Het concept van peer-to-peer netwerken begrijpen

Basis

In de informatica wordt een groep apparaten die gezamenlijk bestanden opslaan en delen een peer-to-peer (P2P) netwerk genoemd. Elke node in het netwerk fungeert als een individuele peer en heeft gelijke bevoegdheden, waarbij dezelfde taken worden uitgevoerd. De P2P-architectuur heeft verschillende toepassingen, maar werd populair in de jaren negentig met de komst van de eerste programma's voor het delen van bestanden.

In fintech verwijst P2P naar de uitwisseling van cryptocurrencies of digitale activa via een gedistribueerd netwerk. P2P-platforms stellen kopers en verkopers in staat om transacties uit te voeren zonder tussenpersonen. Daarnaast bieden sommige websites een P2P-omgeving die kredietverstrekkers en leners met elkaar verbindt.

De meeste cryptocurrencies maken gebruik van P2P-netwerken, die een belangrijk deel van de blockchainsector vormen. P2P-architectuur wordt ook toegepast in diverse andere gedistribueerde computerapplicaties, waaronder zoekmachines, online marktplaatsen, streamingplatforms en het InterPlanetary File System (IPFS) webprotocol.

Hoe werkt P2P? 

Peer-to-peer systemen worden onderhouden door een gedistribueerd netwerk van gebruikers, dat geen centrale beheerder of server heeft. Elke node in het netwerk bevat een kopie van de bestanden en treedt zowel op als client als server voor andere nodes. Dit stelt elke node in staat om bestanden van andere nodes te downloaden en naar andere nodes te uploaden, waarmee het verschilt van traditionele client-server systemen waarbij clientapparaten bestanden van een gecentraliseerde server downloaden.

Met softwareapplicaties kunnen gebruikers andere apparaten op het netwerk opvragen om bestanden te vinden en te downloaden die op hun harde schijven zijn opgeslagen. Na het downloaden van een bestand kan een gebruiker fungeren als bron van dat bestand en het uploaden naar andere nodes. In de praktijk kunnen beide functies gelijktijdig worden uitgevoerd.

Aangezien elke node bestanden opslaat, verzendt en ontvangt, worden P2P-netwerken sneller en efficiënter naarmate hun gebruikersbestand groeit. Ook maakt hun gedistribueerde architectuur P2P-systemen, in tegenstelling tot traditionele modellen, zeer resistent tegen cyberaanvallen.

P2P-systemen kunnen op basis van hun architectuur in drie hoofdtypen worden ingedeeld: ongestructureerde, gestructureerde en hybride P2P-netwerken.

Ongestructureerde P2P-netwerken 

In ongestructureerde P2P-netwerken hebben nodes geen specifieke organisatie en vindt communicatie tussen hen op een willekeurige manier plaats. Deze netwerken staan bekend om hun veerkracht tegen hoge churn-activiteit, zoals het vaak toetreden en verlaten van nodes.

Omdat zoekopdrachten echter naar zoveel mogelijk peers worden verzonden, kunnen ongestructureerde P2P-netwerken een hoger CPU- en geheugenverbruik vereisen. Dit kan leiden tot netwerkoverbelasting door queries, vooral als slechts een paar nodes de gewenste inhoud aanbieden. Hoewel ongestructureerde P2P-netwerken gemakkelijker te bouwen zijn, zijn ze mogelijk niet de meest efficiënte keuze.

Gestructureerde P2P-netwerken 

Gestructureerde P2P-netwerken bieden een georganiseerde architectuur die nodes in staat stelt efficiënt naar bestanden te zoeken, zelfs wanneer de inhoud niet wijdverbreid beschikbaar is. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van hashfuncties die databasezoekopdrachten vereenvoudigen.

Hoewel gestructureerde netwerken over het algemeen efficiënter zijn, neigen ze ook naar meer centralisatie en kunnen ze hogere opzet- en onderhoudskosten vereisen. Bovendien kunnen gestructureerde netwerken minder robuust zijn bij hoge churn-percentages.

Hybride P2P-netwerken 

Een derde type P2P-netwerk wordt een hybride P2P-netwerk genoemd, dat elementen van zowel het client-servermodel als de P2P-architectuur combineert. Deze netwerken beschikken vaak over een centrale server die helpt bij het verbinden van peers.

Hybride P2P-netwerken hebben over het algemeen een betere algehele prestatie dan ongestructureerde of gestructureerde netwerken. Door de voordelen van beide benaderingen te combineren, bereiken deze netwerken hoge niveaus van efficiëntie en decentralisatie.

Gedistribueerd vs. Gedecentraliseerd 

Er moet worden erkend dat hoewel de P2P-architectuur in wezen gedistribueerd is, niet alle P2P-netwerken als volledig gedecentraliseerd kunnen worden beschouwd. Sommige systemen vereisen nog steeds een centrale autoriteit om netwerkactiviteiten te coördineren, wat tot een meer gecentraliseerde aanpak leidt.

Bijvoorbeeld, sommige P2P-bestandsnetwerken staan gebruikers alleen toe om naar bestanden te zoeken en deze te downloaden van andere gebruikers zonder de mogelijkheid te bieden om deel te nemen aan andere processen zoals het beheren van zoekopdrachten.

Bovendien kunnen zelfs kleine netwerken met een beperkt gebruikersbestand en gedeelde doelen nog steeds enige mate van centralisatie vertonen, ondanks het ontbreken van een gecentraliseerde netwerkinfrastructuur.

Het belang van P2P voor blockchain

Blockchain-technologie leunt op de inherente P2P-architectuur om het gedistribueerde grootboek te beheren dat Bitcoin en andere cryptocurrencies aandrijft. Satoshi Nakamoto omschreef Bitcoin als een "Peer-to-Peer Electronic Cash System" dat digitale geldtransfers tussen gebruikers over een P2P-netwerk mogelijk maakt. De P2P-architectuur stelt gebruikers in staat om te handelen zonder tussenpersonen of centrale servers. Iedereen kan een Bitcoin-node opzetten om deel te nemen aan het verifiëren en valideren van blocks.

Transacties op het Bitcoin-netwerk worden verwerkt en vastgelegd door de blockchain, die fungeert als een digitaal grootboek. Elke node houdt een kopie van de blockchain bij en vergelijkt deze met anderen om de nauwkeurigheid van gegevens te waarborgen, en verworpen snel kwaadaardige of onnauwkeurige activiteiten. Nodes kunnen verschillende rollen vervullen in cryptocurrency-blockchains, waarbij full nodes veiligheid bieden door transacties te verifiëren aan de hand van de consensusregels van het systeem.

Full nodes onderhouden een volledige, bijgewerkte kopie van de blockchain, waardoor ze gezamenlijk de ware staat van het gedistribueerde grootboek kunnen verifiëren. Het is belangrijk op te merken dat niet alle volledig validerende nodes miners zijn. De blockchain-architectuur zorgt voor een gedecentraliseerd en veilig netwerk, waardoor banken of tussenpersonen niet nodig zijn om transacties te verwerken.

Voordelen

Het gebruik van P2P-architectuur in blockchains biedt diverse voordelen. Een van de belangrijkste is de verbeterde veiligheid ten opzichte van traditionele client-serveropstellingen. Met blockchains die over talrijke nodes zijn verdeeld, worden Denial-of-Service-aanvallen die vaak veel systemen treffen bijna onmogelijk.

Bovendien, aangezien de consensus van een meerderheid van nodes vereist is voordat gegevens aan een blockchain kunnen worden toegevoegd, is het ingewikkeld voor een aanvaller om de gegevens te manipuleren, vooral in uitgebreide netwerken zoals Bitcoin. In kleinere blockchains zou een persoon of groep mogelijk een meerderheid van nodes kunnen controleren, wat kan leiden tot een 51%-aanval.

Dit is hoe blockchains, inclusief Bitcoin, Byzantine fault tolerance konden bereiken. Het gedistribueerde P2P-netwerk, gecombineerd met een meerderheidsconsensusvereiste, maakt blockchains zeer resistent tegen kwaadaardige activiteiten.

Naarmate de beveiliging verbetert, maakt de P2P-architectuur in cryptocurrency-blockchains ze ook resistent tegen censuur door centrale autoriteiten. In tegenstelling tot bankrekeningen kunnen overheden cryptocurrency-wallets niet bevriezen of leegmaken. Deze weerstand tegen censuur strekt zich ook uit tot private betalingsverwerking en contentplatforms. Sommige contentmakers en online handelaren zijn cryptocurrency-betalingen gaan gebruiken om te voorkomen dat hun betalingen door derden worden geblokkeerd.

Beperkingen 

Het gebruik van P2P-netwerken in blockchains biedt tal van voordelen, maar kent ook bepaalde beperkingen.

De belangrijkste beperking van P2P-netwerken is de aanzienlijke rekenkracht die vereist is om gedistribueerde grootboeken op elke node bij te werken, wat de efficiëntie vermindert en een grote uitdaging vormt voor schaalbaarheid. Ontwikkelaars verkennen echter mogelijke alternatieven om deze beperking aan te pakken, waaronder het Mimblewimble-protocol, het Lightning Network en Ethereum Plasma.

Een andere beperking ontstaat door hard fork-gebeurtenissen, waarbij groepen nodes code kunnen kopiëren en wijzigen om een nieuw, parallel netwerk te creëren. Als bepaalde beveiligingsmaatregelen niet worden toegepast, kunnen beide ketens kwetsbaar worden voor replay-aanvallen.

De gedistribueerde aard van P2P-netwerken maakt ze moeilijk te controleren en te reguleren, wat heeft geleid tot illegale activiteiten en schendingen van het auteursrecht door verschillende P2P-bedrijven en applicaties. Dit probleem is niet uniek voor blockchain maar een bredere uitdaging die samenhangt met P2P-netwerken in het algemeen.

Conclusie

P2P-architectuur is essentieel voor blockchains en maakt gedistribueerde transactiegrootboeken mogelijk over netwerken van nodes, waardoor veiligheid, decentralisatie en censuurbestendigheid ontstaan. Buiten blockchain hebben P2P-systemen diverse toepassingen voor gedistribueerd rekenen, waaronder bestandsnetwerken en energiehandelsplatforms.