ピアツーピア (P2P) とは何ですか?
コンピューター サイエンスでは、ピアツーピア ネットワーク、またはピアツーピア (P2P) ネットワークは、ファイルを集合的に保存および共有するデバイスのグループで構成されます。各参加者 (ノード) は個別のピアとして機能します。通常、すべてのノードは等しい電力を持ち、同じタスクを実行します。
金融テクノロジーでは、ピアツーピアという用語は、分散ネットワーク上で暗号通貨やデジタル資産を交換するプロセスを表すためによく使用されます。 P2P プラットフォームを使用すると、買い手と売り手は仲介者を必要とせずに取引を行うことができます。場合によっては、Web サイトが貸し手と借り手を接続するための P2P 環境を提供することもあります。
P2P アーキテクチャはさまざまな使用例に適していますが、最初のファイル共有プログラムが作成された 1990 年代に特に人気が高まりました。現在、P2P ネットワークはほとんどの暗号通貨の中核要素であり、ブロックチェーン業界の大部分を占めています。ただし、Web 検索エンジン、ストリーミング プラットフォーム、オンライン マーケットプレイス、Interplanetary File System (IPFS) Web プロトコルなど、他の分散コンピューティング アプリケーションでも活用されています。
ピアツーピアネットワークはどのように機能するのでしょうか?
本質的に、ピアツーピア システムは、ユーザーの分散ネットワークによって維持されます。各ノードがファイルのコピーを保存し、各ノードが他のノードのクライアントおよびサーバーとして機能するため、通常、このネットワークには中央管理者またはサーバーがありません。したがって、各ノードは他のノードからファイルをダウンロードしたり、他のノードにファイルをアップロードしたりできます。これが、ピアツーピア ネットワークと、クライアント デバイスが集中サーバーからファイルをダウンロードする従来のサーバー クライアント システムとの違いです。
ピアツーピア ネットワークでは、接続されたデバイスがハード ドライブに保存されているファイルを共有します。データ共有を仲介するように設計されたソフトウェア アプリケーションを使用すると、ユーザーはネットワーク上の他のデバイスにクエリを実行して、ファイルを検索してダウンロードできます。ユーザーがファイルをダウンロードすると、そのファイルのソースとして機能できます。
つまり、ノードがクライアントとして機能する場合、ネットワーク上の他のノードからファイルをダウンロードします。ただし、サーバーとして機能する場合は、他のノードがファイルをダウンロードできるソースになります。ただし、実際には、ボタンは 2 つの機能 (たとえば、ファイル A のダウンロードとファイル B のアップロード) を同時に実行できます。
各ノードにはファイルを保存、送信、受信する機能があるため、ピアツーピア ネットワークは、ユーザー コミュニティが大きくなるにつれて、より高速かつ効率的に動作する傾向があります。さらに、分散型アーキテクチャにより、P2P システムはサイバー攻撃に対する耐性が高くなります。従来のモデルとは異なり、P2P ネットワークには単一障害点がありません。
ピアツーピア システムは、非構造化ネットワーク、構造化ネットワーク、およびハイブリッド ピアツーピア ネットワークという 3 つの主要なアーキテクチャ スタイルに従って分類できます。
ピアツーピア (P2P) ネットワークは構造化されていません
非構造化 P2P ネットワーク上のノードは、特定の構造に従って編成されていません。参加者は互いにランダムに通信します。これらのシステムは、ユーザーのチャーン (特定のノードが頻繁にネットワークに参加したり離脱したりする場合) に対して堅牢であると考えられています。
非構造化 P2P ネットワークは構築が簡単ですが、検索クエリが可能な限り多くのピアに送信されるため、より多くのメモリと CPU 使用率が必要になる場合があります。これにより、特に必要なコンテンツを提供するノードの数が少ない場合、ネットワークにクエリが殺到する傾向があります。
構造化されたピアツーピア (P2P) ネットワーク
対照的に、P2P ネットワーク上のノードは組織化されたアーキテクチャを備えているため、コンテンツが広く利用可能でない場合でも、ノードは効率的にファイルを検索できます。ほとんどの場合、これはデータベース検索を可能にするハッシュ関数の使用によって実現されます。
構造化されたネットワークはより効率的ですが、通常は高度な集中化が見られ、多くの場合、セットアップとメンテナンスのコストが高くなります。さらに、ユーザーの離脱が多い場合、ネットワークは構造的に堅牢性が低くなります。
ハイブリッド ピアツーピア (P2P) ネットワーク
ハイブリッド P2P ネットワークは、従来のクライアント/サーバー アーキテクチャとピアツーピア アーキテクチャのいくつかの側面を組み合わせたものです。たとえば、このネットワークでは、ネットワーク内のピア コンピュータ間の接続を作成する中央サーバーを設計できます。
他の 2 つのアーキテクチャと比較して、ハイブリッド モデルは多くの場合、より高い動作パフォーマンスを示します。これらは各方法の主な利点を組み合わせており、大幅な効率性と分散化を実現します。
分散型と分散型
P2P アーキテクチャは本質的に分散型ですが、分散化にはさまざまなレベルがあることに注意することが重要です。したがって、すべての P2P ネットワークが分散化されているわけではありません。
実際、多くのシステムはネットワーク操作を実行するために中央システムに依存しており、ある程度集中化されています。たとえば、一部のピアツーピア ファイル共有システムでは、ユーザーは他のユーザーからファイルを検索してダウンロードできますが、そのユーザーは検索クエリの管理などの他のプロセスに参加できません。
さらに、共通の目標を持つユーザーの小さなコミュニティによって制御される小規模なネットワークも、集中化されたネットワーク インフラストラクチャを持たないにもかかわらず、集中化の度合いが高いと言えます。
ブロックチェーンにおける P2P の役割
ビットコインの初期段階で、サトシ・ナカモトはビットコインを「ピアツーピア電子現金システム」と定義しました。ビットコインは当初、デジタル通貨の一種として作成されました。ブロックチェーンと呼ばれる分散台帳を管理するピアツーピア ネットワークを介して、あるユーザーから別のユーザーに転送できます。
この文脈において、ユーザーが仲介者やサーバーを必要とせずに世界中でビットコインやその他の暗号通貨を取引できるようにするのは、ブロックチェーンの中心となるテクノロジーであるピアツーピア アーキテクチャです。さらに、ブロックの検証と検証のプロセスに参加したい場合は、誰でもビットコイン ネットワーク上のノードになることができます。
したがって、ビットコインネットワーク上で取引を処理または記録する銀行は存在しません。代わりに、ブロックチェーンは、すべてのアクティビティを公的に記録するデジタル台帳として機能します。基本的に、各ノードはブロックチェーンのコピーを保持し、それを他のノードと比較してデータが正確であることを確認します。ネットワークは、悪意のあるアクティビティや不正なアクティビティをすぐに拒否します。
暗号通貨ブロックチェーンのコンテキストでは、ノードはさまざまな役割を担うことができます。たとえば、フル ノードは、システムのコンセンサス ルールに従ってトランザクションを検証することにより、ネットワーク セキュリティの維持に役立つノードです。
各フルノードはブロックチェーンの完全な最新のコピーを維持し、分散台帳の実際の状態を検証するための共同作業に参加できるようにします。ただし、完全に検証しているすべてのノードがマイナーであるわけではないことに注意してください。
ピアツーピアネットワークの利点
ブロックチェーンのピアツーピア アーキテクチャには多くの利点があります。最も重要な利点は、ピアツーピア ネットワークが従来のクライアント/サーバー アーキテクチャよりも安全であることです。ブロックチェーンを多数のノードに分散させることで、多くのシステムへの攻撃に使用されてきたサービス拒否 (DoS) 攻撃に対して事実上耐性が得られます。
同様に、新しいデータがブロックチェーンに追加される前に大多数のノードがコンセンサスに達する必要があるため、攻撃者がデータを変更することはほぼ不可能です。これは、ビットコイン ネットワークのような大規模ネットワークに特に当てはまります。小規模なブロックチェーンは、1 人の個人またはグループがノードの大部分を制御できるため、攻撃に対してより脆弱になります (これは 51% 攻撃として知られています)。
したがって、分散型ピアツーピア ネットワークは、多数派の合意の要件と組み合わせることで、ブロックチェーンを悪意のあるアクティビティに対して非常に耐性のあるものにします。ビットコイン (および他のブロックチェーン) がいわゆるビザンチン耐障害性を実現できるのは、P2P モデルです。
セキュリティに加えて、暗号通貨ブロックチェーンで P2P アーキテクチャを使用することにより、中央当局による検閲にも耐えることができます。標準的な銀行口座とは異なり、政府は暗号通貨ウォレットを凍結したり空にしたりすることはできません。さらに、P2P アーキテクチャは、ブロックチェーンがプライベート コンテンツ プラットフォームや支払い処理プラットフォームによる検閲に抵抗するのにも役立ちます。一部のコンテンツ作成者やオンライン販売者は、第三者による支払いのブロックを回避する方法として暗号通貨による支払いを採用しています。
ピアツーピアネットワークの制限
多くの利点があるにもかかわらず、ブロックチェーン上で P2P ネットワークを使用することには一定の制限もあります。
分散台帳は中央サーバーではなく各ノードで更新する必要があるため、ブロックチェーンにトランザクションを追加するには大量のコンピューティング能力が必要です。これによりセキュリティは向上しますが、パフォーマンスが大幅に低下し、スケーラビリティとネットワークの普及に対する主な障害の 1 つとなります。ただし、暗号学者とブロックチェーン開発者は、スケーリング ソリューションとして使用できる代替手段を研究しています。著名な例としては、ライトニング ネットワーク、イーサリアム プラズマ、ミンブルウィンブル プロトコルなどがあります。
もう 1 つの考えられる制限は、チェーン分割 (ハード フォーク) イベント中に発生する可能性のある攻撃に関するものです。ほとんどのブロックチェーンは分散型でオープンソースであるため、ノードのグループは自由にコードをコピーして変更し、メインチェーンから分離して新しい並列ネットワークを形成できます。チェーンの分割 (ハード フォーク) は完全に正常であり、それ自体は脅威ではありません。ただし、特定のセキュリティ方法が適切に適用されていない場合、両方のチェーンが簡単にリプレイ攻撃のターゲットになる可能性があります。
さらに、P2P ネットワークの分散型の性質により、特にブロックチェーン セグメントにおいて、ネットワークの制御と規制が比較的困難になります。一部の P2P アプリや企業は、違法行為や著作権侵害に関与しています。
結論する
ピアツーピア アーキテクチャはブロックチェーン テクノロジーの中核要素であり、暗号通貨の基盤です。ピアツーピア アーキテクチャを開発および使用するには、さまざまな方法があります。 P2P アーキテクチャは、大規模なノード ネットワーク全体にトランザクション台帳を分散させることで、セキュリティ、分散化、および検閲耐性を提供します。
P2P システムは、ブロックチェーン テクノロジーの利点に加えて、ファイル共有ネットワークからエネルギー取引プラットフォームに至るまで、他の分散コンピューティング アプリケーションにも適用できます。