Что такое одноранговая сеть (P2P)?
В информатике одноранговая сеть состоит из группы устройств, которые могут хранить документы и обмениваться ими. Каждый участник (узел) эквивалентен равноправному лицу. То есть все узлы имеют одинаковые права и выполняют одни и те же задачи.
В сфере финансовых технологий P2P обычно означает транзакцию цифровой валюты или цифровых активов через распределенную сеть. Платформа P2P позволяет покупателям и продавцам совершать сделки напрямую, без посредников. Некоторые веб-сайты также могут предоставлять заемщикам и кредиторам торговую среду P2P.
Архитектура P2P подходит для различных сценариев, но по-настоящему популярной она стала в 1990-е годы, когда появились первые программы обмена файлами. Сегодня одноранговые сети стали основой большинства цифровых валют и составляют значительную часть индустрии блокчейнов. Однако он также используется во множестве других распределенных компьютерных программ, в том числе в поисковых системах, потоковых платформах, онлайн-торговых площадках и сетевом протоколе Межпланетной файловой системы (IPFS).
Как работает P2P
По сути, система P2P поддерживается пользователями в распределенной сети. Обычно у них нет центрального системного администратора или сервера, поскольку каждый узел имеет копию файлов — пользователя и сервера — для других узлов. Таким образом, каждый узел может скачивать файлы с других узлов или загружать на них файлы. Клиентскому устройству традиционной серверной системы необходимо загружать файлы с центрального сервера. В этом отличие сети P2P от других традиционных сервисных систем.
В сети P2P файлы, которыми пользуются соединенные между собой устройства, хранятся на их жестких дисках. А используя программные приложения для передачи общих данных, пользователи также могут находить и загружать файлы на другие устройства. Если пользователь загружает указанный файл, он может выступать в качестве источника этого файла.
Другими словами, когда узел выступает в роли пользователя, он загружает файлы с других узлов. Но если он работает как сервер, с него могут скачивать файлы другие узлы. Фактически эти две функции могут выполняться одновременно (например, загрузка файла А и загрузка файла Б).
Поскольку каждый узел может хранить, передавать и получать файлы, а по мере роста пользовательской базы P2P-сети она становится быстрее и эффективнее. Распределенная структура также делает систему P2P более устойчивой к сетевым атакам. В отличие от традиционных моделей, в P2P-сетях нет единой точки отказа.
По своей структуре мы можем классифицировать P2P-системы, из которых основными тремя типами являются: неструктурированная одноранговая сеть, структурированная одноранговая сеть и гибридная одноранговая сеть.
Неструктурированная P2P-сеть
Неструктурированные одноранговые сети не раскрывают конкретную архитектуру узлов. Участники могут свободно общаться друг с другом. Эти системы устойчивы к высокочастотной активности, а это означает, что несколько узлов, часто входящих и выходящих из сети, не окажут никакого влияния на систему.
Хотя неструктурированные одноранговые сети проще настроить, они требуют более мощных процессоров и памяти, поскольку поисковые запросы отправляются наибольшему числу узлов. Особенно если небольшое количество узлов может предоставить необходимый контент, большое количество поисковых запросов захлестнет сеть.
структурированная одноранговая сеть
В отличие от неструктурированных одноранговых сетей, структурированные одноранговые сети имеют организационную структуру, которая позволяет узлам эффективно искать файл, даже если содержимое файла не используется широко. Большую часть времени поиск выполняется с использованием хеш-функций, облегчающих поиск в базе данных.
Условно говоря, структурированные одноранговые сети более эффективны, поскольку могут демонстрировать более высокий уровень централизации и требуют большего стартового капитала и затрат на обслуживание. Кроме того, структурированные одноранговые сети менее терпимы к высокочастотной активности.
Гибридная одноранговая сеть
Гибридные одноранговые сети сочетают в себе традиционную архитектуру «главный-подчиненный» с некоторыми особенностями одноранговой архитектуры. Например, можно установить центральный сервер для ускорения интеграции между точками.
В отличие от двух других режимов, гибридные одноранговые сети, как правило, демонстрируют улучшенную общую производительность. Он сочетает в себе преимущества каждого метода, обеспечивая при этом эффективность и децентрализацию.
Распределенный против децентрализованного
Хотя все одноранговые структуры распределены, степень их децентрализации различна. Следовательно, не все одноранговые сети децентрализованы.
Фактически, многим системам требуется центральный орган управления сетевой деятельностью, что делает ее более или менее централизованной. Например, некоторые одноранговые системы обмена файлами позволяют пользователям искать и загружать файлы от других пользователей, но они не могут участвовать в таких процессах, как управление поисковыми запросами.
Кроме того, некоторые небольшие сети, контролируемые небольшим количеством пользователей, также можно назвать высокоцентрализованными, хотя они могут и не иметь нейтральной инфраструктуры.
Роль одноранговой сети в блокчейне
На заре существования Биткойна Сатоши Накамото определил его как «одноранговую электронную денежную систему». Биткойн появился в глазах общественности как форма электронных денег. Он может передаваться между двумя пользователями через одноранговую сеть, что требует использования распределенного реестра, а именно: блокчейна.
В блокчейне одноранговая архитектура позволяет передавать биткойны и другие цифровые валюты друг другу по всему миру без необходимости использования посредников и каких-либо центральных серверов. Если какой-либо пользователь хочет участвовать в процессе проверки блоков, он может создать узел Биткойн.
Таким образом, в сети Биткойн нет никаких банковских операций или записей транзакций. Вместо этого блокчейн служит электронным реестром, в котором публично фиксируются все транзакции. По сути, каждый узел имеет копию блокчейна и сравнивает ее с другими узлами, чтобы убедиться в правильности данных. Сеть Биткойн может быстро устранять всевозможные ошибки и вредоносную активность.
Узлы могут играть различные роли в блокчейне. Например, полные узлы проверяют транзакции с помощью консенсусных правил, обеспечивая тем самым безопасность сети.
Каждый полный узел поддерживает полную обновленную копию блокчейна, что позволяет этим копиям блокчейна работать вместе для проверки истинного статуса распределенного реестра. Следует отметить, что не все узлы верификации являются майнерами.
Преимущество
Одноранговая архитектура блокчейна имеет множество преимуществ. Что еще более важно, по сравнению с традиционной архитектурой «главный-подчиненный» сети «точка-точка» обладают более высокой конфиденциальностью. Большинство узлов практически невосприимчивы к атакам типа «отказ в обслуживании» (DoS), которые скомпрометировали многие системы.
Аналогичным образом, поскольку данные добавляются в блокчейн, требуя единогласного согласия большинства узлов, злоумышленнику практически невозможно изменить данные. Особенно в такой большой сети, как Биткойн. Однако относительно небольшие блокчейны уязвимы для атак, поскольку один человек или организация часто контролирует большое количество узлов (это тоже атака 51%).
Таким образом, при условии единогласного согласия большинства узлов распределенная одноранговая сеть делает блокчейн более устойчивым к вредоносным сетевым атакам. Одноранговая модель является основной причиной, по которой сеть Биткойн может достичь византийской отказоустойчивости.
Помимо безопасности, одноранговая архитектура позволяет блокчейнам цифровых валют избегать контроля со стороны центральных органов власти. В отличие от обычных банковских счетов, кошельки с цифровой валютой не могут быть заморожены или использованы правительствами. Платформы обработки персональных платежей и контента также могут избежать соответствующих усилий по цензуре. Чтобы избежать вмешательства третьих лиц в свои платежи, некоторые интернет-торговцы внедрили методы оплаты в цифровой валюте.
ограничение
Несмотря на вышеперечисленные преимущества, использование P2P-сетей в блокчейне также имеет определенные ограничения.
Поскольку распределенный реестр должен обновляться на каждом узле, добавление транзакций в блокчейн требует огромной вычислительной мощности. Хотя это повышает безопасность, но также значительно снижает эффективность и стало одним из основных препятствий на пути расширения и продвижения сетей блокчейнов. Однако криптографы и разработчики блокчейнов работают над альтернативами для решения проблем масштабируемости. Несколько очевидных примеров включают «Lightning Network», «Ethereum Plasma» и «Протокол Mimblewimble».
Еще одно потенциальное ограничение касается возможных атак во время хард-форка. Поскольку большинство блокчейнов децентрализованы и имеют открытый исходный код, узлы могут свободно копировать и изменять код и отделяться от основной цепочки, образуя таким образом новые параллельные сети. Хард-форки совершенно нормальны и не несут угрозы. Но обе цепочки могут быть уязвимы для атак повторного воспроизведения, если не будут применены должным образом определенные меры безопасности.
Более того, распределенный характер P2P-сетей делает их относительно сложными для контроля и регулирования. Эта проблема не ограничивается блокчейном: некоторые P2P-приложения и компании также участвуют в незаконной деятельности, такой как нарушение прав.
Подведем итог
Одноранговую архитектуру можно разрабатывать и использовать во многих различных аспектах, и ее ключевое положение в блокчейне также способствовало рождению цифровых валют. Распределяя реестр транзакций по большой сети узлов, одноранговая архитектура обеспечивает преимущества безопасности, децентрализации и защиты от регулирования.
Помимо преимуществ в технологии блокчейна, P2P-системы также могут применяться в других областях приложений распределенных вычислений, от сетей обмена файлами до платформ торговли энергией.