Одноранговые сети

Что значит одноранговая (P2P)?

В области информационных технологий, одноранговая или пиринговая (P2P сокр. от англ. peer-to-peer) сеть состоит из группы взаимосвязанных устройств, которые обмениваются между собой файлами и хранят один и тот же набор данных. Каждый участник (узел) выступает в качестве индивидуального пира. Как правило, все узлы имеют одинаковую мощность и выполняют одни и те же задачи.

С финансовой точки зрения, данный термин зачастую относится к обмену криптовалютами или цифровыми активами через распределенную сеть. P2P-платформа позволяет покупателям и продавцам совершать сделки без посредников. В некоторых случаях, веб-сайты также могут предоставлять одноранговую среду, которая связывает кредиторов и заемщиков.

P2P-архитектура подходит для разных вариантов использования, технология стала популярной в 1990-х годах, когда были созданы первые программы для обмена файлами. На сегодняшний день одноранговые-сети являются основой большинства криптовалют, составляющих большую часть блокчейн-индустрии. Тем не менее, это также используются и в других распределенных вычислительных приложениях, включая поисковые системы, стриминг-платформы, онлайн-рынки и веб-протокол межпланетной файловой системы (IPFS сокр. от англ. InterPlanetary File System).

Как это работает?

P2P-система поддерживается распределенной сетью пользователей. Обычно у них отсутствует главный администратор или сервер, поскольку каждый узел содержит копию всех файлов, выступая в качестве клиента и сервера для других узлов. Таким образом, каждый узел может загружать файлы с других узлов и также в обратном порядке. Это является отличительной чертой P2P-сети по сравнению с ее более традиционными клиентами, в которых устройства загружают файлы с централизованного сервера.

В одноранговых сетях подключенные устройства обмениваются файлами, которые хранятся на их жестких дисках. Используя программные приложения, предназначенные для обмена данными, пользователи могут запрашивать и загружать файлы на другие устройства в сети. После того, как пользователь скачал данный файл, он может выступать в качестве его источника.

Другими словами, когда узел выступает в роли клиента, он скачивает файлы с других узлов в сети. Но когда все узлы работают как сервер, они являются источником, из которого другие узлы могут скачивать данные. Однако на практике обе функции могут выполняться одновременно (например, скачивание файла A и загрузка файла B).

Поскольку каждый узел хранит, передает и получает файлы, P2P-сети имеют тенденцию работать быстрее и эффективнее, поскольку их пользовательская база увеличивается. Кроме того, распределенная архитектура делает такие системы очень устойчивыми к различным кибератакам. В отличие от традиционных моделей, у P2P-сетей отсутствует единая точка отказа.

Мы можем классифицировать одноранговые системы в соответствии с их архитектурой. Существует три основных вида: неструктурированная, структурированная и гибридная P2P-сеть.

Неструктурированные P2P-сети

Неструктурированные сети не представляют какой-либо конкретной организации узлов. Все участники случайным образом контактируют друг с другом. И в связи с этим, подобные системы считаются устойчивыми к высокой активности текучки узлов (т.е. одни узлы присоединяются к сети, в то время как другие ее покидают).

Несмотря на простоту построения, неструктурированные P2P-сети могут потребовать более высокой загрузки центрально процессора и оперативной памяти, поскольку поисковые запросы отправляются максимально возможному количеству пиров. Такая архитектура имеет тенденцию переполнять сеть запросами, особенно если небольшое количество узлов предлагает желаемую информацию.

Структурированные P2P-сети

По сравнению с предыдущим видом, структурированные сети представляют собой организованную архитектуру, позволяющую узлам эффективнее осуществлять поиск файлов, даже если контент не является широко доступным. В большинстве случаев это достигается за счет использования хэш-функций, которые облегчают поиск по базе данных.

В то время как структурированные сети обладают высокой работоспособностью и продуктивностью, они как правило более централизованные и требовательные с точки зрения установки и обслуживания. Кроме того, такая архитектура менее устойчива, когда дело касается высокого уровня текучки узлов.

Гибридные P2P-сети

Гибридные P2P-сети объединяют традиционную модель с некоторыми аспектами одноранговой архитектуры. Например, благодаря этому можно разработать центральный сервер, который упростит соединение между узлами.

По сравнению с двумя другими видами, гибридные модели, как правило демонстрируют более высокую общую производительность. Они обычно сочетают в себе некоторые из основных преимуществ каждого из подходов и за счет этого достигают высокого уровня эффективности и децентрализации одновременно.

Распределённость или децентрализация?

P2P-архитектура по своей природе распределенная, но стоит отметить, что в случае ее реализации сеть может обладать разным уровнем децентрализации. По этой причине, не все одноранговые сети являются децентрализованными.

Поскольку многие системы полагаются на центральный орган управления сетью, это делает их несколько централизованными. Например, некоторые одноранговые файловые хостинги позволяют пользователям искать и загружать файлы за счет других пользователей, но они не могут участвовать в остальных процессах, например управлять поисковыми запросами.

Вдобавок к этому, можно сказать, что небольшие сети, которые контролируются ограниченной пользовательской базой с общими целями обладают более высоким уровнем централизации, несмотря на отсутствие централизованной сетевой инфраструктуры.

Влияние P2P на блокчейн

На ранних стадиях разработки, Сатоши Накамото дал определение биткоину, как «одноранговая платежная система электронных денежных средств». Биткоин был создан как цифровая форма денег, которые могут передаваться от одного пользователя к другому посредством одноранговой сети и управляться распределенным регистром, что также именуется как блокчейн.

В данном контексте, P2P-архитектура, которая свойственна технологии блокчейн, позволяет обмениваться биткоинами и другими криптовалютами по всему миру минуя посредников и централизованные сервера. Кроме того, любой желающий может присоединится и стать узлом в сети биткоина, если хочет участвовать в процессе проверки и валидации блоков.

Таким образом, в сети биткоина отсутствуют банки, которые занимаются обработкой или регистрацией всех транзакций. Вместо этого, блокчейн работает в качестве цифрового регистра, который публично фиксирует всю активность. На практике, каждый узел хранит копию блокчейна и сравнивает её с копиями остальных узлов, чтобы убедиться в точности данных. Таким образом, сеть быстро реагирует на любые вредоносные действия или неточности.

В рамках криптовалютных блокчейнов, узлы могут брать на себя разные обязанности. Например, полные узлы (полные ноды) обеспечивают безопасность сети посредством проверки транзакций на соответствие с установленными правилами консенсуса в системе.

Каждый полный узел поддерживает обновленную копию блокчейна, что позволяет принимать участие в коллективной работе по проверке истинного состояния распределенного регистра. Однако стоит отметить тот факт, что не все полные узлы являются майнерами.

Преимущества

Одноранговая архитектура блокчейнов предоставляет пользователям множество преимуществ. Одним из наиболее важных является то, что такие сети обеспечивают большую безопасность, в отличии от традиционного устройства клиент-сервер. Распределение данных в блокчейне среди большого количества узлов делает сеть практически невосприимчивой к атакам типа «отказ в обслуживании» (DoS), от которых страдает большая часть систем.

Поскольку большинство узлов должны достигать консенсуса, прежде чем данные будут добавлены в блокчейн, злоумышленнику практически нереально внести какие-либо изменения. И это в действительности так, если речь идет о большой сети, такой как биткоин. Небольшие блокчейны более восприимчивы к атакам, по причине того, что субъект или группа лиц могут в конечном счете заполучить контроль над большинством узлов (что также известно, как атака 51%).

В результате чего, распределенная одноранговая сеть, в сочетании с обязательным консенсусом большинства участников обеспечивает блокчейнам относительно высокую степень устойчивости к злонамеренной активности. Модель P2P является одной из причин, по которой биткоин (и другие блокчейны) смогли достичь так называемой византийской отказоустойчивости.

Помимо безопасности, использование одноранговой архитектуры в криптовалютных блокчейнах также делает их устойчивыми к цензуре в отношении центральных органов власти. В отличие от стандартных банковских счетов, криптовалютные кошельки не могут быть заморожены или аннулированы правительством. Данная устойчивость также распространяется на цензуру касательно приватных платформ по обработке платежей и публикации контента. Некоторые создатели медийных материалов и онлайн-продавцы начали использовать криптовалюту, чтобы избежать блокировки своих платежей со стороны третьих лиц.

Недостатки

Несмотря на многочисленные преимущества, у одноранговых сетей также имеются и определенные недостатки.

Поскольку распределенные регистры должны обновляться на каждом узле, а не на центральном сервере, добавление транзакций в блокчейн нуждается в большом количестве вычислительных ресурсов. Хоть это и обеспечивает повышенную безопасность, в свою очередь значительно снижается оперативность работы, что является одним из основных препятствий, когда речь идет о масштабируемости и широкомасштабной адаптации. Тем не менее, криптографы и блокчейн-разработчики изучают альтернативные варианты, которые могут быть использованы в качестве решения для увеличения масштабируемости. Известные примеры включают в себя Lightning Network, Ethereum Plasma и протокол Mimblewimble.

Другой потенциальный недостаток связан с атаками, которые могут происходить во время хардфорка. Поскольку большинство блокчейнов являются децентрализованными и с открытым исходным кодом, группы узлов могут свободно копировать и модифицировать код и после этого отделяться от основной цепочки, образуя новую параллельную сеть. Хардфорки, это вполне нормальное событие, которое само по себе не предусматривает какие-либо угрозы. Однако, если определенные меры безопасности не будут соблюдаться должным образом, обе цепочки могут стать уязвимыми для атаки повторного воспроизведения.

Более того, распределенная природа P2P-сетей делает их относительно трудными для контролирования и регулирования не только в сфере блокчейн. В связи с этим несколько P2P-приложений и компаний были связаны с незаконной деятельностью и нарушением авторских прав.

Заключение

Одноранговая архитектура может разрабатываться и использоваться по разному, однако именно она лежит в основе всех блокчейнов, делая возможным существование криптовалюты. Распределяя регистры с транзакциями среди больших сетевых узлов, технология P2P обеспечивает безопасность, децентрализацию и устойчивость к цензуре.

В дополнение к их полезности для технологии блокчейн, P2P-системы также могут обслуживать другие приложения связанные с распределенными вычислениями, от сетей для обмена файлами до платформ торговли энергией.