شبکه نظیر به نظیر چیست؟ (P2P)

در علوم کامپیوتر، شبکه peer-to-peer) p2p) به گروهی از دستگاه‌ها گفته می‌شود که به طور جمعی پرونده‌ها را ذخیره و به اشتراک می‌گذارند. هر شرکت‌کننده (گره یا نود) به عنوان یک همکار عمل می‌کند. به طور معمول، همه گره‌ها قدرت برابر دارند و وظایف یکسانی را انجام می‌دهند.

فناوری نظیر به نظیر (p2p) که با عنوان همتا به همتا نیز شناخته می‌شوند می‌تواند برای موارد مختلفی مناسب باشد. فناوری در دهه 1990 با ایجاد اولین برنامه‌های اشتراک فایل محبوب شد. امروزه اکثر ارزهای دیجیتال بر محور شبکه‌های نظیر به نظیر قرار دارند و این فناوری بخش عمده‌ای از صنعت بلاکچین را تشکیل می‌دهد. با این حال، از این شبکه‌ها در سایر برنامه‌های محاسبات توزیع شده، از جمله موتورهای جستجوی وب، سیستم عامل‌های فعال، بازارهای آنلاین و سیستم فایل‌های توزیع شده بین سیاره‌ای (ipfs) نیز استفاده می‌شود.

p2p چگونه کار می‌کند؟

در واقع، یک سیستم p2p یا نظیر به نظیر با شبکه‌ی توزیع شده‌ای از کاربران حفظ و نگهداری می‌شود. معمولاً آنها هیچ مدیر یا سرور مرکزی ندارند؛ زیرا هر گره یک کپی از پرونده‌ها (اطلاعات) را نگه می‌دارد. هر نود یا گره هم به عنوان سرویس‌گیرنده و هم به عنوان سرور برای سایر گره‌ها عمل می‌کند. بنابراین، هر نود می‌تواند پرونده‌ها را از نودهای دیگر بارگیری کرده یا پرونده‌هایی را در آنها بارگذاری کند. این همان مزیتی است که شبکه‌های p2p را از سیستم‌های سنتی متمایز می‌کند. در سیستم‌های سنتی برخلاف سیستم‌های همتا به همتا، مشتریان می‌بایست پرونده‌ها را از یک سرور متمرکز بارگیری کنند.

در شبکه‌های p2p، دستگاه‌های متصل، پرونده‌هایی را که روی درایوهای سخت آنها ذخیره شده است به اشتراک می‌گذارند. کاربران با استفاده از برنامه‌های نرم‌افزاری می‌توانند برای ایجاد واسطه در اشتراک‌گذاری داده‌ها، از دستگاه‌های دیگر موجود در شبکه برای یافتن و دانلود پرونده‌ها استفاده کنند. هنگامی که کاربر یک فایل را دانلود کرد، سپس می‌تواند به عنوان منبع آن فایل عمل کند.

به عبارت دیگر، هنگامی که یک نود به عنوان مشتری عمل می‌کند، پرونده‌ها از نودهای دیگر شبکه دانلود می‌شوند. اما زمانی که نود به عنوان سرور عمل می‌کند، آن نود منبعی است که نودهای دیگر می‌توانند از آن پرونده‌ها را دانلود کنند. اگرچه در عمل، هر دو عملکرد می‌توانند همزمان اجرا شوند (به عنوان مثال، دانلود پرونده a و دانلود پرونده b)

از آنجایی که هر نود پرونده‌ها را ذخیره، انتقال و دریافت می‌کند، شبکه‌های p2p تمایل دارند که با بزرگتر شدن پایگاه کاربری، سریعتر و کارآمدتر عمل کنند. همچنین، ساختار توزیع شده نظیر به نظیر باعث می‌شود سیستم‌های p2p در برابر حملات سایبری بسیار مقاوم‌تر باشند. برخلاف مدل‌های سنتی، شبکه‌های p2p حتی یک مشکل خرابی ندارند.

معماری شبکه‌های p2p

 سیستم‌های نظیر به نظیر را می‌توان براساس معماری آنها به سه دسته اصلی تقسیم کرد: بدون ساختار، ساختاریافته و ترکیبی.

• شبکه‌های p2p یا همتا به همتا بدون ساختار

در شبکه‌های p2p بدون ساختار هیچ سازمان‌دهی در نودها وجود ندارد. شرکت‌کنندگان به طور تصادفی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. این سیستم‌ها در برابر ریزش‌های زیاد، قوی می‌باشند. (منظور از ریزش‌های زیاد این است که دائما نودهای زیادی به شبکه می‌پیوندند و از آن خارج می‌شوند) 

اگرچه ساخت این نوع شبکه‌های نظیر به نظیر آسان‌تر است، اما این نوع شبکه‌ها ممکن است به پردازنده و حافظه بیشتری احتیاج داشته باشند زیرا درخواست‌های جستجو برای بیشترین افراد ممکن ارسال می‌شود. این امر باعث می‌شود تا درخواست‌های شبکه بسیار بالا رود، به خصوص اگر تعداد کمی از نودها اطلاعات مورد نظر را ارائه دهند.

• شبکه‌های p2p یا نظیر به نظیر ساختار‌یافته

در مقابل شبکه‌های بدون ساختار، شبکه‌های p2p ساختار یافته می‌باشد. شبکه‌های ساختاریافته دارای معماری سازمان‌یافته‌ای می‌باشند که به نودها این امکان را می‌دهد تا به طور موثرتر فایل‌ها را جستجو کنند، حتی اگر اطلاعات به طور گسترده در دسترس نباشد. در بیشتر موارد، این کار با استفاده از توابع هش که جستجوی پایگاه داده را تسهیل می‌کند، حاصل می‌شود.

در حالی که شبکه‌های ساختاریافته ممکن است کارآمدتر باشند، سطح بالاتری از تمرکز را ارائه می‌دهند و معمولاً به هزینه‌های راه‌اندازی و نگهداری بالاتری نیاز دارند. به غیر از این، شبکه‌های ساختاریافته هنگام مواجهه با نرخ بالای ریزش قدرت کمتری دارند.

• شبکه‌های p2p یا نظیر به نظیر ترکیبی 

همانطور که از نام آن پیداست، در این نوع از شبکه‌های p2p مدل مشتری-سرور (client-server model) معمولی با برخی جنبه‌های معماری نظیر به نظیر ترکیب شده است. به عنوان مثال، یک سرور مرکزی طراحی می‌شود که ارتباط بین همتایان را تسهیل می‌کند.

وقتی این نوع از شبکه‌ی همتا به همتا با دو نوع دیگر مقایسه می‌شود، عملکرد کلی بهتری دارد. در شبکه‌های همتا به همتا ترکیبی معمولاً برخی از مزایای اصلی رویکرد‌های دیگر با هم ترکیب شده است تا به طور همزمان کارایی و عدم تمرکز قابل توجهی را داشته باشند.

توزیع شده یا غیرمتمرکز

اگرچه معماری شبکه‌های p2p ذاتاً توزیع شده است، اما توجه به این نکته مهم است که غیرمتمرکز بودن در درجات مختلفی وجود دارد. بنابراین، همه شبکه‌های p2p غیرمتمرکز نیستند.

در حقیقت، بسیاری از سیستم‌ها برای هدایت فعالیت شبکه به یک مرجع مرکزی متکی هستند و آنها را تا حدودی متمرکز می‌کنند. به عنوان مثال، برخی از سیستم‌های اشتراک فایل p2p به کاربران این امکان را می‌دهند تا پرونده‌ها را از سایر کاربران جستجو و بارگیری کنند، اما به کاربران اجازه نمی‌دهند که در سایر فرایندها، مانند مدیریت درخواست‌های جستجو، شرکت کنند.

نقش p‌2p در زنجیره بلوک

در ابتدا ساتوشی ناکاموتو بیت کوین را با عنوان «سیستم نقدی الکترونیکی نظیر به نظیر» معرفی کرد. بیت کوین یک نوع پول دیجیتالی است که از طریق یک شبکه p2p از فردی به فرد دیگر انتقال می‌یابد. این شبکه نظیر به نظیر در یک دفتر توزیع شده به نام بلاکچین مدیریت می‌شود.

در این خصوص، معماری p2p که ذات فناوری بلاکچین است، به کاربران اجازه می‌دهد تا بیت‌کوین و سایر رمزارزهای خود را بدون نیاز به واسطه‌ها و یا هیچ سرور مرکزی دیگری در سراسر جهان منتقل کنند. همچنین، هر کسی که بخواهد در روند تأیید و اعتبارسنجی بلوک‌ها شرکت داشته باشد، می‌تواند نود بیت کوین راه‌اندازی کند.

بنابراین، هیچ بانکی عمل پردازش یا ثبت معاملات شبکه بیت کوین را انجام نمی‌دهد. در عوض، بلاک چین به عنوان یک دفتر دیجیتال عمل کرده و تمام فعالیت‌ها را به صورت عمومی ثبت می‌کند. اصولاً هر نود یک نسخه از بلاک چین را در خود نگه می‌دارد و برای اطمینان از صحت داده‌ها، آن را با نودهای دیگر مقایسه می‌کند. شبکه فورا هرگونه فعالیت مخرب یا نادرست را رد می‌کند.

در بلاکچین‌ ارزهای دیجیتال، نودها می‌توانند انواع مختلفی از نقش‌ها را بازی کنند. به عنوان مثال، نودهای کامل (full nodes) به مواردی اطلاق می‌شود که با تأیید تراکنش‌های امنیت شبکه را تأمین می‌کنند. 

هر نود کامل یک نسخه کامل و به روز شده از بلاکچین را نگهداری می‌کند. نود‌های کامل این امکان را دارند تا در کار جمعی بررسی وضعیت واقعی دفتر توزیع شده شرکت کنند. البته لازم به ذکر است که همه نودهای کامل اعتبارسنج استخراج‌کننده نیستند.

مزایای شبکه نظیر به نظیر

معماری نظیر به نظیر زنجیره بلوک مزایای بسیاری را به همراه دارد. از مهمترین مزیت‌های این فناوری این است که شبکه‌های p2p امنیت بیشتری نسبت به تنظیمات سنتی مشتری-سرور دارند. توزیع بلاکچین بر روی تعداد زیادی از نودها، آنها را در برابر حملات dos که سیستم‌های زیادی را آزار می‌دهد، مصون می‌کند.

به همین ترتیب، از آنجایی که اکثر نودها باید قبل از افزودن داده‌ها به زنجیره بلوک اجماع ایجاد کنند، تقریباً غیرممکن است که مهاجم بتواند داده‌ها را تغییر دهد. این امر به ویژه در مورد شبکه‌های بزرگی مانند شبکه بیت کوین صادق است. اما زنجیره‌های بلوکی کوچکتر مستعد این نوع حملات هستند؛ زیرا یک فرد یا نود در نهایت می‌تواند بر اکثر نودها کنترل پیدا کند (این حمله به عنوان حمله 51 درصدی شناخته می‌شود).

در نتیجه، شبکه‌ی توزیع شده نظیر به نظیر به همراه اکثر الزامات اجماع، در برابر فعالیت‌های مخرب مقاومت نسبتاً بالایی را برای بلاکچین‌ها ایجاد می‌کند. مدل p2p یکی از دلایلی است که بیت کوین (و سایر بلاک چین‌ها) توانستند به اصطلاح تحمل خطای بیزانس (byzantine fault tolerance) را بدست آورند.

استفاده از معماری p2p علاوه بر امنیت در بلاک چین‌ ارزهای رمزنگاری شده نیز آنها را در برابر سانسور توسط مقامات مرکزی مقاوم می‌کند. برخلاف حساب‌های بانکی استاندارد، کیف پول‌ ارز دیجیتال توسط دولت‌ها نمی‌تواند مسدود یا تخلیه شود. همین ویژگی در موارد دیگر نیز به کار گرفته می‌شود مانند سانسور شدن توسط سیستم عامل پردازش پرداخت خصوصی و پلتفرم‌های محتوا. برخی از تولیدکنندگان محتوا و بازرگانان آنلاین، پرداخت رمزارزی را به عنوان راهی برای جلوگیری از مسدود شدن پرداخت‌هایشان توسط اشخاص ثالث می‌داند.

معایب شبکه نظیر به نظیر

استفاده از شبکه‌های p2p بر روی بلاکچین‌ با وجود مزایای بسیاری که دارند محدودیت‌های خاصی نیز دارد.

از آنجایی که دفترهای توزیع شده باید به جای سرور مرکزی در هر گره به روز شوند، افزودن تراکنش‌ها به بلاکچین به مقدار زیادی قدرت محاسباتی نیاز دارد. در حالی که این موضوع افزایش امنیت را فراهم می‌کند، تا حد زیادی کارایی را کاهش می‌دهد و یکی از اصلی‌ترین موانع در مورد مقیاس پذیری و پذیرش گسترده است. با این وجود، توسعه دهندگان بلاکچین در حال بررسی گزینه‌هایی هستند که ممکن است به عنوان راه حل‌های مقیاس‌پذیری استفاده شوند. نمونه‌های برجسته آن عبارتند از: شبکه رعد و برق، پلاسمای ethereum و پروتکل mimblewimble

محدودیت بالقوه دیگر مربوط به حملاتی است که ممکن است در هنگام وقوع هاردفورک (hardfork) رخ دهد. از آنجایی که اکثر زنجیره‌های بلوک غیرمتمرکز و منبع باز هستند، گره‌ها آزادانه می‌توانند کد را کپی و اصلاح کنند و از زنجیره اصلی جدا شوند و یک شبکه موازی جدید تشکیل دهند. هاردفورک کاملاً طبیعی است و به خودی خود تهدیدی محسوب نمی‌شود. اما اگر برخی از روش‌های امنیتی به درستی اتخاذ نشوند، هر دو زنجیره در مقابل حملات مجدد آسیب پذیر می‌شوند.

علاوه بر این، ماهیت توزیع شده شبکه‌های p2p کنترل و تنظیم آنها را در بلاکچین نسبتاً دشوار می‌کند. 

سخن پایانی

معماری نظیر به نظیر به طرق مختلف قابل توسعه و استفاده است و در هسته اصلی بلاکچین‌هاست که ارزهای رمزپایه را امکان پذیر می‌کند. با توزیع دفتر معاملات در شبکه‌های بزرگ گره‌ها، معماری p2p امنیت، عدم تمرکز و مقاومت در برابر سانسور را ارائه می دهد.

سیستم‌های p2p علاوه بر کاربردشان در فناوری بلاکچین، می‌توانند به سایر برنامه‌های محاسبات توزیع شده از شبکه‌های اشتراک فایل تا سیستم عامل های تجارت انرژی نیز خدمت کنند.