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對等網絡(Peer to Peer)詳解

來源: 幣安學院 作者:Binance Academy
什么是對等(P2P)? 在計算機科學中,對等(P2P)網絡由一組共同存儲和共享文件的設備組成。每個參與者(節點)充當獨立對等體。通常情況下,所有......
什么是對等(P2P)?

在計算機科學中,對等(P2P)網絡由一組共同存儲和共享文件的設備組成。每個參與者(節點)充當獨立對等體。通常情況下,所有節點具有相同的算力并執行相同的任務。
在金融行業中,對等一詞通常是指通過分布式網絡交換加密貨幣或數字資產。 P2P平臺允許買方和賣方在不需要中介的情況下執行交易。在某些情況下,P2P網站還能提供連接借貸雙方的P2P環境。

P2P模式可以適用于各種案例,在20世紀90年代,首個文件共享程序被創建以來,P2P就變得非常流行。如今,P2P網絡是大多數加密貨幣的核心,占區塊鏈行業的很大一部分比例。同樣,它們也可被用于其他分布式計算的應用程序,包括Web搜索引擎、流媒體平臺、在線市場和InterPlanetary文件系統(IPFS)Web協議。

P2P運行原理

本質上,P2P系統由分布式用戶網絡維護。通常情況下,他們不需要中央管理員或中心化服務器,網絡中的每個節點都擁有文件副本,對于節點彼此來說,每個節點既是客戶端又是服務器。因此,每個節點可以從其他節點上下載文件或將文件上載到其他節點。這就是P2P網絡與傳統的客戶端/服務器模式的區別,在傳統模式中,客戶端設備中僅能從中央服務器中下載文件。

在P2P網絡上,由設備共享的文件存儲在其硬盤驅動器上。通過用于數據共享的軟件應用程序,用戶可以在網絡上的其他設備來查找和下載文件。用戶下載了相關文件后,他們又可以充當該文件下載源,支持其他設備從中下載文件。

換句話說,當節點僅作為客戶端時,他們從其他網絡節點下載文件。但是當它們作為服務器工作時,其他節點可以通過它們下載文件。但實際上,這兩個功能也可以同時執行(例如,下載文件A,上傳文件B)。

由于每個節點都能夠存儲、傳輸和接收文件,因此隨著用戶群的不斷增大,P2P網絡將變得更為便捷和高效。此外,分布式架構使P2P系統對網絡攻擊具有很強大的抵抗力。與傳統模型不同,P2P網絡不會發生單點故障。

我們可以根據架構模型對對等系統進行分類。三種主要類型稱為非結構化、結構化和混合P2P網絡。

非結構化P2P網絡

非結構化P2P網絡節點不具備任何特定組織的特征。參與節點隨機與其他節點進行通訊。相比于劇烈流動性活動(例如,某些節點頻繁的加入或離開網絡),非結構化P2P網絡被認為是具備魯棒性。

雖然易于構建,但在執行搜索和查詢功能時,需要盡可能多的節點共同參與,因此非結構化P2P網絡需要更高的CPU和內存空間。這也讓網絡容易發生堵塞,尤其是在僅有少量節點參與計算的情況下。

結構化P2P網絡

相比之下,結構化P2P網絡節點則呈現特定組織的架構,節點支持高效地搜索文件,甚至所搜索的內容并不是所廣泛使用的。在大多數情況下,這得益于哈希函數功能,其便于進行數據庫搜索。

雖然結構化網絡的效率更高,但這也使結構化網絡更為中心化,并且通常需要更高的設置和維護成本。除此之外,結構化網絡在面對高流失率的節點時,就顯得沒有那么強大了。

混合P2P網絡

混合P2P網絡將傳統的客戶端-服務器模式和對等體系結構相結合。例如,它可以設計一個便于對等體之間連接的中央服務器。

與其他兩種模型相比,混合模型傾向于提高整體性能。混合網絡模型結合兩種模式的主要優點,同時實現了高效與分布式兩個特征。

分布式與去中心化

雖然P2P架構本質上是分布式的,需要注意的是,這種架構也具備不同程度的去中心化。因此,并非所有P2P網絡都是去中心化的。

實際上,許多系統依靠中心化的機構來規范網絡活動,使得它們在某種程度上是集中的。例如,一些P2P文件共享系統支持用戶從其他用戶的設備上搜索和下載文件,但是他們無法執行其他操作,例如管理搜索查詢。

此外,盡管缺乏中心化的網絡基礎設施,某些由少量用戶群所控制的小型網絡也具備高度的中心化。

P2P在區塊鏈中所扮演的作用

在比特幣問世的早期階段,Satoshi Nakamoto將其定義為“對等電子現金系統”。比特幣是一種數字形式的貨幣。它可以通過P2P網絡將比特幣從一個用戶轉移到另一個用戶,通過P2P網絡管理的分布式賬本即稱為區塊鏈。

在本文中,區塊鏈技術所應用的P2P架構,能夠在無需中介或任何中央服務器的情況下,支持比特幣和其他加密貨幣在全球范圍內傳輸。此外,任何人都可以成為比特幣節點,共同參與驗證和確認出塊過程。

因此,比特幣網絡中沒有銀行處理或記錄交易。取而代之,區塊鏈賬本能夠公開記錄所有交易的數據。基本上,每個節點都保存區塊鏈的副本,并將其與其他節點進行校驗,確保數據的準確性。區塊鏈網絡可以快速剔除惡意活動或不準確的數據。

本文中所描述的加密貨幣區塊鏈,節點可以承擔各種不同的角色。例如,完整節點是根據系統的共識規則驗證事務,為網絡提供安全性的節點。

每個完整節點都維護一個完整的、實時更新的區塊鏈副本,該副本支持它們共同參與并驗證分布式賬本的真實性。需要注意的是,并非所有完整的驗證節點都是礦工。

優勢

區塊鏈的對等架構具有諸多優勢。其中最重要的是P2P網絡能夠提供比傳統客戶端-服務器模式更高的安全性。區塊鏈上的大量分布式節點,使它們幾乎不會受到拒絕服務(DoS)攻擊的影響。

同樣,大多數節點需要在數據被添加到區塊鏈前建立共識,因此攻擊者幾乎不可能更改數據。對于像比特幣這樣的大型區塊鏈網絡尤其如此。相反,較小的區塊鏈更容易受到攻擊,因為某些具有大規模算力的用戶甚至可以控制大多數節點(這被稱為51%的攻擊)。

因此,分布式對等網絡與多數節點的共識機制相結合,能夠使區塊鏈對惡意活動具有相對較高的抵抗力。P2P模型是比特幣(和其他區塊鏈)能夠實現所謂的拜占庭容錯的關鍵因素之一。

除了安全性之外,在加密貨幣區塊鏈中使用P2P架構也使得它們不受中央機構的審查。與標準銀行賬戶相比,加密貨幣錢包不能被政府凍結或控制。這種限值還被延伸到個人支付的處理和內容平臺的審查中。一些內容創建者和在線商家采用加密貨幣支付,以避免第三方對其支付的限制。

局限性

盡管有許多優點,但在區塊鏈上使用P2P網絡也有一定的局限性。

因為區塊鏈網絡不是在中央服務器上更新分布式賬本而必須在每個節點上進行更新,因此在區塊鏈中添加交易,需要大量的算力。雖然這提高了安全性,但也大大降低了效率,并且也成為了區塊鏈網絡擴展和推廣的主要障礙之一。盡管如此,密碼學家和區塊鏈開發人員正在研究相關的替代方案,用于解決擴展性的相關問題。幾個明顯的案例包括Lightning Network,Ethereum Plasma和Mimblewimble協議。

另一個潛在的限制是關于硬分叉期間可能出現的攻擊。由于大多數區塊鏈是去中心化的和開源的,因此節點可以自由地復制和修改代碼并從主鏈中分離出來,通過這種方式形成新的并行網絡。硬分叉是完全正常的,并不會形成威脅。但是如果沒有正確采用某些安全措施,這兩條鏈都可能受到重放攻擊的影響。

此外,P2P網絡的分布式特性使它們相對難以控制和監管,該問題不僅僅是在區塊鏈中。某些P2P應用程序和公司也同樣涉及版權侵權等非法活動。

總結

對等架構可以通過多種不同的方式進行開發和使用,作為區塊鏈的核心,它使加密貨幣成為可能。通過在在大型網絡中的節點中分發事務賬本,P2P架構提供了安全性、去中心化和防范監管等優勢。

而除了在區塊鏈技術中的優勢之外,P2P系統還可以應用于其他分布式計算應用領域,范圍包括文件共享網絡到能源交易平臺等各個領域。
關鍵詞: 對等網絡  P2P網絡  
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