Що означає однорангова (P2P)?
У сфері інформаційних технологій, одноранговая чи пірингова (P2P скор. від англ. peer-to-peer) мережа складається з групи взаємозалежних пристроїв, які обмінюються між собою файлами і зберігають той самий набір даних. Кожен учасник (вузол) виступає як індивідуальний бенкет. Як правило, всі вузли мають однакову потужність і виконують одні й самі завдання.
З фінансової точки зору, цей термін часто стосується обміну криптовалютами або цифровими активами через розподілену мережу. P2P-платформа дозволяє покупцям та продавцям здійснювати угоди без посередників. У деяких випадках, веб-сайти також можуть надавати однорангове середовище, яке пов'язує кредиторів та позичальників.
P2P-архітектура підходить для різних варіантів використання, технологія стала популярною у 1990-х роках, коли було створено перші програми для обміну файлами. На сьогоднішній день однорангові-мережі є основою більшості криптовалют, що становлять більшу частину блокчейн-індустрії. Тим не менш, це також використовуються і в інших розподілених обчислювальних програмах, включаючи пошукові системи, стрімінг-платформи, онлайн-ринки та веб-протокол міжпланетної файлової системи (IPFS скор. від англ. InterPlanetary File System).
Як це працює?
P2P-система підтримується розподіленою мережею користувачів. Зазвичай у них немає головного адміністратора або сервера, оскільки кожен вузол містить копію всіх файлів, виступаючи як клієнт і сервер для інших вузлів. Таким чином, кожен вузол може завантажувати файли з інших вузлів, а також у зворотному порядку. Це є відмінністю P2P-мережі в порівнянні з її більш традиційними клієнтами, в яких пристрої завантажують файли з централізованого сервера.
В однорангових мережах підключені пристрої обмінюються файлами, які зберігаються на жорстких дисках. Використовуючи програмні програми, призначені для обміну даними, користувачі можуть запитувати та завантажувати файли на інші пристрої в мережі. Після того, як користувач скачав цей файл, він може виступати як його джерело.
Іншими словами, коли вузол виступає у ролі клієнта, він завантажує файли з інших вузлів у мережі. Але коли всі вузли працюють як сервер, є джерелом, з якого інші вузли можуть завантажувати дані. Однак на практиці обидві функції можуть виконуватися одночасно (наприклад, завантаження файлу A та завантаження файлу B).
Оскільки кожен вузол зберігає, передає і отримує файли, P2P-мережі мають тенденцію працювати швидше і ефективніше, оскільки їх база користувача збільшується. Крім того, розподілена архітектура робить такі системи дуже стійкими до різних кібератак. На відміну від традиційних моделей, у P2P-мереж відсутня єдина точка відмови.
Ми можемо класифікувати однорангові системи відповідно до їхньої архітектури. Існує три основні види: неструктурована, структурована та гібридна P2P-мережа.
Неструктуровані P2P-мережі
Неструктуровані мережі не представляють будь-якої конкретної організації вузлів. Усі учасники випадково контактують один з одним. І у зв'язку з цим, подібні системи вважаються стійкими до високої активності плинності вузлів (тобто одні вузли приєднуються до мережі, тоді як інші залишають її).
Незважаючи на простоту побудови, неструктуровані P2P-мережі можуть вимагати більш високого завантаження центрально процесора та оперативної пам'яті, оскільки пошукові запити надсилаються максимально можливій кількості бенкетів. Така архітектура має тенденцію переповнювати мережу запитами, якщо невелика кількість вузлів пропонує бажану інформацію.
Структуровані P2P-мережі
Порівняно з попереднім виглядом, структуровані мережі є організованою архітектурою, що дозволяє вузлам ефективніше здійснювати пошук файлів, навіть якщо контент не є широко доступним. У більшості випадків це досягається за рахунок використання хеш-функцій, які полегшують пошук по базі даних.
У той час як структуровані мережі мають високу працездатність і продуктивність, вони як правило більш централізовані і вимогливі з точки зору встановлення та обслуговування. Крім того, така архітектура менш стійка, коли справа стосується високого рівня плинності вузлів.
Гібридні P2P-мережі
Гібридні P2P-мережі поєднують традиційну модель з деякими аспектами однорангової архітектури. Наприклад, завдяки цьому можна створити центральний сервер, який спростить з'єднання між вузлами.
У порівнянні з двома іншими видами, гібридні моделі, як правило, демонструють більш високу загальну продуктивність. Вони зазвичай поєднують у собі деякі з основних переваг кожного з підходів і завдяки цьому досягають високого рівня ефективності та децентралізації одночасно.
Розподіл чи децентралізація?
P2P-архітектура за своєю природою розподілена, але варто зазначити, що у разі її реалізації мережа може мати різний рівень децентралізації. З цієї причини не всі однорангові мережі є децентралізованими.
Оскільки багато систем покладаються на центральний орган управління мережею, це робить їх дещо централізованими. Наприклад, деякі однорангові файлові хостинги дозволяють користувачам шукати та завантажувати файли за рахунок інших користувачів, але вони не можуть брати участь в інших процесах, наприклад, керувати пошуковими запитами.
На додаток до цього, можна сказати, що невеликі мережі, які контролюються обмеженою користувальницькою базою із загальними цілями, мають вищий рівень централізації, незважаючи на відсутність централізованої мережевої інфраструктури.
Вплив P2P на блокчейн
На ранніх стадіях розробки, Сатоші Накамото дав визначення біткоїну, як «однорангова платіжна система електронних коштів». Біткоїн був створений як цифрова форма грошей, які можуть передаватися від одного користувача до іншого за допомогою однорангової мережі та керуватися розподіленим регістром, що також іменується як блокчейн.
У даному контексті, P2P-архітектура, яка властива технології блокчейн, дозволяє обмінюватися біткоінами та іншими криптовалютами по всьому світу, минаючи посередників та централізовані сервери. Крім того, будь-який бажаючий може приєднатися і стати вузлом у мережі біткоїну, якщо хоче брати участь у процесі перевірки та валідації блоків.
Таким чином, у мережі біткоїну відсутні банки, які займаються обробкою чи реєстрацією всіх транзакцій. Замість цього, блокчейн працює як цифровий регістр, який публічно фіксує всю активність. На практиці кожен вузол зберігає копію блокчейна і порівнює її з копіями інших вузлів, щоб переконатися в точності даних. Таким чином, мережа швидко реагує на будь-які шкідливі дії чи неточності.
У рамках криптовалютних блокчейнів, вузли можуть брати на себе різні обов'язки. Наприклад, повні вузли (повні ноди) забезпечують безпеку мережі за допомогою перевірки транзакцій на відповідність до встановлених правил консенсусу в системі.
Кожен повний вузол підтримує оновлену копію блокчейна, що дозволяє брати участь у колективній роботі з перевірки справжнього стану розподіленого регістру. Однак варто відзначити той факт, що не всі повні вузли є майнерами.
Переваги
Однорангова архітектура блокчейнів надає користувачам безліч переваг. Одним з найважливіших є те, що такі мережі забезпечують більшу безпеку, на відміну від традиційного пристрою клієнт-сервер. Розподіл даних у блокчейні серед великої кількості вузлів робить мережу практично несприйнятливою до атак типу «відмова в обслуговуванні» (DoS), від яких страждає більша частина систем.
Оскільки більшість вузлів повинні досягати консенсусу, перш ніж дані будуть додані до блокчейну, зловмиснику практично нереально внести будь-які зміни. І це насправді так, якщо йдеться про велику мережу, таку як біткоін. Невеликі блокчейни більш сприйнятливі до атак, тому що суб'єкт чи група осіб можуть зрештою отримати контроль над більшістю вузлів (що також відомо, як атака 51%).
Внаслідок чого розподілена однорангова мережа у поєднанні з обов'язковим консенсусом більшості учасників забезпечує блокчейнам відносно високий ступінь стійкості до зловмисної активності. Модель P2P є однією з причин, через яку біткоїн (та інші блокчейни) змогли досягти так званої візантійської відмовостійкості.
Крім безпеки, використання однорангової архітектури у криптовалютних блокчейнах також робить їх стійкими до цензури щодо центральних органів влади. На відміну від стандартних банківських рахунків, криптовалютні гаманці не можуть бути заморожені або анульовані урядом. Ця стійкість також поширюється на цензуру щодо приватних платформ з обробки платежів та публікації контенту. Деякі творці медійних матеріалів та онлайн-продавці почали використовувати криптовалюту, щоб уникнути блокування своїх платежів з боку третіх осіб.
Недоліки
Незважаючи на численні переваги, однорангові мережі також мають певні недоліки.
Оскільки розподілені регістри повинні оновлюватися на кожному вузлі, а не на центральному сервері, додавання транзакцій до блокчейну потребує великої кількості обчислювальних ресурсів. Хоча це й забезпечує підвищену безпеку, у свою чергу значно знижується оперативність роботи, що є однією з основних перешкод, коли йдеться про масштабованість та широкомасштабну адаптацію. Тим не менш, криптографи та блокчейн-розробники вивчають альтернативні варіанти, які можуть бути використані як рішення для збільшення масштабованості. Відомі приклади включають в себе Lightning Network, Ethereum Plasma і протокол Mimblewimble.
Інший потенційний недолік пов'язаний з атаками, які можуть відбуватися під час хардфорку. Оскільки більшість блокчейнів є децентралізованими та з відкритим вихідним кодом, групи вузлів можуть вільно копіювати та модифікувати код і після цього відокремлюватися від основного ланцюжка, утворюючи нову паралельну мережу. Хардфоркі, це цілком нормальна подія, яка сама по собі не передбачає будь-яких загроз. Однак, якщо певних заходів безпеки не дотримуватимуться належним чином, обидва ланцюжки можуть стати вразливими для атаки повторного відтворення.
Більш того, розподілена природа P2P-мереж робить їх відносно важкими для контролю та регулювання не лише у сфері блокчейн. У зв'язку з цим кілька P2P-додатків та компаній були пов'язані з незаконною діяльністю та порушенням авторських прав.
Висновок
Однорангова архітектура може розроблятися і використовуватися по-різному, однак саме вона лежить в основі всіх блокчейнів, уможливлюючи існування криптовалюти. Розподіляючи регістри з транзакціями серед великих мережевих вузлів, технологія P2P забезпечує безпеку, децентралізацію та стійкість до цензури.
На додаток до їхньої корисності для технології блокчейн, P2P-системи також можуть обслуговувати інші додатки пов'язані з розподіленими обчисленнями, від мереж для обміну файлами до платформ торгівлі енергією.