Comprender el concepto de redes peer-to-peer

Basics

En informática, un grupo de dispositivos que almacenan y comparten archivos colectivamente se conoce como una red peer-to-peer (P2P). Cada nodo de la red actúa como un par individual y tiene el mismo poder, realizando las mismas tareas. La arquitectura P2P tiene varios casos de uso, pero ganó popularidad en la década de 1990 con la creación de los primeros programas para compartir archivos.

En la tecnología financiera, P2P se refiere al intercambio de criptomonedas o activos digitales a través de una red distribuida. Las plataformas P2P permiten que compradores y vendedores ejecuten operaciones sin intermediarios. Además, algunos sitios web ofrecen un entorno P2P que conecta prestamistas y prestatarios.

La mayoría de las criptomonedas utilizan redes P2P, que constituyen una parte importante de la industria blockchain. La arquitectura P2P también se utiliza en diversas aplicaciones de computación distribuida, incluidos motores de búsqueda web, mercados en línea, plataformas de streaming y el protocolo web InterPlanetary File System (IPFS).

How Does P2P Work? 

Los sistemas peer-to-peer son mantenidos por una red distribuida de usuarios, que no tiene un administrador o servidor central. Cada nodo en la red conserva una copia de los archivos y actúa tanto como cliente como servidor para otros nodos. Esto permite que cada nodo descargue archivos de y cargue archivos hacia otros nodos, diferenciándose de los sistemas tradicionales cliente-servidor en los que los dispositivos cliente descargan archivos desde un servidor centralizado.

A través de aplicaciones de software, los usuarios pueden consultar otros dispositivos en la red para encontrar y descargar archivos almacenados en sus discos duros. Tras descargar un archivo, un usuario puede actuar como fuente de ese archivo y cargarlo hacia otros nodos. En la práctica, ambas funciones pueden ejecutarse simultáneamente.

Como cada nodo almacena, transmite y recibe archivos, las redes P2P son más rápidas y eficientes a medida que crece su base de usuarios. Además, a diferencia de los modelos tradicionales, su arquitectura distribuida hace que los sistemas P2P sean muy resistentes a los ciberataques.

Los sistemas P2P pueden categorizarse según su arquitectura en tres tipos principales: redes P2P no estructuradas, estructuradas e híbridas.

Unstructured P2P Networks 

En las redes P2P no estructuradas, los nodos no tienen una organización particular y la comunicación entre ellos ocurre de forma aleatoria. Estas redes son conocidas por su resiliencia frente a una alta actividad de churn, como la entrada y salida frecuente de nodos.

Sin embargo, dado que las consultas de búsqueda se envían al mayor número posible de pares, las redes P2P no estructuradas pueden requerir un mayor uso de CPU y memoria. Esto puede causar una saturación de la red con consultas, especialmente si pocos nodos ofrecen el contenido deseado. Aunque las redes no estructuradas son más fáciles de construir, pueden no ser la opción más eficiente.

Structured P2P Networks 

Las redes P2P estructuradas ofrecen una arquitectura organizada que permite a los nodos buscar archivos de manera eficiente, incluso cuando el contenido no está ampliamente disponible. Esto es posible mediante el uso de funciones hash que simplifican las búsquedas en la base de datos.

Si bien las redes estructuradas suelen ser más eficientes, también tienden a ser más centralizadas y pueden requerir mayores costos de configuración y mantenimiento. Además, las redes estructuradas pueden ser menos robustas frente a tasas de churn elevadas.

Hybrid P2P Networks 

Un tercer tipo de red P2P se denomina red P2P híbrida, que combina elementos tanto del modelo cliente-servidor como de la arquitectura P2P. Estas redes suelen contar con un servidor central que ayuda en la conexión de los pares.

Las redes P2P híbridas tienden a tener un mejor rendimiento general que las redes no estructuradas o estructuradas. Al incorporar las ventajas de ambos enfoques, estas redes logran altos niveles de eficiencia y descentralización.

Distributed vs. Decentralized 

Debe reconocerse que aunque la arquitectura P2P es fundamentalmente distribuida, no todas las redes P2P pueden considerarse totalmente descentralizadas. Algunos sistemas aún requieren una autoridad central para coordinar la actividad de la red, lo que conduce a un enfoque más centralizado.

Por ejemplo, algunas redes P2P para compartir archivos solo permiten a los usuarios buscar y descargar archivos de otros usuarios sin proporcionar la capacidad de participar en otros procesos como la gestión de consultas de búsqueda.

Además, incluso las redes pequeñas con una base de usuarios limitada y objetivos compartidos podrían exhibir cierto nivel de centralización, a pesar de la ausencia de una infraestructura de red centralizada.

The Significance of P2P for Blockchain

La tecnología blockchain se basa en la arquitectura P2P inherente para gestionar el libro mayor distribuido que impulsa Bitcoin y otras criptomonedas. Satoshi Nakamoto definió Bitcoin como un "Peer-to-Peer Electronic Cash System" que permite la transferencia de dinero digital entre usuarios a través de una red P2P. La arquitectura P2P permite a los usuarios realizar transacciones sin intermediarios ni servidores centrales. Cualquiera puede configurar un nodo de Bitcoin para participar en la verificación y validación de bloques.

Las transacciones en la red de Bitcoin son procesadas y registradas por la blockchain, que actúa como un libro mayor digital. Cada nodo conserva una copia de la blockchain y la compara con otras para garantizar la exactitud de los datos, rechazando rápidamente la actividad maliciosa o inexacta. Los nodos pueden asumir diferentes roles en las blockchains de criptomonedas, siendo los nodos completos los que aportan seguridad verificando las transacciones según las reglas de consenso del sistema.

Los nodos completos mantienen una copia completa y actualizada de la blockchain, lo que les permite verificar colectivamente el estado real del libro mayor distribuido. Es importante señalar que no todos los nodos que validan completamente son mineros. La arquitectura blockchain garantiza una red segura y descentralizada, eliminando la necesidad de bancos o intermediarios para procesar transacciones.

Benefits

El uso de la arquitectura P2P en blockchains aporta diversas ventajas. Una de las más significativas es su mayor seguridad frente a los sistemas cliente-servidor tradicionales. Con blockchains distribuidas en numerosos nodos, los ataques de Denegación de Servicio que afectan comúnmente a muchos sistemas se vuelven casi imposibles.

Además, dado que se requiere el consenso de la mayoría de los nodos antes de que los datos puedan agregarse a una blockchain, es complicado para un atacante manipular la información, especialmente en redes extensas como Bitcoin. En blockchains más pequeñas, una persona o grupo podría potencialmente controlar la mayoría de los nodos, lo que conduciría a un ataque del 51 por ciento.

Así es como las blockchains, incluido Bitcoin, pudieron lograr tolerancia a fallos bizantinos. La red P2P distribuida, combinada con el requisito de consenso mayoritario, hace que las blockchains sean muy resistentes a la actividad maliciosa.

Además de la mayor seguridad, la arquitectura P2P en las blockchains de criptomonedas también las hace resistentes a la censura por parte de autoridades centrales. A diferencia de las cuentas bancarias, los gobiernos no pueden congelar ni vaciar billeteras de criptomonedas. Esta resistencia a la censura también se extiende al procesamiento privado de pagos y a plataformas de contenido. Algunos creadores de contenido y comerciantes en línea han adoptado pagos en criptomonedas para evitar que terceros bloqueen sus transacciones.

Limitations 

El uso de redes P2P en blockchains ofrece numerosos beneficios pero también presenta ciertas limitaciones.

La principal limitación de las redes P2P es la significativa potencia de cálculo requerida para actualizar los libros mayores distribuidos en cada nodo, lo que reduce la eficiencia y representa un gran desafío para la escalabilidad. Sin embargo, los desarrolladores están explorando alternativas potenciales para abordar esta limitación, incluyendo el protocolo Mimblewimble, la Lightning Network y Ethereum Plasma.

Otra limitación surge de los eventos de hard fork, donde grupos de nodos pueden copiar y modificar el código para crear una nueva red paralela. Si no se adoptan ciertas medidas de seguridad, ambas cadenas pueden volverse vulnerables a ataques de reproducción (replay attacks).

La naturaleza distribuida de las redes P2P dificulta su control y regulación, lo que ha llevado a actividades ilegales e infracciones de derechos de autor por parte de varias empresas y aplicaciones P2P. Este problema no es exclusivo de blockchain, sino un desafío más amplio asociado con las redes P2P en general.

Conclusion

La arquitectura P2P es esencial para las blockchains y permite libros mayores de transacciones distribuidos entre redes de nodos, proporcionando seguridad, descentralización y resistencia a la censura. Más allá de blockchain, los sistemas P2P tienen diversas aplicaciones en la computación distribuida, incluidos redes para compartir archivos y plataformas de comercio energético.