ピアツーピア (P2P) とはどういう意味ですか?
コンピューター サイエンスでは、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として定義されます。各参加者 (ノード) は個別のピアとして機能します。通常、すべてのノードは同じ権限を持ち、同じタスクを実行します。
金融に焦点を当てたテクノロジーでは、ピアツーピアという用語は通常、分散ネットワークを介した暗号通貨またはデジタル資産の交換を指します。 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実行できます。場合によっては、Web サイトが貸し手と借り手を接続する 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る可能性がありますが、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基盤として機能し、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使用されます。
P2P システムはどのように機能しますか?
本質的に、P2P 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。通常、各ノードにはファイルのコピーがあり、残りのノードのクライアントとサーバーの両方として機能するため、中央の管理者やサーバーは存在しません。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、P2P 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クライアント サーバー システムとの違いです。
P2P ネットワークでは、接続されたデバイスはハード 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。ユーザーは特定のファイルをダウンロードした瞬間から、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と、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。一方、サーバーとして動作する場合は、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、両方の機能を同時に実行できます (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)。
各ノードがファイルを保存、送信、受信するため、P2P ネットワークはユーザー ベースが拡大するにつれて高速かつ効率的になる傾向があります。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、そのアーキテクチャに従って分類できます。 P2P ネットワークには主に 3 つのタイプがあり、非構造化、構造化、ハイブリッドと呼ばれます。
非構造化 P2P ネットワーク
非構造化 P2P ネットワークには、ノードの特定の構成が存在しません。参加者はランダムに通信します。これらのシステムは、高いチャーン アクティビティ (つまり、複数のノードが頻繁にネットワークに参加したり、ネットワークから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、検索クエリができるだけ多くのピアに送信されるため、より多くの CPU とメモリの使用量が必要になる可能性があります。これにより、特に少数のノードのみが必要なコンテンツを提供する場合、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P2Pネットワーク
対照的に、構造化された P2P ネットワークは組織化されたアーキテクチャを提供し、コンテンツが広く普及していない場合でも、ノードが効率的にファイルを検索できるようにします。ほとんどの場合、これはデータベース検索を容易にするハッシュ関数を使用すること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、集中化レベルが高く、通常は設置とメンテナンスのコストが高くなる傾向があります。それとは別に、構造化されたネットワークは高い解約率に対してあまり堅牢ではありません。
ハイブリッド 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 モデルとピアツーピア 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、ピア間の接続を容易にする中央サーバーを指定できます。
他の 2 つのタイプと比較して、ハイブリッド モデルは全体的なパフォーマンスが向上する傾向があります。通常、各アプローチの重要な利点のいくつかを組み合わせて、大幅な効率化と分散化を同時に達成できます。
分散型 vs.分散型
P2P アーキテクチャは本質的に分散型ですが、分散化の程度はさまざまで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、多くはネットワーク活動を指導する中央機関に依存しており、ある程度集中化されたシステムとなっています。たとえば、一部の P2P ファイル共有システムでは、ユーザーは他のピアからファイルを検索してダウンロードできますが、検索クエリの管理などの他のプロセスに参加することはできません。
さらに、集中化されたネットワーク インフラストラクチャが存在しないにもかかわらず、限られたユーザー ベースによって制御され、共通の目的を持つ小規模ネットワークの集中化の度合いはより高いと考えられます。
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「ピアツーピア電子キャッシュシステム」と定義しました。ビットコインは、デジタル形式のお金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 P2P ネットワークを通じて、あるユーザーから別のユーザーに転送できます。
これに関連して、ブロックチェーン技術に固有の P2P アーキテクチャにより、仲介業者や中央サーバーを必要とせずに、ビットコインやその他の暗号通貨を世界中に転送できるようになります。さらに、ブロックの検証および検証プロセスに参加したい場合は、誰でもビットコイン ノードをセットアップできます。
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、各ノードにはブロックチェーンのコピーが含まれており、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確な行為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 ルールに照らしてトランザクションを検証することによってネットワークにセキュリティを提供するノードです。
各フルノードはブロックチェーンの完全かつ最新のコピーを維持し、分散台帳の真の状態を検証する共同作業に参加できるようにします。ただし、すべての完全な検証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。
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。最も重要なのは、P2P ネットワークが従来のクライアント/サーバー構成よりも優れたセキュリティを提供するという事実です。ブロックチェーンを多数のノードに分散させることで、多数のシステムに影響を与えるサービス拒否 (DoS) 攻撃に対して実質的に影響を受けなくなります。
同様に、ほとんどのノードはブロックチェーンにデータを追加する前にコンセンサスを確立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とんど不可能です。これは、ビットコイン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、最終的には 1 人の個人またはグループがノードの大部分を制御する可能性があるため、攻撃を受けやすくなります (これは 51 パーセント攻撃として知られています)。
その結果、分散型ピアツーピア ネットワークと過半数のコンセンサス要件を組み合わせることで、ブロックチェーンは悪意のあるアクティビティに対して比較的高い耐性を得ることができます。 P2P モデルは、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 フォールト トレランスを達成できた理由の 1 つです。
セキュリティを超えて、暗号通貨ブロックチェーンでの P2P アーキテクチャの使用により、中央当局による検閲に対する耐性も高まります。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流出させたりすることはできません。この抵抗は、民間の決済処理やコンテンツプラットフォームによる検閲活動にも及びます。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防ぐ方法として暗号通貨による支払いを採用しています。
制限事項
ブロックチェーン上での P2P ネットワークの使用には多くの利点がありますが、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強化されますが、効率が大幅に低下し、スケーラビリティと普及の点で主な障害の 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。注目すべき例には、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 つの潜在的な制限は、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連しています。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。ハード フォークは完全に正常であり、それ自体が脅威となることはありません。しかし、特定のセキュリティ方法が適切に採用されていない場合、両方のチェーンがリプレイ攻撃に対して脆弱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、ブロックチェーンのニッチ分野に限らず、ネットワークの制御と規制が比較的困難になります。いくつかの P2P アプリケーションと企業が違法行為や著作権侵害に関与していました。
結論は
ピアツーピア アーキテクチャはさまざまな方法で開発および使用でき、暗号通貨を可能にするブロックチェーンの中核です。 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することで、セキュリティ、分散化、および検閲への耐性を提供します。
P2P システムは、ブロックチェーン テクノロジーでの有用性に加えて、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サービスを提供できます。