Kas ir vienādranga (P2P) tīkls?
Datorzinātnē vienādranga (P2P) tīkls sastāv no ierīču grupas, kas kopīgi glabā un koplieto failus. Katrs mezgls darbojas kā atsevišķs tīkla dalībnieks. Parasti visiem mezgliem ir vienāda ietekme, un tie visi veic vienādus uzdevumus.
Finanšu tehnoloģiju jomā ar vienādranga tīklu parasti saprot dalīto tīklu, kurā notiek apmaiņa ar kriptovalūtām vai digitālajiem aktīviem. P2P platformā pircēji un pārdevēji veic tirdzniecības darījumus bez starpniekiem. Dažkārt arī vietnes var nodrošināt P2P vidi, kas savieno aizdevējus un aizņēmējus.
P2P arhitektūra var būt piemērota dažādiem mērķiem, taču īpašu popularitāti tā guva 20. gs. 90. gados, kad tika izveidotas pirmās failu kopīgošanas programmas. Mūsdienās P2P tīkli kalpo par pamatu vairumam kriptovalūtu un veido lielu daļu no blokķēdes nozares. Tomēr tie tiek izmantoti arī citiem dalītiem skaitļošanas risinājumiem, piemēram, tīmekļa meklētājprogrammām, straumēšanas platformām, tiešsaistes tirgiem un InterPlanetary File System (IPFS) tīmekļa protokolam.
Kā darbojas P2P tīkls?
Būtībā P2P sistēmas darbību nodrošina dalīts lietotāju tīkls. Parasti tajā nav centrāla administratora vai servera, jo katrs mezgls glabā failu kopiju un darbojas kā klients un kā serveris citiem mezgliem. Tādējādi katrs mezgls var lejupielādēt failus no citiem mezgliem vai augšuplādēt failus tajos. Tas atšķir P2P tīklus no tradicionālākām klienta-servera sistēmām, kurās klientu ierīces lejuplādē failus no centralizēta servera.
P2P tīklos savienotās ierīces kopīgo failus, kas tiek glabāti to cietajos diskos. Izmantojot programmatūras lietojumprogrammas, kas paredzētas datu kopīgošanai, lietotāji var pieprasīt citām tīklā esošajām ierīcēm meklēt un lejuplādēt failus. Tiklīdz lietotājs ir lejupielādējis konkrēto failu, tas var darboties kā šī faila avots.
Citiem vārdiem sakot, ja mezgls darbojas kā klients, tas lejuplādē failus no citiem tīkla mezgliem. Taču, ja tas darbojas kā serveris, tas funkcionē kā avots, no kura citi mezgli var lejuplādēt failus. Tomēr praksē abas šīs funkcijas tiek izpildītas vienlaikus (piem., tiek lejuplādēts fails A un augšuplādēts fails B).
Tā kā katrs mezgls glabā, pārraida un saņem failus, P2P tīkli parasti kļūst ātrāki un efektīvāki līdz ar lietotāju bāzes paplašināšanos. Turklāt dalītās uzbūves dēļ P2P sistēmas ir ļoti noturīgas pret kiberuzbrukumiem. Atšķirībā no tradicionālajiem modeļiem P2P tīkliem nav raksturīgi atsevišķi kritiskie punkti.
Vienādranga sistēmas var iedalīt pēc to uzbūves. Trīs galvenie tīklu veidi ir strukturētie, nestrukturētie un hibrīdveida P2P tīkli.
Nestrukturētie P2P tīkli
Nestrukturētos P2P tīklos mezgli netiek organizēti noteiktā veidā. Tīkla dalībnieki brīvi, nejauši sazinās cits ar citu. Tiek uzskatīts, ka šādas sistēmas spēj efektīvi darboties biežas dalībnieku maiņas apstākļos (proti, ja vairāki mezgli bieži pievienojas tīklam un izstājas no tā).
Lai gan nestrukturētus P2P tīklus ir vieglāk izstrādāt, tajos var būt nepieciešams jaudīgāks centrālais procesors un lielāki atmiņas resursi, jo meklēšanas pieprasījumi tiek izsūtīti maksimālajam iespējamajam dalībnieku skaitam. Tā rezultātā tīklu mēdz pārpludināt dažādi pieprasījumi – jo īpaši tad, ja vēlamo saturu piedāvā neliels skaits mezglu.
Strukturētie P2P tīkli
Strukturētajiem P2P tīkliem ir organizēta uzbūve, lai mezgli varētu efektīvi meklēt failus arī tad, ja saturs nav plaši pieejams. Vairumā gadījumu tas tiek nodrošināts, izmantojot jaucējfunkcijas, kas atvieglo meklēšanu datu bāzēs.
Lai gan strukturētie tīkli varētu būt efektīvāki, tie parasti ir lielākā mērā centralizēti un tajos mēdz būt augstākas iestatīšanas un uzturēšanas izmaksas. Tajā pat laikā strukturētie tīkli ir mazāk efektīvi biežas dalībnieku maiņas apstākļos.
Hibrīdveida P2P tīkli
Hibrīdveida P2P tīkli apvieno tradicionālo klienta-servera modeli ar dažiem vienādranga arhitektūras aspektiem. Piemēram, tajos var darboties centrāls serveris, kas atvieglo savienojumu izveidi starp tīkla dalībniekiem.
Salīdzinot ar pārējiem diviem tīkla veidiem, hibrīdveida modeļiem parasti ir raksturīga labāka vispārējā veiktspēja. Tie parasti apvieno dažas galvenās priekšrocības, ko sniedz katrs no risinājumiem, tādējādi vienlaikus nodrošinot efektīvu un decentralizētu darbību.
Dalītās un decentralizētās sistēmas
Lai gan P2P arhitektūra pēc būtības ir dalīta, ir svarīgi saprast, ka tai var būt raksturīga dažādu līmeņu decentralizācija. Līdz ar to ne visi P2P tīkli ir decentralizēti.
Faktiski daudzās sistēmās darbojas centrāla persona, kas organizē tīkla aktivitāti, padarot sistēmu savā ziņā centralizētu. Piemēram, dažās P2P failu apmaiņas sistēmās lietotāji var meklēt un lejuplādēt failus no citiem lietotājiem, taču nevar piedalīties citos procesos, piemēram, meklēšanas vaicājumu pārvaldībā.
Turklāt var teikt, ka arī maziem tīkliem, kurus kontrolē ierobežota lietotāju bāze ar kopīgiem mērķiem, ir augstāka centralizācijas pakāpe, neraugoties uz centralizētas tīkla infrastruktūras trūkumu.
P2P nozīme blokķēdēs
Bitcoin pirmsākumos Satoshi Nakamoto to definēja kā "vienādranga elektroniskās naudas sistēmu". Bitcoin tika radīts kā naudas digitālā forma. To var pārskaitīt no viena lietotāja citam, izmantojot P2P tīklu, kas pārvalda dalīto virsgrāmatu jeb blokķēdi.
Šajā ziņā blokķēdes tehnoloģijai raksturīgā P2P arhitektūra ļauj pārskaitīt Bitcoin un citas kriptovalūtas visā pasaulē, neiesaistot starpniekus vai kādu centrālu serveri. Turklāt jebkurš var iestatīt Bitcoin mezglu, ja vēlas piedalīties bloku verificēšanas un validēšanas procesā.
Līdz ar to Bitcoin tīklā nav banku, kas apstrādātu vai reģistrētu darījumus. Tā vietā blokķēde darbojas kā digitāla virsgrāmata, kas publiski reģistrē visu tajā notiekošo aktivitāti. Būtībā katrs mezgls glabā blokķēdes kopiju un salīdzina datus ar citiem mezgliem, lai nodrošinātu datu precizitāti. Tīkls operatīvi noraida kļūdainus datus vai ļaunprātīgas aktivitātes.
Saistībā ar kriptovalūtu blokķēdēm mezgliem var būt daudz dažādu lomu. Piemēram, pilnie mezgli rūpējas par tīkla drošību, verificējot darījumus atbilstoši sistēmas konsensa noteikumiem.
Katrs pilnais mezgls glabā pilnīgu, atjauninātu blokķēdes kopiju, kas nodrošina tam iespēju piedalīties kolektīvā darbā, verificējot dalītās virsgrāmatas patieso stāvokli. Tomēr jāpiebilst, ka ne visi pilnie validējošie mezgli darbojas kā ieguvēji.
Priekšrocības
Vienādranga arhitektūra sniedz daudzas priekšrocības blokķēdēm. Viena no svarīgākajām ir tāda, ka P2P tīkli piedāvā augstāka līmeņa drošību, salīdzinot ar tradicionālajām klienta-servera sistēmām. Tā kā blokķēdes ir sadalītas starp daudziem mezgliem, tās ir pasargātas pret pakalpojuma atteikuma (DoS) uzbrukumiem, ar ko cīnās daudzas sistēmas.
Un, tā kā vairumam mezglu ir jānodrošina konsenss pirms datu pievienošanas blokķēdei, uzbrucējam ir gandrīz neiespējami mainīt datus. Jo īpaši aktuāli tas ir lielos tīklos kā, piemēram, Bitcoin. Mazākās blokķēdēs uzbrukumu iespējamība ir lielāka, jo viena persona vai grupa varētu iegūt kontroli pār lielāko daļu mezglu (t. s. 51 % uzbrukums).
Tā rezultātā dalīts vienādranga tīkls apvienojumā ar vairākuma konsensa prasību nodrošina blokķēdēm salīdzinoši efektīvu aizsardzību pret ļaunprātīgām aktivitātēm. P2P modelis ir viens no iemesliem, kāpēc Bitcoin (un citas blokķēdes) ir spējušas nodrošināt t. s. Bizantijas kļūdu toleranci.
Papildus ieguvumiem drošības jomā P2P arhitektūra kriptovalūtu blokķēdēs veicina arī noturību pret centrālo iestāžu īstenoto cenzūru. Atšķirībā no standarta bankas kontiem valdība nevar iesaldēt vai iztukšot kriptovalūtu makus. Blokķēdes ir arī pasargātas no privāto maksājumu apstrādes un satura platformu cenzūras. Daļa satura veidotāju un tiešsaistes komersantu ir ieviesuši kriptovalūtu maksājumu risinājumus, lai novērstu iespējamību, ka viņu maksājumus varētu bloķēt trešās personas.
Ierobežojumi
Neraugoties uz daudzajām priekšrocībām, P2P tīklu izmantošana blokķēdēs saistās arī ar noteiktiem trūkumiem.
Tā kā dalītās virsgrāmatas ir jāatjaunina pilnīgi visos mezglos, nevis centrālā serverī, ir nepieciešama liela skaitļošanas jauda, lai pievienotu darījumus blokķēdei. Lai gan tas veicina drošību, tādējādi tiek arī būtiski mazināta efektivitāte, un tas ir viens no galvenajiem šķēršļiem mērogojamībai un plašākai ieviešanai. Tomēr kriptogrāfi un blokķēžu izstrādātāji turpina meklēt alternatīvus mērogošanas risinājumus. Kā piemērus var minēt Lightning tīklu, Ethereum Plasma un protokolu Mimblewimble.
Vēl viens iespējams trūkums ir saistīts ar uzbrukumiem, kas var tikt veikti stingrās šķelšanas laikā. Tā kā vairums blokķēžu ir decentralizētas un atvērtā pirmkoda sistēmas, mezglu grupas var brīvi kopēt un mainīt kodu, kā arī atdalīties no galvenās ķēdes, veidojot jaunu tīklu, kas darbojas paralēli tai. Stingrā šķelšana pati par sevi ir pilnīgi normāls process un nav uzskatāma par apdraudējumu. Taču, ja netiek atbilstoši izmantotas noteiktas drošības metodes, abas ķēdes var būt pakļautas reproducējošo uzbrukumu riskam.
Turklāt P2P tīklu dalītās uzbūves dēļ tos ir samērā grūti kontrolēt un regulēt, ne tikai blokķēžu nozarē. Vairākas P2P lietotnes un uzņēmumi ir bijuši iesaistīti prettiesiskās aktivitātēs un autortiesību pārkāpumos.
Noslēgumā
Vienādranga arhitektūru ir iespējams izstrādāt un izmantot dažādos veidos, un tā kalpo par pamatu blokķēdēm, kas nodrošina kriptovalūtu darbību. Sadalot darījumu virsgrāmatas starp daudziem tīkla mezgliem, P2P arhitektūra piedāvā drošību, decentralizāciju un noturību pret cenzūru.
P2P sistēmas ir ne vien noderīgas blokķēdes tehnoloģijas jomā, bet arī var tikt izmantotas citos dalītos skaitļošanas risinājumos – no failu kopīgošanas tīkliem līdz enerģijas tirdzniecības platformām.