Ngang hàng (P2P) là gì?

Trong khoa học máy tính, mạng ngang hàng (P2P) bao gồm một nhóm thiết bị lưu trữ và chia sẻ tập tin chung. Mỗi người tham gia (nút) hoạt động như một cá nhân ngang hàng. Tất cả các nút đều có khả năng giống nhau và thực hiện cùng một nhiệm vụ.

Trong công nghệ tài chính, thuật ngữ ngang hàng thường đề cập đến việc trao đổi tiền điện tử hoặc tài sản kỹ thuật số qua mạng phân tán. Nền tảng P2P cho phép người mua và người bán thực hiện giao dịch mà không cần trung gian. Trong một số trường hợp, các trang web cũng có thể cung cấp môi trường P2P kết nối các nhà cung cấp vốn và người vay.

Kiến trúc P2P có thể được sử dụng theo nhiều cách, nhưng nó đặc biệt phổ biến vào những năm 1990 khi các chương trình chia sẻ tệp đầu tiên được tạo ra. Ngày nay, mạng P2P là cốt lõi của tiền điện tử, thống trị hầu hết các lĩnh vực của ngành công nghiệp blockchain. Tuy nhiên, nó cũng được tận dụng trong các ứng dụng điện toán phân tán khác, bao gồm công cụ tìm kiếm trên web, nền tảng phát trực tuyến, thị trường trực tuyến và giao thức web Hệ thống tệp liên hành tinh (IPFS).

P2P hoạt động như thế nào?

Về bản chất, hệ thống P2P được quản lý bởi một mạng lưới người dùng phân tán. Thông thường, các hệ thống này không có quản trị viên hoặc máy chủ trung tâm vì mỗi nút giữ một bản sao của các tệp - đóng vai trò vừa là máy khách vừa là máy chủ đối với các nút khác. Do đó, mỗi nút có thể tải xuống hoặc tải tệp lên và từ các nút khác. Đây là điểm khác biệt của mạng P2P với các hệ thống máy khách-máy chủ truyền thống hơn, nơi các thiết bị máy khách tải xuống tệp từ máy chủ tập trung.

Trong mạng P2P, các thiết bị được kết nối chia sẻ các tệp được lưu trữ trên phần cứng. Sử dụng các ứng dụng phần mềm được thiết kế để làm trung gian chia sẻ dữ liệu, người dùng có thể yêu cầu các thiết bị khác trên mạng tìm và tải xuống tệp. Khi một người dùng đã tải xuống tệp được đề cập thì người dùng đó có thể đóng vai trò là nguồn của tệp.

Nói cách khác, khi một nút hoạt động như một máy khách, nó sẽ tải các tệp từ các nút mạng khác. Nhưng khi đóng vai trò là máy chủ, các nút này trở thành nguồn mà từ đó các nút khác có thể tải xuống tệp. Nhưng trong thực tế, cả hai chức năng đều có thể được thực thi cùng lúc (ví dụ: tải xuống tệp A và tải lên tệp B).

Vì mỗi nút lưu trữ, truyền và nhận tệp nên mạng P2P có xu hướng nhanh hơn và hiệu quả hơn khi cơ sở người dùng ngày càng lớn hơn. Ngoài ra, kiến ​​trúc phân tán giúp hệ thống P2P có khả năng chống lại các cuộc tấn công mạng cao. Không giống như các mô hình truyền thống, mạng P2P không có một điểm lỗi nào.

Chúng ta có thể phân loại các hệ thống ngang hàng theo kiến ​​trúc của chúng. Ba loại chính là mạng P2P không có cấu trúc, có cấu trúc và hỗn hợp (hỗn hợp).

Mạng P2P không có cấu trúc

Mạng P2P không có cấu trúc không hiển thị tổ chức cụ thể của các nút. Những người tham gia giao tiếp ngẫu nhiên với nhau. Hệ thống được coi là mạnh mẽ trước hoạt động có tính biến động cao (ví dụ: Một số nút thường xuyên tham gia và rời khỏi mạng).

Mặc dù dễ xây dựng hơn nhưng mạng P2P không có cấu trúc có thể yêu cầu mức sử dụng CPU và bộ nhớ cao hơn vì các yêu cầu tìm kiếm được gửi đến càng nhiều mạng ngang hàng càng tốt. Điều này có xu hướng khiến mạng tràn ngập các yêu cầu, đặc biệt nếu một số lượng nhỏ nút cung cấp nội dung mong muốn.

Mạng P2P có cấu trúc

Ngược lại, mạng P2P có cấu trúc thể hiện một kiến ​​trúc có tổ chức, cho phép các nút tìm kiếm tệp hiệu quả hơn, ngay cả khi nội dung không được phổ biến rộng rãi. Trong hầu hết các trường hợp, điều này đạt được thông qua việc sử dụng các hàm băm hỗ trợ tìm kiếm cơ sở dữ liệu.

Mặc dù các mạng có cấu trúc có thể hiệu quả hơn nhưng chúng có xu hướng có mức độ tập trung cao hơn và thường yêu cầu chi phí thiết lập và bảo trì cao hơn. Ngoài ra, các mạng có cấu trúc kém mạnh mẽ hơn khi phải đối mặt với mức độ biến động cao.

Mạng P2P hỗn hợp

Mạng P2P hỗn hợp kết hợp mô hình máy khách-máy chủ thông thường với một số khía cạnh của kiến ​​trúc ngang hàng. Ví dụ: các mạng này có thể thiết kế một máy chủ trung tâm tạo điều kiện kết nối giữa các mạng ngang hàng.

Khi so sánh với hai loại còn lại, các mẫu xe hybrid/hỗn hợp có xu hướng cho thấy hiệu suất tổng thể được cải thiện. Các mạng này thường kết hợp một số ưu điểm chính của từng phương pháp, đồng thời đạt được mức độ hiệu quả và phân cấp.

Phân phối so với phân phối không tập trung

Mặc dù kiến ​​trúc P2P vốn đã được phân tán nhưng điều quan trọng cần lưu ý là có nhiều mức độ phân cấp khác nhau. Vì vậy, không phải tất cả các mạng P2P đều được phân cấp. 

Trên thực tế, nhiều hệ thống dựa vào cơ quan trung ương để hướng dẫn hoạt động mạng, khiến chúng có phần tập trung hơn. Ví dụ: một số hệ thống chia sẻ tệp P2P cho phép người dùng tìm kiếm và tải xuống tệp từ những người dùng khác, nhưng họ không thể tham gia vào các quy trình khác, chẳng hạn như quản lý truy vấn tìm kiếm.

Ngoài ra, các mạng nhỏ được kiểm soát bởi cơ sở người dùng hạn chế với mục tiêu chung cũng có thể được cho là có mức độ tập trung cao hơn, mặc dù thiếu cơ sở hạ tầng mạng tập trung.

Vai trò của P2P trong Blockchain

Trong giai đoạn đầu của Bitcoin, Satoshi Nakamoto đã định nghĩa nó là “Hệ thống tiền mặt điện tử ngang hàng”. Bitcoin được tạo ra như một dạng tiền kỹ thuật số. Nó có thể được chuyển từ người dùng này sang người dùng khác thông qua mạng P2P, mạng này duy trì một sổ cái phân tán được gọi là  blockchain.

Trong bối cảnh này, kiến ​​trúc P2P vốn có của công nghệ blockchain là thứ cho phép Bitcoin và các loại tiền điện tử khác được chuyển đi khắp thế giới mà không cần đến trung gian hoặc máy chủ trung tâm. Ngoài ra, bất kỳ ai cũng có thể thiết lập nút Bitcoin nếu họ muốn tham gia vào quá trình xác minh và xác thực các khối.

Vì vậy, không có ngân hàng nào xử lý hoặc ghi lại các giao dịch trong mạng Bitcoin. Thay vào đó, blockchain hoạt động như một sổ cái kỹ thuật số ghi lại công khai mọi hoạt động. Về cơ bản, mỗi nút giữ một bản sao của blockchain và so sánh nó với các nút khác để đảm bảo dữ liệu là chính xác. Mạng nhanh chóng từ chối hoạt động đáng ngờ hoặc không chính xác.

Trong bối cảnh của chuỗi khối tiền điện tử, các nút có thể đảm nhận nhiều vai trò khác nhau. Ví dụ: các nút đầy đủ là những nút cung cấp bảo mật cho mạng bằng cách xác minh các giao dịch theo quy tắc đồng thuận của hệ thống.

Mỗi nút đầy đủ lưu trữ một bản sao hoàn chỉnh và cập nhật của chuỗi khối - cho phép nó tham gia vào công việc chung để xác minh trạng thái thực sự của sổ cái phân tán. Cần lưu ý rằng không phải tất cả các nút xác thực đầy đủ đều là công cụ khai thác.

Lợi nhuận

Kiến trúc blockchain ngang hàng mang lại nhiều lợi ích. Một trong những điều quan trọng nhất là mạng P2P cung cấp tính bảo mật cao hơn so với các thiết lập máy khách-máy chủ truyền thống. Việc phân phối chuỗi khối trên một số lượng lớn nút giúp chuỗi khối này miễn nhiễm với các cuộc tấn công Từ chối dịch vụ (DoS) gây khó khăn cho nhiều hệ thống.

Tương tự như vậy, vì phần lớn các nút phải thiết lập sự đồng thuận trước khi dữ liệu được thêm vào blockchain nên kẻ tấn công gần như không thể thay đổi dữ liệu. Điều này đặc biệt đúng đối với các mạng lớn như Bitcoin. Các chuỗi khối nhỏ hơn dễ bị tấn công hơn vì một người hoặc một nhóm có thể kiểm soát hầu hết các nút (điều này được gọi là cuộc tấn công  51%).

Kết quả là, các mạng ngang hàng phân tán, kết hợp với các yêu cầu đồng thuận của đa số, làm cho các chuỗi khối có mức độ chống lại hoạt động độc hại tương đối cao. Mô hình P2P là một trong những lý do khiến Bitcoin (và các chuỗi khối khác) có thể đạt được cái gọi là khả năng chịu lỗi Byzantine.

Ngoài vấn đề bảo mật, việc sử dụng kiến ​​trúc P2P trong các chuỗi khối tiền điện tử còn khiến chúng có khả năng chống lại sự kiểm duyệt của chính quyền trung ương. Không giống như các tài khoản ngân hàng tiêu chuẩn, chính phủ không thể đóng băng hoặc rút tiền điện tử. Sự phản kháng này cũng mở rộng đến các nỗ lực kiểm duyệt với các nền tảng nội dung và xử lý thanh toán riêng tư. Một số người sáng tạo nội dung và người bán trực tuyến đang áp dụng thanh toán bằng tiền điện tử như một cách để tránh bị bên thứ ba chặn khoản thanh toán của họ.

Hạn chế

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng việc sử dụng mạng P2P trên blockchain cũng có những hạn chế nhất định.

Bởi vì sổ cái phân tán phải được cập nhật trên mỗi nút chứ không phải trên máy chủ trung tâm nên việc thêm các giao dịch vào chuỗi khối đòi hỏi một lượng lớn sức mạnh tính toán. Mặc dù điều này giúp tăng cường bảo mật nhưng nó làm giảm đáng kể hiệu quả và là một trong những trở ngại chính về khả năng mở rộng và áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các nhà mật mã học và nhà phát triển blockchain đang nghiên cứu các lựa chọn thay thế có thể được sử dụng làm giải pháp mở rộng quy mô. Các ví dụ đáng chú ý bao gồm Lightning Network, Ethereum Plasma và giao thức Mimblewimble.

Một hạn chế tiềm ẩn khác liên quan đến các cuộc tấn công có thể phát sinh trong hoạt động phân nhánh cứng. Bởi vì hầu hết các chuỗi khối đều phi tập trung và là nguồn mở, các nhóm nút có thể tự do sao chép và sửa đổi mã và tách ra khỏi chuỗi chính để hình thành các mạng song song mới. Hard fork là hoàn toàn bình thường và không phải là một mối đe dọa. Nhưng nếu một số phương pháp bảo mật nhất định không được áp dụng đúng cách thì cả hai chuỗi có thể trở nên dễ bị tấn công lại.

Ngoài ra, tính chất phân tán của mạng P2P khiến chúng tương đối khó kiểm soát và điều chỉnh, không chỉ trong môi trường blockchain. Một số ứng dụng và công ty P2P có liên quan đến các hoạt động bất hợp pháp và vi phạm bản quyền.

Che phủ

Kiến trúc ngang hàng có thể được phát triển và sử dụng theo nhiều cách khác nhau và là cốt lõi của chuỗi khối giúp tạo ra tiền điện tử. Bằng cách phân phối sổ cái các giao dịch trên một mạng lưới các nút lớn, kiến ​​trúc P2P mang lại sự bảo mật, phân cấp và khả năng chống kiểm duyệt.

Ngoài việc sử dụng công nghệ blockchain, hệ thống P2P còn có thể phục vụ các ứng dụng điện toán phân tán khác, từ mạng chia sẻ tệp đến nền tảng giao dịch năng lượng.