Peer-to-Peer Netzwerke erklärt
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Peer-to-Peer Netzwerke erklärt

Peer-to-Peer Netzwerke erklärt

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Veröffentlicht Sep 30, 2019Aktualisiert Nov 16, 2022
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Was ist Peer-to-Peer (P2P)?

In der Informatik besteht ein Peer-to-Peer (P2P)-Netzwerk aus einer Gruppe von Ger√§ten, die gemeinsam Dateien speichern und nutzen. Jeder Teilnehmer (Node) agiert als einzelner Peer. Normalerweise haben alle Nodes die gleiche Leistung und f√ľhren die gleichen Aufgaben aus.

In der Finanztechnologie bezieht sich der Begriff Peer-to-Peer in der Regel auf den Austausch von Kryptow√§hrungen oder digitalen Assets √ľber ein verteiltes Netzwerk. Eine P2P-Plattform erm√∂glicht es K√§ufern und Verk√§ufern, Gesch√§fte ohne Zwischenh√§ndler durchzuf√ľhren. In einigen F√§llen k√∂nnen Websites auch eine P2P-Umgebung bereitstellen, die Kreditgeber und Kreditnehmer miteinander verbindet.

Die P2P-Architektur kann f√ľr verschiedene Anwendungsf√§lle geeignet sein, aber sie wurde besonders in den 90er Jahren beliebt, als die ersten File-Sharing-Programme entwickelt wurden. Heute sind P2P-Netzwerke der Kern der meisten Kryptow√§hrungen und machen einen gro√üen Teil der Blockchain-Industrie aus. Sie werden jedoch auch in anderen verteilten Computeranwendungen eingesetzt, einschlie√ülich Web-Suchmaschinen, Streaming-Plattformen, Online-Marktpl√§tzen und dem Web-Protokoll des InterPlanetary File System (IPFS).


Wie funktioniert P2P?

Im Wesentlichen wird ein P2P-System von einem verteilten Netzwerk von Benutzern verwaltet. Normalerweise haben sie keinen zentralen Administrator oder Server, da jeder Node eine Kopie der Dateien enth√§lt - sowohl als Client als auch als Server f√ľr andere Nodes. Somit kann jeder Node Dateien von anderen Nodes herunterladen oder Dateien zu ihnen hochladen. Dies unterscheidet P2P-Netzwerke von den traditionelleren Client-Server-Systemen, bei denen Client-Ger√§te Dateien von einem zentralen Server herunterladen.

In P2P-Netzwerken tauschen die angeschlossenen Ger√§te untereinander Dateien aus, die auf ihren Festplatten gespeichert sind. Mit Softwareanwendungen, die den Austausch von Daten vermitteln, k√∂nnen Benutzer auf anderen Ger√§ten im Netzwerk nach Dateien suchen und diese herunterladen. Sobald ein Benutzer eine bestimmte Datei heruntergeladen hat, kann er ebenfalls als Quelle f√ľr diese Datei dienen.

Anders ausgedr√ľckt, wenn ein Node als Client fungiert, l√§dt er Dateien von anderen Nodes im Netzwerk herunter. Aber wenn sie als Server fungieren, sind sie die Quelle, von der andere Nodes Dateien herunterladen k√∂nnen. In der Praxis k√∂nnen jedoch beide Funktionen gleichzeitig ausgef√ľhrt werden (z.B. Download von Datei A und Upload von Datei B).

Da jeder Node Dateien speichert, sendet und empfängt, sind P2P-Netzwerke in der Regel schneller und effizienter, da ihre Benutzerzahl wächst. Außerdem macht ihre verteilte Architektur P2P-Systeme sehr resistent gegen Cyberangriffe. Im Gegensatz zu herkömmlichen Modellen haben P2P-Netzwerke keinen Single Point of Failure.

Wir können Peer-to-Peer-Systeme nach ihrer Architektur kategorisieren. Die drei Haupttypen werden als unstrukturierte, strukturierte und hybride P2P-Netzwerke bezeichnet.


Unstrukturierte P2P-Netzwerke

Unstrukturierte P2P-Netzwerke stellen keine spezifische Organisation der Nodes dar. Die Teilnehmer kommunizieren zufällig miteinander. Diese Systeme gelten als robust gegen hohe Churn-Aktivität (d.h. mehrere Nodes, die häufig dem Netzwerk beitreten und es verlassen).

Obwohl sie einfacher einzurichten sind, k√∂nnen unstrukturierte P2P-Netzwerke eine h√∂here CPU- und Speicherauslastung erfordern, da Suchanfragen an die gr√∂√ütm√∂gliche Anzahl von Peers gesendet werden. Dies f√ľhrt dazu, dass das Netzwerk mit Anfragen √ľberflutet wird, insbesondere wenn eine kleine Anzahl von Nodes die gew√ľnschten Daten anbietet.


Strukturierte P2P-Netzwerke

Im Gegensatz dazu stellen strukturierte P2P-Netzwerke eine organisierte Architektur dar, die es den Nodes erlaubt, effizient nach Dateien zu suchen, auch wenn der Inhalt nicht weit verbreitet ist. In den meisten Fällen wird dies durch die Verwendung von Hash-Funktionen erreicht, die das Durchsuchen von Datenbanken erleichtern.

Obwohl strukturierte Netzwerke effizienter sein k√∂nnen, neigen sie dazu, einen h√∂heren Grad an Zentralisierung zu bieten, und erfordern in der Regel h√∂here Einrichtungs- und Wartungskosten. Dar√ľber hinaus sind strukturierte Netzwerke weniger robust, wenn es um hohe Fluktuationsraten geht.


Hybride P2P-Netzwerke

Hybride P2P-Netzwerke kombinieren das konventionelle Client-Server-Modell mit einigen Aspekten der Peer-to-Peer-Architektur. So kann beispielsweise ein zentraler Server verwendet werden, der die Verbindung zwischen Peers erleichtert.

Im Vergleich zu den beiden anderen Typen zeigen Hybridmodelle tendenziell eine verbesserte Gesamtleistung. Sie kombinieren in der Regel einige der Hauptvorteile jedes Ansatzes und erreichen gleichzeitig erhebliche Effizienzgewinne und Dezentralisierung.


Verteilt vs. dezentralisiert

Obwohl die P2P-Architektur grundsätzlich verteilt ist, ist es wichtig zu beachten, dass es unterschiedliche Dezentralisierungsgrade gibt. Daher sind nicht alle P2P-Netzwerke dezentralisiert. 

Tatsächlich verlassen sich viele Systeme auf eine zentrale Instanz, um die Netzwerkaktivität zu steuern, wodurch sie in gewissem Maße zentralisiert sind. Einige P2P-Dateisysteme ermöglichen es beispielsweise, dass Benutzer Dateien von anderen Benutzern suchen und herunterladen können, aber sie können nicht an anderen Prozessen teilnehmen, wie z. B. der Verwaltung von Suchanfragen.

Dar√ľber hinaus k√∂nnen auch kleine Netzwerke, die von einer begrenzten Nutzerbasis mit gemeinsamen Zielen gesteuert werden, trotz fehlender zentralisierter Netzwerkinfrastruktur einen h√∂heren Grad an Zentralisierung aufweisen.


Die Rolle von P2P in Blockchains

In den fr√ľhen Phasen von Bitcoin definierte ¬†Satoshi Nakamoto es als ein ‚ÄúPeer-to-Peer Electronic Cash System.‚ÄĚ Bitcoin wurde als digitale Form des Geldes geschaffen. Es kann von einem Benutzer zum anderen √ľber ein P2P-Netzwerk √ľbertragen werden, das ein verteiltes Ledger namens Blockchain verwaltet.
In diesem Zusammenhang ist die der Blockchain-Technologie zugrundeliegende P2P-Architektur der Grund daf√ľr, dass Bitcoin und andere Kryptow√§hrungen weltweit √ľbertragen werden k√∂nnen, ohne dass Zwischenh√§ndler oder ein zentraler Server ben√∂tigt werden. Au√üerdem kann jeder einen Bitcoin-Node einrichten, wenn er am Prozess der Verifizierung und Validierung von Blocks teilnehmen m√∂chte.

Es gibt also keine Banken, die Transaktionen im Bitcoin-Netzwerk durchf√ľhren oder aufzeichnen. Stattdessen fungiert die Blockchain als digitales Ledger, das alle Aktivit√§ten √∂ffentlich aufzeichnet. Grunds√§tzlich h√§lt jeder Node eine Kopie der Blockchain bereit und vergleicht sie mit anderen Nodes, um sicherzustellen, dass die Daten korrekt sind. Das Netzwerk lehnt jegliche b√∂swillige Aktivit√§t oder Ungenauigkeit sofort ab.

Im Kontext von Blockchains f√ľr Kryptow√§hrungen k√∂nnen Nodes eine Vielzahl von verschiedenen Rollen¬†√ľbernehmen. Vollst√§ndige Nodes sind beispielsweise diejenigen, die dem Netzwerk Sicherheit bieten, indem sie Transaktionen anhand der Konsensregeln des Systems verifizieren.
Jeder vollst√§ndige Node verwaltet eine vollst√§ndige, aktualisierte Kopie der Blockchain und kann dadurch an der gemeinsamen Arbeit teilnehmen, den wahren Zustand des verteilten Ledgers zu √ľberpr√ľfen. Es ist jedoch anzumerken, dass nicht alle Nodes, die eine vollst√§ndige √úberpr√ľfung durchf√ľhren, Miner sind.


Vorteile

Die Peer-to-Peer-Architektur der Blockchains bietet viele Vorteile. Zu den wichtigsten geh√∂rt die Tatsache, dass P2P-Netzwerke mehr Sicherheit bieten als herk√∂mmliche Client-Server-Arrangements. Die Verteilung der Blockchains √ľber eine gro√üe Anzahl von Nodes macht sie praktisch immun gegen Denial-of-Service (DoS) Angriffe, die zahlreiche Systeme plagen.
Da die Mehrheit der Nodes einen Konsens herstellen muss, bevor Daten zu einer Blockchain hinzugef√ľgt werden, ist es f√ľr einen Angreifer fast unm√∂glich, die Daten zu √§ndern. Dies gilt insbesondere f√ľr gro√üe Netzwerke wie das von Bitcoin. Kleinere Blockchains sind anf√§lliger f√ľr Angriffe, da eine Person oder Gruppe schlie√ülich die Kontrolle √ľber die Mehrheit der Nodes erlangen k√∂nnte (dies ist bekannt als 51 Prozent Angriff).
Infolgedessen verleiht das verteilte Peer-to-Peer-Netzwerk, gepaart mit einer Mehrheitskonsensanforderung, den Blockchains ein relativ hohes Ma√ü an Resistenz gegen b√∂swillige Aktivit√§ten. Das P2P-Modell ist einer der Gr√ľnde, warum Bitcoin (und andere Blockchains) die sogenannte Byzantinische Fehlertoleranz erreichen konnten.

Abgesehen von der Sicherheit macht die Verwendung der P2P-Architektur die Blockchains von Kryptow√§hrungen auch resistent gegen Zensur durch Zentralbeh√∂rden. Im Gegensatz zu herk√∂mmlichen Bankkonten k√∂nnen Krypto-Wallets nicht von Regierungen eingefroren oder beschlagnahmt werden. Diese Resistenz erstreckt sich auch auf die Zensuranstrengungen privater Zahlungsverarbeitungs- und Content-Plattformen. Einige Inhaltsersteller und Online-H√§ndler haben Zahlungen mit Kryptow√§hrungen eingef√ľhrt, um zu vermeiden, dass ihre Zahlungen von Dritten blockiert werden.


Einschränkungen

Trotz ihrer vielen Vorteile hat der Einsatz von P2P-Netzwerken auf Blockchains auch gewisse Einschränkungen.

Da verteilte Ledger auf jedem einzelnen Node statt auf einem zentralen Server aktualisiert werden m√ľssen, erfordert das Hinzuf√ľgen von Transaktionen zu einer Blockchain ein enormes Ma√ü an Rechenleistung. Dies bietet zwar mehr Sicherheit, reduziert aber die Effizienz erheblich und ist eines der Haupthindernisse in Bezug auf Skalierbarkeit und breite Akzeptanz. Dennoch suchen Kryptographen und Blockchain-Entwickler nach Alternativen, die als Skalierungsl√∂sungen eingesetzt werden k√∂nnen. Prominente Beispiele sind das Lightning Network, Ethereum Plasma, und das Mimblewimble Protokoll.
Eine weitere m√∂gliche Einschr√§nkung betrifft Angriffe, die w√§hrend Hard Fork Events auftreten k√∂nnen. Da die meisten Blockchains dezentral und Open Source sind, k√∂nnen Gruppen von Nodes den Code kopieren und modifizieren und sich von der Main Chain trennen, um ein neues, paralleles Netzwerk zu bilden. Hard Forks sind v√∂llig normal und keine Bedrohung f√ľr sich allein. Aber wenn bestimmte Sicherheitsmethoden nicht richtig angewendet werden, k√∂nnen beide Chains anf√§llig werden f√ľr Replay Attacks.

Dar√ľber hinaus macht die verteilte Natur von P2P-Netzwerken die Kontrolle und Regulierung relativ schwierig, nicht nur in der Blockchain-Nische. Mehrere P2P-Anwendungen und Unternehmen wurden in illegale Aktivit√§ten und Urheberrechtsverletzungen verwickelt.


Schlussworte

Peer-to-Peer-Architektur kann auf vielf√§ltige Weise entwickelt und genutzt werden, und sie ist das Herzst√ľck der Blockchains, die Kryptow√§hrungen erm√∂glichen. Durch die Verteilung von Transaktions-Ledgern auf gro√üe Netzwerke von Nodes bietet die P2P-Architektur Sicherheit, Dezentralisierung und Schutz vor Zensur.

Zus√§tzlich zu ihrer N√ľtzlichkeit in der Blockchain-Technologie k√∂nnen P2P-Systeme auch andere verteilte Computeranwendungen unterst√ľtzen, die von File-Sharing-Netzen bis hin zu Energiehandelsplattformen reichen.

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