowährungszahlungen akzeptiert, um zu verhindern, dass ihre Zahlungen von Dritten blockiert werden.
Einschränkung
Trotz zahlreicher Vorteile weist die Nutzung von P2P-Netzwerken auf Blockchains auch gewisse Einschränkungen auf.
Da verteilte Ledger auf jedem einzelnen Knoten und nicht auf einem zentralen Server aktualisiert werden müssen, erfordert das Hinzufügen von Transaktionen zur Blockchain enorme Rechenleistung. Dies erhöht zwar die Sicherheit, verringert jedoch wiederum die betriebliche Effizienz erheblich, was eines der Haupthindernisse für Skalierbarkeit und breite Akzeptanz darstellt. Allerdings erforschen Kryptografen und Blockchain-Entwickler Alternativen, die als Skalierungslösungen genutzt werden können. Prominente Beispiele sind die Protokolle Lightning Network, Ethereum Plasma und Mimblewimble.
Eine weitere mögliche Einschränkung hängt mit Angriffen zusammen, die bei Hard-Fork-Ereignissen auftreten können. Da die meisten Blockchains dezentralisiert und Open Source sind, können Gruppen von Knoten Code frei kopieren und ändern und von der Hauptkette abzweigen, um ein neues paralleles Netzwerk zu bilden. Hard Forks sind völlig normal und stellen an sich keine Gefahr dar. Wenn jedoch bestimmte Sicherheitspraktiken nicht ordnungsgemäß angewendet 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 regulieren, nicht nur im Blockchain-Bereich. Mehrere P2P-Programme und -Unternehmen wurden in illegale Aktivitäten und Urheberrechtsverletzungen verwickelt.
Ergebnisse
Die Peer-to-Peer-Architektur kann auf viele verschiedene Arten entworfen und genutzt werden und ist die Grundlage der Blockchains, die Kryptowährungen ermöglichen. Durch die Verteilung von Transaktionsbüchern über große Knotennetzwerke bietet die P2P-Architektur Sicherheit, Dezentralisierung und Zensurresistenz.
Zusätzlich zu ihrem Nutzen in der Blockchain-Technologie können P2P-Systeme auch andere verteilte Computeranwendungen bedienen, die von Filesharing-Netzwerken bis hin zu Energiehandelsplattformen reichen.