Τι είναι η ομότιμη σύνδεση (peer-to-peer, ή P2P);
Στην πληροφορική, ένα δίκτυο ομότιμης σύνδεσης (P2P) αποτελείται από μια ομάδα συσκευών που αποθηκεύουν και κοινοποιούν συλλογικά αρχεία. Κάθε συμμετέχων (κόμβος) ενεργεί ως μεμονωμένος ομότιμος (peer). Συνήθως, όλοι οι κόμβοι έχουν ίση ισχύ και εκτελούν τις ίδιες εργασίες.
Στη χρηματοοικονομική τεχνολογία, ο όρος ομότιμη σύνδεση αναφέρεται συνήθως στην ανταλλαγή κρυπτονομισμάτων ή ψηφιακών περιουσιακών στοιχείων μέσω ενός κατανεμημένου δικτύου. Μια πλατφόρμα P2P επιτρέπει στους αγοραστές και τους πωλητές να εκτελούν συναλλαγές χωρίς να χρειάζονται μεσάζοντες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι ιστότοποι μπορεί επίσης να παρέχουν ένα περιβάλλον P2P που συνδέει τους δανειστές και τους δανειολήπτες.
Η αρχιτεκτονική P2P μπορεί να είναι κατάλληλη για διάφορες περιπτώσεις χρήσης, αλλά έγινε ιδιαίτερα δημοφιλής τη δεκαετία του 1990 όταν δημιουργήθηκαν τα πρώτα προγράμματα κοινοποίησης αρχείων. Σήμερα, τα δίκτυα P2P βρίσκονται στον πυρήνα των περισσότερων κρυπτονομισμάτων, αποτελώντας ένα μεγάλο μερίδιο του κλάδου του blockchain. Ωστόσο, αξιοποιούνται επίσης σε άλλες κατανεμημένες υπολογιστικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των μηχανών αναζήτησης ιστού, των πλατφορμών streaming, των διαδικτυακών αγορών και του πρωτοκόλλου ιστού IPFS (Διαπλανητικό σύστημα αρχείων).
Πώς λειτουργεί το Ρ2Ρ;
Στην ουσία, ένα σύστημα P2P διατηρείται από ένα κατανεμημένο δίκτυο χρηστών. Συνήθως, δεν έχουν κεντρικό διαχειριστή ή διακομιστή επειδή κάθε κόμβος διατηρεί ένα αντίγραφο των αρχείων - ενεργώντας τόσο ως πελάτης όσο και ως διακομιστής σε άλλους κόμβους. Έτσι, κάθε κόμβος μπορεί να πραγματοποιήσει λήψη αρχείων από άλλους κόμβους ή να ανεβάσει αρχεία σε αυτούς. Αυτό είναι που διαφοροποιεί τα δίκτυα P2P από τα πιο παραδοσιακά συστήματα πελάτη-διακομιστή, στα οποία οι συσκευές-πελάτες πραγματοποιούν λήψη αρχείων από έναν κεντρικό διακομιστή.
Στα δίκτυα P2P, οι συνδεδεμένες συσκευές κοινοποιούν αρχεία που είναι αποθηκευμένα στους σκληρούς τους δίσκους. Χρησιμοποιώντας εφαρμογές λογισμικού που έχουν σχεδιαστεί για να μεσολαβούν στην κοινοποίηση δεδομένων, οι χρήστες μπορούν να ρωτήσουν άλλες συσκευές στο δίκτυο για να βρουν και να πραγματοποιήσουν λήψη αρχείων. Μόλις ένας χρήστης πραγματοποιήσει λήψη ενός δεδομένου αρχείου, μπορεί στη συνέχεια να λειτουργήσει ως πηγή αυτού του αρχείου.
Με άλλα λόγια, όταν ένας κόμβος ενεργεί ως πελάτης, πραγματοποιεί λήψη αρχείων από άλλους κόμβους δικτύου. Αλλά όταν λειτουργεί ως διακομιστής, είναι η πηγή από την οποία άλλοι κόμβοι μπορούν να κάνουν λήψη αρχείων. Στην πράξη, ωστόσο, και οι δύο λειτουργίες μπορούν να εκτελεστούν ταυτόχρονα (π.χ. λήψη του αρχείου Α και ανέβασμα του αρχείου Β).
Εφόσον κάθε κόμβος αποθηκεύει, μεταδίδει και λαμβάνει αρχεία, τα δίκτυα P2P τείνουν να είναι πιο γρήγορα και πιο αποτελεσματικά καθώς η βάση χρηστών τους μεγαλώνει. Επίσης, η κατανεμημένη αρχιτεκτονική τους καθιστά τα συστήματα P2P πολύ ανθεκτικά στις κυβερνοεπιθέσεις. Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά μοντέλα, τα δίκτυα P2P δεν έχουν ούτε ένα σημείο αποτυχίας.
Μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε τα συστήματα ομότιμης σύνδεσης σύμφωνα με την αρχιτεκτονική τους. Οι τρεις κύριοι τύποι ονομάζονται μη δομημένα, δομημένα και υβριδικά δίκτυα P2P.
Μη δομημένα δίκτυα P2P
Τα μη δομημένα δίκτυα P2P δεν παρουσιάζουν κάποια συγκεκριμένη οργάνωση των κόμβων. Οι συμμετέχοντες επικοινωνούν τυχαία μεταξύ τους. Αυτά τα συστήματα θεωρούνται ανθεκτικά απέναντι στην αυξημένη δραστηριότητα (δηλαδή, αρκετοί κόμβοι συχνά ενώνονται και εξέρχονται από το δίκτυο).
Αν και είναι πιο εύκολο να κατασκευαστούν, τα μη δομημένα δίκτυα P2P μπορεί να απαιτούν υψηλότερη χρήση CPU και μνήμης, επειδή τα ερωτήματα αναζήτησης αποστέλλονται στον μεγαλύτερο δυνατό αριθμό ομότιμων. Αυτό τείνει να πλημμυρίζει το δίκτυο με ερωτήματα, ειδικά εάν ένας μικρός αριθμός κόμβων προσφέρει το επιθυμητό περιεχόμενο.
Δομημένα δίκτυα P2P
Αντίθετα, τα δομημένα δίκτυα P2P παρουσιάζουν μια οργανωμένη αρχιτεκτονική, επιτρέποντας στους κόμβους να αναζητούν αποτελεσματικά αρχεία, ακόμα κι αν το περιεχόμενο δεν είναι ευρέως διαθέσιμο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτό επιτυγχάνεται μέσω της χρήσης λειτουργιών hash που διευκολύνουν την αναζήτηση σε βάσεις δεδομένων.
Ενώ τα δομημένα δίκτυα μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικά, τείνουν να παρουσιάζουν υψηλότερα επίπεδα συγκέντρωσης και συνήθως απαιτούν υψηλότερα κόστη εγκατάστασης και συντήρησης. Εκτός αυτού, τα δομημένα δίκτυα είναι λιγότερο ανθεκτικά όταν αντιμετωπίζουν υψηλά ποσοστά δραστηριότητας.
Υβριδικά δίκτυα Ρ2Ρ
Τα υβριδικά δίκτυα P2P συνδυάζουν το συμβατικό μοντέλο πελάτη-διακομιστή με ορισμένες πτυχές της αρχιτεκτονικής ομότιμης σύνδεσης. Για παράδειγμα, μπορεί να σχεδιάσει έναν κεντρικό διακομιστή που διευκολύνει τη σύνδεση μεταξύ ομοτίμων.
Σε σύγκριση με τους άλλους δύο τύπους, τα υβριδικά μοντέλα τείνουν να παρουσιάζουν βελτιωμένη συνολική απόδοση. Συνήθως συνδυάζουν μερικά από τα κύρια πλεονεκτήματα κάθε προσέγγισης, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα σημαντικούς βαθμούς αποτελεσματικότητας και αποκέντρωσης.
Κατανεμημένα ή αποκεντρωμένα
Παρόλο που η αρχιτεκτονική P2P είναι εγγενώς κατανεμημένη, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι υπάρχουν διάφοροι βαθμοί αποκέντρωσης. Επομένως, δεν είναι όλα τα δίκτυα P2P αποκεντρωμένα.
Στην πραγματικότητα, πολλά συστήματα βασίζονται σε μια κεντρική αρχή για την καθοδήγηση της δραστηριότητας του δικτύου, καθιστώντας τα κάπως κεντρικά. Για παράδειγμα, ορισμένα συστήματα κοινοποίησης αρχείων P2P επιτρέπουν στους χρήστες να πραγματοποιούν αναζήτηση και λήψη αρχείων από άλλους χρήστες, αλλά δεν μπορούν να συμμετέχουν σε άλλες διαδικασίες, όπως η διαχείριση ερωτημάτων αναζήτησης.
Επιπλέον, τα μικρά δίκτυα που ελέγχονται από μια περιορισμένη βάση χρηστών με κοινούς στόχους θα μπορούσε επίσης να θεωρηθούν ότι είναι κεντρικά σε μεγαλύτερο βαθμό, παρά την έλλειψη κεντρικής υποδομής δικτύου.
Ο ρόλος του P2P στα Blockchain.
Στα πρώιμα στάδια του Bitcoin, ο Satoshi Nakamoto το όρισε ως ένα "αποκεντρωμένο σύστημα ηλεκτρονικών μετρητών ομότιμης σύνδεσης". Το Bitcoin δημιουργήθηκε ως μια ψηφιακή μορφή χρήματος. Μπορεί να μεταφερθεί από έναν χρήστη στον άλλο μέσω ενός δικτύου P2P, το οποίο διαχειρίζεται ένα κατανεμημένο καθολικό που ονομάζεται blockchain.
Σε αυτό το πλαίσιο, η αρχιτεκτονική P2P, η οποία είναι εγγενής στην τεχνολογία blockchain είναι αυτή που επιτρέπει στο Bitcoin και σε άλλα κρυπτονομίσματα να μεταφέρονται παγκοσμίως, χωρίς την ανάγκη για μεσάζοντες ή κεντρικό διακομιστή. Επίσης, οποιοσδήποτε μπορεί να δημιουργήσει έναν κόμβο Bitcoin εάν επιθυμεί να συμμετάσχει στη διαδικασία επαλήθευσης και επικύρωσης Block.
Επομένως, δεν υπάρχουν τράπεζες που επεξεργάζονται ή καταγράφουν συναλλαγές στο δίκτυο του Bitcoin. Αντίθετα, το blockchain λειτουργεί ως ψηφιακό καθολικό το οποίο καταγράφει δημόσια όλη τη δραστηριότητα. Στην ουσία, κάθε κόμβος διακρατά ένα αντίγραφο του blockchain και το συγκρίνει με άλλους κόμβους για να διασφαλίσει ότι τα δεδομένα είναι ακριβή. Το δίκτυο απορρίπτει γρήγορα οποιαδήποτε κακόβουλη δραστηριότητα ή ανακρίβεια.
Στο πλαίσιο των Blockchain κρυπτονομισμάτων, οι κόμβοι μπορούν να αναλάβουν διαφορετικούς ρόλους. Οι πλήρεις κόμβοι, για παράδειγμα, είναι αυτοί που παρέχουν ασφάλεια στο δίκτυο, επαληθεύοντας τις συναλλαγές με βάση τους κανόνες συναίνεσης του συστήματος.
Κάθε πλήρης κόμβος διατηρεί ένα πλήρες, ενημερωμένο αντίγραφο του Blockchain - επιτρέποντάς τους να συμμετέχουν στη συλλογική εργασία επαλήθευσης της πραγματικής κατάστασης του κατανεμημένου καθολικού. Αξίζει να σημειωθεί, ωστόσο, ότι δεν είναι όλοι οι πλήρεις κόμβοι επικύρωσης εξορύκτες.
Πλεονεκτήματα
Η αρχιτεκτονική ομότιμης σύνδεσης των blockchain παρέχει πολλά οφέλη. Μεταξύ των πιο σημαντικών είναι το γεγονός ότι τα δίκτυα P2P προσφέρουν μεγαλύτερη ασφάλεια από τους παραδοσιακούς διακανονισμούς πελάτη-διακομιστή. Η κατανομή των blockchain σε μεγάλους αριθμούς κόμβων τα καθιστά ουσιαστικά άνοσα στις επιθέσεις άρνησης υπηρεσιών (Denial-of-Service, ή DoS) που μαστίζουν πολλά συστήματα.
Ομοίως, επειδή η πλειοψηφία των κόμβων πρέπει να επιτύχει συναίνεση πριν προστεθούν δεδομένα σε ένα Blockchain, είναι σχεδόν αδύνατο για έναν εισβολέα να αλλάξει τα δεδομένα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για μεγάλα δίκτυα, όπως αυτό του Bitcoin. Τα μικρότερα blockchain είναι πιο επιρρεπή σε επιθέσεις, επειδή ένα άτομο ή μια ομάδα θα μπορούσε τελικά να επιτύχει τον έλεγχο της πλειοψηφίας των κόμβων (αυτό είναι γνωστό ως επίθεση 51 τοις εκατό).
Ως αποτέλεσμα, το κατανεμημένο δίκτυο ομότιμης σύνδεσης, σε συνδυασμό με την απαίτηση πλειοψηφικής συναίνεσης, δίνει στα Blockchain σχετικά υψηλό βαθμό ανθεκτικότητας στην κακόβουλη δραστηριότητα. Το μοντέλο P2P είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους το Bitcoin (και άλλα blockchain) κατάφεραν να επιτύχουν τη λεγόμενη Byzantine Fault Tolerance.
Πέρα από την ασφάλεια, η χρήση της αρχιτεκτονικής P2P σε blockchain κρυπτονομισμάτων τα καθιστά επίσης ανθεκτικά στη λογοκρισία από κεντρικές αρχές. Σε αντίθεση με τους τυπικούς τραπεζικούς λογαριασμούς, τα πορτοφόλια κρυπτονομισμάτων δεν μπορούν να δεσμευτούν ή να αδειάσουν από τις κυβερνήσεις. Αυτή η ανθεκτικότητα επεκτείνεται επίσης σε προσπάθειες λογοκρισίας από ιδιωτικές πλατφόρμες επεξεργασίας πληρωμών και περιεχομένου. Κάποιοι δημιουργοί περιεχομένου και διαδικτυακοί έμποροι υιοθέτησαν πληρωμές με κρυπτονομίσματα ως έναν τρόπο για να αποφύγουν τον αποκλεισμό των πληρωμών τους από τρίτους.
Περιορισμοί
Παρά τα πολλά πλεονεκτήματά της, η χρήση των δικτύων P2P σε blockchain έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς.
Επειδή τα κατανεμημένα καθολικά πρέπει να ενημερώνονται σε κάθε μεμονωμένο κόμβο αντί σε έναν κεντρικό διακομιστή, η προσθήκη συναλλαγών σε ένα blockchain απαιτεί τεράστια ποσότητα υπολογιστικής ισχύος. Παρόλο που αυτό αυτό παρέχει αυξημένη ασφάλεια, μειώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα και είναι ένα από τα κύρια εμπόδια όσον αφορά την κλιμάκωση και την ευρεία υιοθέτηση. Ωστόσο, οι χρήστες των κρύπτο και οι προγραμματιστές blockchain ερευνούν εναλλακτικές λύσεις, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως λύσεις κλιμάκωσης. Εξέχοντα παραδείγματα περιλαμβάνουν το δίκτυο Lightning, το Ethereum Plasma και το πρωτόκολλο Mimblewimble.
Ένας άλλος πιθανός περιορισμός σχετίζεται με επιθέσεις που μπορεί να προκύψουν κατά τη διάρκεια συμβάντων σκληρής διακλάδωσης. Δεδομένου ότι τα περισσότερα blockchain είναι αποκεντρωμένα και ανοιχτού κώδικα, οι ομάδες κόμβων μπορούν να αντιγράψουν και να τροποποιήσουν τον κώδικα και να διαχωριστούν από την κύρια αλυσίδα για να σχηματίσουν ένα νέο, παράλληλο δίκτυο. Οι σκληρές διακλαδώσεις είναι απολύτως φυσιολογικές και δεν αποτελούν απειλή από μόνες τους. Ωστόσο, εάν ορισμένες μέθοδοι ασφαλείας δεν υιοθετηθούν σωστά, και οι δύο αλυσίδες ενδέχεται να γίνουν ευάλωτες σε επιθέσεις επανάληψης.
Επιπλέον, η κατανεμημένη φύση των δικτύων P2P καθιστά σχετικά δύσκολο τον έλεγχο και τη ρύθμισή τους, όχι μόνο στο εξειδικευμένο blockchain. Αρκετές εφαρμογές και εταιρείες P2P ενεπλάκησαν σε παράνομες δραστηριότητες και παραβιάσεις πνευματικών δικαιωμάτων.
Συμπεράσματα
Η αρχιτεκτονική ομότιμης σύνδεσης μπορεί να αναπτυχθεί και να χρησιμοποιηθεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους και βρίσκεται στον πυρήνα των blockchain που καθιστούν δυνατά τα κρυπτονομίσματα. Διανέμοντας καθολικά συναλλαγών σε μεγάλα δίκτυα κόμβων, η αρχιτεκτονική P2P προσφέρει ασφάλεια, αποκέντρωση και ανθεκτικότητα στη λογοκρισία.
Εκτός από τη χρησιμότητά τους στην τεχνολογία blockchain, τα συστήματα P2P μπορούν επίσης να εξυπηρετήσουν άλλες κατανεμημένες υπολογιστικές εφαρμογές, που κυμαίνονται από δίκτυα κοινοποίησης αρχείων, έως πλατφόρμες συναλλαγών ενέργειας.