ピアツーピア (P2P) とは何ですか?
ピアツーピア (P2P) コンピューティングでは、(P2P) ネットワークはファイルを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。原則として、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 プラットフォームにより、買い手と売り手は仲介者なしで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 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アプリケーションが作成された 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を支えており、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 検索サービス、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サポートされます。各ノードにはファイルのコピーが含まれており、他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、通常、中央管理者やサーバーは存在しません。このようにして、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がハード ドライブに保存されているファイルを交換します。データ共有用に設計されたアプリケーションを使用すると、ユーザーはファイルを要求し、ネットワーク上の他のデバイスにファイルをダウンロードできます。ユーザーがそのファイルをダウンロードすると、そのユーザーがそのファイルのソースになる可能性があります。
つまり、ノードがクライアントとして機能する場合、他のネットワーク 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、他の Web サイトから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、転送、受信すると、ユーザー ベースが拡大するにつれて、P2P ネットワークはより高速かつ効率的になります。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。非構造化ネットワーク、構造化ネットワーク、ハイブリッド P2P ネットワークの 3 つの主なタイプがあります。
非構造化 P2P ネットワーク
非構造化 P2P ネットワークは、特定のノードの組織を表しません。参加者はランダムにコミュニケーションを行います。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こと) に対して回復力があると考えられています。
非構造化 P2P ネットワークの方が構築は簡単ですが、検索はできるだけ多くのピアに送信されるため、より多くの CPU とメモリが必要になる可能性があります。これにより、少数のノードが目的のコンテンツを提供する場合、ネットワークがリクエストで過負荷になる傾向があります。
構造化されたP2Pネットワーク
逆に、構造化 P2P ネットワークは、コンテンツが公開されていない場合でもノードがファイルを効率的に検索できるようにする組織化されたアーキテクチャです。これはほとんどの場合、データベース検索を容易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、通常は集中化レベルが高く、通常は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、構造化されたネットワークは、高い流出率に直面すると堅牢性が低下します。
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、これにより、ピア間の接続を簡素化する中央サーバーを作成できます。
他の 2 タイプに比べて、ハイブリッド モデルは全体的なパフォーマンスが向上しています。通常、各アプローチの主な利点のいくつかを組み合わせながら、大幅な効率性と分散化を実現します。
分散か分散化か？
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程度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 アクティビティの管理を中央機関に依存しており、ある程度集中化されています。たとえば、一部の P2P 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、検索リクエスト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、限られた汎用ユーザー ベースによって制御される小規模ネットワークは、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、高度な集中化が行われていると言えます。
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「ピアツーピア電子マネーシステム」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」と呼ばれる分散型台帳を管理する 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ます。さらに、ブロックの検証と確認のプロセスに参加したい場合は、誰でもビットコイン ノードを作成できます。
そのため、ビットコインネットワークには取引を処理したり記録したりする銀行は存在しません。代わりに、ブロックチェーンは、すべてのアクション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存し、それを他のノードと比較してデータの正確性を保証します。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実行できます。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り、ネットワーク セキュリティを確保します。
各フルノードはブロックチェーンの完全な最新コピーを維持し、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、完全に検証された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。
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 メカニズム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、多くのシステムが被害を受けるサービス拒否 (DoS) 攻撃の影響を事実上受けなくなります。
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事実上不可能です。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ほとんどのノードを制御できるようになるため、攻撃を受けやすくなります (これは 51% 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レベルの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「ビザンチン耐障害性」を達成できた理由の 1 つです。
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、仮想通貨ウォレットは政府によって凍結されたり空になったりすることはありません。この抵抗は、民間の決済プラットフォームやコンテンツ処理プラットフォームによる検閲の試みにも及びます。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避けるために、暗号通貨による支払いを受け入れています。
制限
多くの利点があるにもかかわらず、ブロックチェーンでの P2P ネットワークの使用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個々の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膨大な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、運用効率が大幅に低下します。これは、スケーラビリティと広範な導入に関して主な障害の 1 つです。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模索しています。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自由にコピーおよび変更し、メインチェーンから分岐して新しい並列ネットワークを形成できます。ハード フォークはまったく正常であり、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慣行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、ブロックチェーンの分野に限らず、P2P ネットワークは分散型であるため、制御や規制が比較的困難です。いくつかの P2P プログラムや企業が違法行為や著作権侵害に関与しています。
結果
ピアツーピア アーキテクチャはさまざまな方法で設計および使用でき、暗号通貨を可能にするブロックチェーンの基盤です。 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により、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。