شبکه نظیر به نظیر یا همتا به همتا چیست؟ بررسی مزایا و معایب نتورک P2P

شبکه نظیر به نظیر یا P2P دارای ساختار خاصی است. اکنون به بررسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب شبکه های نظیر به نظیر یا همان همتا به همتا می‌پردازیم.

در علوم کامپیوتر، شبکه نظیر به نظیر (P2P) از یک گروه دستگاه‌ که به طور جمعی فایل‌ها را ذخیره می‌کنند و به اشتراک می‌گذارند، تشکیل می‌شود. هر شرکت‌کننده که با نام نود یا گره شناخته می‌شود، مثل یک همتای خاص و جداگانه عمل می‌کند. به طور معمول، همه گره‌ها دارای قدرت برابر هستند و وظایف یکسانی را انجام می‌دهند، هر چند در یک شبکه همتا به همتا این قضیه همیشه صادق نیست.

در تکنولوژی مالی، اصطلاح نظیر به نظیر به تبادل ارزهای دیجیتال رمزنگاری شده (کریپتوکارنسی) یا دارایی‌های دیجیتال از طریق یک شبکه توزیع شده اشاره می‌کند. یک پلتفرم P2P به فروشندگان و خریداران اجازه می‌دهد بدون نیاز به واسطه‌ها، مبادلات مالی داشته باشند. در برخی مواقع پلتفرم ممکن است یک محیط همتا به همتا برای اتصال قرض‌دهندگان (وام‌دهندگان) به قرض‌گیرندگان (وام‌گیرندگان) فراهم کند. این شکل فعالیت در دنیای دیفای (DeFi – سیستم مالی غیر متمرکز) دنبال می‌شود.

معماری همتا به همتا در موقعیت‌های مختلف می‌تواند مناسب باشد و مورد استفاده قرار بگیرد، اما شروع محبوبیت آن به دهه 1990، زمان ساخت اولین برنامه‌های اشتراک‌گذاری فایل، برمی‌گردد. در حال حاضر شبکه‌ های نظیر به نظیر یا همان P2P در هسته اغلب ارزهای دیجیتال قرار دارند. به عبارت معماری بخش قابل توجهی از پروژه‌های حوزه بلاک چین به شکل نظیر به نظیر بوده است.

البته حتی در دهه سوم قرن 21 نیز شاهد استفاده گسترده از مدل نتورک نام برده در سایر برنامه‌های محاسباتی توزیع شده نظیر موتورهای جستجو، پلتفرم‌های استریمینگ، بازارهای آنلاین و مخصوصا پروتکل وب سیستم پرونده بین سیاره‌ای (IPFS) هستیم. این یعنی نتورک های همتا به همتا هنوز کاربردهای گسترده‌ای دارند و این مدل بخشی جدانشدنی از علم کامپیوتر است. به خاطر اهمیت فوق‌العاده‌ آن در صنعت بلاک چین و ارز دیجیتال تصمیم گرفتیم کمی بیشتر آن را بشناسیم.

شبکه نظیر به نظیر (P2P) چطور کار می‌کند؟

در اصل، یک سیستم همتا به همتا توسط شبکه‌ای از کاربران توزیع شده نگهداری می‌شود. در اینجا به طور معمول خبری از یک سرور یا مدیر مرکزی نیست، چرا که هر گره یک کپی از فایل‌ها را نگهداری می‌کند. به این ترتیب از نگاه دیگر نودها به طور همزمان نقش یک سرور و کلاینت را دارد. پس هر گره می‌تواند فایل‌ها را از نودهای دیگر دانلود کرده یا فایل‌ها را در آن‌ها آپلود کند. این نحوه کار با مدل سیستم‌های سنتی و متداول کلاینت – سرور متفاوت است، جایی که دستگاه‌های کلاینت () فایل‌ها (منظور اطلاعات مورد نیاز) را از یک سرور مرکزی دریافت می‌کنند.

در شبکه های نظیر به نظیر دستگاه‌های متصل فایل‌های ذخیره روی هارد درایو‌های خود را به اشتراک می‌گذارند. با استفاده از نرم افزارهای طراحی شده به منظور واسطه‌گری عمل به‌اشتراک‌گذاری داده، کاربران می‌توانند برای یافتن و دانلود کردن فایل‌های مورد نظر خود، از سایر دستگاه‌های موجود در شبکه استعلام بگیرند (کوئری بزنند). وقتی در یک شبکه P2P کاربری یک فایل را دریافت کرد، می‌تواند به عنوان منبع آن (برای فراهم شدن امکان دانلود توسط بقیه) ایفای نقش کند.

به عبارت دیگر، وقتی یک نود در شبکه‌ نظیر به نظیر به عنوان یک کلاینت فعالیت می‌کند، در حال دانلود فایل (دریافت اطلاعات) از سایر گره‌های همان شبکه است. اما وقتی به عنوان یک سرور فعالیت می‌کند، در حال سرویس دادن به سایر گره‌ها است تا بتوانند فایل مورد نظرشان را از آن دریافت کنند. به این ترتیب می‌توان گفت اعضای نتورک همتا به همتا گاهی نقش سرویس‌دهنده و گاهی نقش سرویس‌گیرنده دارند. در نظر داشته باشید در عمل، یک عضو یا همان نود شبکه P2P به طور همزمان قادر به ایفای هر دو نقش است. یعنی مثلا به طور همزمان فایل A را از گره‌ای دیگر دانلود و فایل B را روی گره‌ای دیگر آپلود کند.

از آن جایی که هر عضو شبکه نظیر به نظیر فایل‌ها (اطلاعات) را ارسال، دریافت و ذخیره می‌کند، با افزایش تعداد کاربران، عملکرد به جای کاهش بهبود پیدا خواهد کرد. همچنین ساختار توزیع شده سیستم‌های P2P سبب می‌شود در برابر حملات سایبری مقاومت بیشتری داشته باشند، چرا که برخلاف معماری کلاینت – سرور، دیگر یک نقطه تکی شکست (Single Point Of Failure) وجود ندارد.

سیستم‌های نظیر به نظیر را بسته به شکل معماری آن‌ها دسته‌بندی می‌کنیم. سه دسته‌بندی اصلی بدون ساختار، ساختار یافته و هیبریدی است. در ادامه به بررسی این سه مدل خواهیم پرداخت.

شبکه نظیر به نظیر بدون ساختار (Unstructured)

در اینجا هیچ سازمان خاصی برای گره‌ها وجود ندارد و شرکت‌کنندگان به طور تصادفی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. یک شبکه همتا به همتا این چنینی در برابر رفتار نامنظم نودها در عضویت و خروج از نتورک، مقاومت بالایی دارد. به عبارتی وقتی یک شبکه P2P بدون ساختار است، کمتر از داخل شدن و بیرون رفتن مستمر گره‌ها آسیب می‌بیند و در برابر این رفتار مقاومت دارد.

اگرچه ایجاد یک نتورک نظیر به نظیر بی‌ساختار راحت‌تر است، اما به خاطر ارسال درخواست‌های جستجو (کوئری‌های یافتن اطلاعات مورد نظر) برای حداکثر تعداد گره ممکن در اینجا، به حافظه بیشتر و حجم پردازش بالاتری نیاز دارد. مخصوصا اگر تعداد کمی نود محتوای مورد نظر را (برای ارائه به درخواست‌کننده یا درخواست‌کنندگان) در اختیار داشته باشند، شبکه با یک سیل کوئری مواجه خواهد شد.

شبکه P2P ساختار یافته (Structured)

در شبکه نظیر به نظیر ساختار یافته یک معماری منظم و سازمان یافته وجود دارد. به لطف آن گره‌ها به شکلی کارآمد به جستجوی فایل‌ها می‌پردازند، هر چند محتوای مورد نظر خیلی در دسترس نباشد (تعداد کمی گره آن را نگهداری کنند). در بیشتر مواقع از توابع هش به این منظور استفاده می‌شود که جستجو در پایگاه داده را تسهیل می‌کنند.

شبکه‌ های همتا به همتا ساختار یافته ممکن است کارآمدتر باشند، اما در عوض خاصیت عدم تمرکز کمی در آن‌ها کمرنگ است. به عبارتی آن‌ها در سطوح بالاتری از نظر تمرکز قرار دارند. از طرفی دیگر راه‌اندازی و نگهداری آن‌ها هزینه بیشتری طلب می‌کند و دشوارتر است. از طرفی دیگر، یک شبکه P2P ساختار یافته در برابر رفتار نامنظم نودها در عضویت و خروج از نتورک مقاومت کمتری دارد و از این رفتار بیشتر آسیب می‌بیند.

شبکه همتا به همتا هیبریدی (Hybrid)

در یک نتورک P2P هیبریدی مدل سنتی و متداول کلاینت – سرور با برخی جنبه‌های معماری نظیر به نظیر ترکیب شده است. به عنوان نمونه ممکن است در اینجا یک سرور مرکزی به منظور تسهیل ارتباط بین نودها وجود داشته باشد.

مقایسه این مدل شبکه نظیر به نظیر با دو دسته‌بندی دیگر (ساختار یافته و بدون ساختار) بهبود کلی عملکرد را نشان می‌دهد. در اینجا از جنبه‌های مثبت هر راهکار استفاده می‌شود. در نتیجه به طور همزمان به درجات بالایی از کارآمدی و عدم تمرکز دست پیدا می‌کنیم.

تفاوت غیر متمرکز با توزیع شده

اگرچه معماری نظیر به نظیر به طور ذاتی توزیع شده است، اما نباید فراموش کرد درجات مختلفی از تمرکززدایی (عدم تمرکز) وجود دارد. در نتیجه تمام شبکه‌های همتا به همتا (P2P) غیر متمرکز نیستند.

در حقیقت، سیستم‌های زیادی به منظور هدایت فعالیت‌های شبکه متکی بر یک مرجع مرکزی (متمرکز) هستند. به عنوان مثال برخی سیستم‌های اشتراک فایل P2P به کاربران اجازه می‌دهند به جستجو و دانلود فایل از سایر اعضا بپردازند، اما آن‌ها نمی‌توانند در فرایندهای دیگر نظیر مدیریت کوئری‌ها (درخواست‌های جستجو) شرکت کنند. به این ترتیب با وجود توانایی اعضای شبکه برای رفتار شبیه یک سرور (و به طور همزمان کلاینت)، مسئولیت‌ و قدرت آن‌ها محدود است.

علاوه بر آن، شبکه های نظیر به نظیر کوچک که توسط یک پایگاه کاربر محدود و دارای اهداف مشترک کنترل می‌شوند، سطح تمرکز بالاتری دارند. هر چند زیرساخت شبکه متمرکز وجود نداشته باشد.

نقش مدل نظیر به نظر در بلاک چین‌ها

در اولین مراحل توسعه بیت کوین، ساتوشی ناکاموتو آن را یک «سیستم پول الکترونیکی نظیر به نظیر» (Peer-to-Peer Electronic Cash System) خطاب کرد. بیت کوین به عنوان اولین ارز دیجیتال رمزنگاری شده به عنوان شکل دیجیتال پول متولد شد. می‌توان آن را از طریق یک شبکه همتا به همتا از کاربری به کاربر دیگر فرستاد. این نتورک P2P یک دفتر کل توزیع شده با نام بلاک چین را مدیریت می‌کند. به زبان ساده، بلاک چین به عنوان فناوری زیربنایی رمز ارزها، نوعی پایگاه داده با ساختار متفاوت است. در شبکه بیت کوین این پایگاه داده مسئول ذخیر‌ه‌سازی تراکنش‌ها است.

معماری نظیر به نظیر که بخشی جدانشدنی از بیشتر سیستم‌های مبتنی بر بلاک چین است، به شبکه بیت کوین و دیگر ارزهای دیجیتال غیر متمرکز اجازه می‌دهد در سراسر دنیا، بدون نیاز به یک سرور مرکزی یا واسطه‌ها، بین کاربران جابه‌جا شوند. هر کاربری تنها با نصب یک نرم افزار می‌تواند به عنوان یک نود بیت کوین ایفای نقش کند و به ایجاد و افزودن بلاک‌های حاوی تراکنش‌ها به پایگاه داده بپردازد.

پس در شبکه بیت کوین هیچ بانکی (نهاد مرکزی) برای پردازش یا ثبت معاملات وجود ندارد. در عوض، بلاک چین به عنوان یک دفتر کل دیجیتال عمل و تمام سوابق را ذخیره می‌کند. هر نود (اگر فول نود باشد) نسخه‌ای از پایگاه داده یا همان بلاک چین را در اختیار دارد. گره‌ها دائما نسخه بلاک چین خود را با بقیه اعضا مقایسه می‌کنند تا از صحت دیتای در اختیارشان مطمئن شوند. گفتنی است شبکه به سرعت هرگونه فعالیت مخرب یا نادرست را رد می‌کند، چرا که دارای ساختار غیر متمرکز و همتا به همتا است و یک مرجع قدرتمند و دیکتاتور وجود ندارد تا بلکه قادر باشد به هر شکل سیستم را دست‌کاری کند.

در مبحث بلاک چین‌های مربوط به ارزهای دیجیتال (از پایگاه داده بلاک چینی می‌توان در هر نوع سیستمی برای ذخیره دیتا استفاده کرد)، گره‌ها می‌توانند نقش‌های مختلف داشته باشند. به عنوان مثال فول نودها به وسیله تایید تراکنش‌ها امنیت شبکه نظیر به نظیر (P2P) را تامین می‌کنند. هر فول نود نسخه‌ای کامل و آپدیت از بلاک چین را در اختیار دارد، پس قادر است در کار جمعی بررسی وضعیت واقعی دفتر توزیع شده (پایگاه داده) شرکت داشته باشد. به این ترتیب اگر گره‌ای دیگر به وسیله ایجاد یک تراکنش جعلی سعی در دست‌کاری کردن دیتابیس داشته باشد، از این کار جلوگیری خواهد کرد. بد نیست بدانید تمام فول نودها یک ماینر نیستند و در عملیات ماین کردن بیت کوین شرکت ندارند.

مزایا و معایب شبکه های P2P

چرا باید از معماری همتا به همتا در یک شبکه استفاده کرد؟ پیاده‌سازی این مدل چه مزیت‌هایی دارد؟ چه دلایلی وجود دارند که آن را برای برخی کاربردها نامناسب می‌کنند؟ گفتنی است در اینجا از پنجره بلاک چین و کریپتوکارنسی به این موضوع نگاه می‌کنیم، هر چند این نتایج را می‌توان به دیدگاه وسیع و کلی‌تر نیز تعمیم داد.

مزایای شبکه نظیر به نظیر

معماری همتا به همتا بلاک چین‌ها مزایای متعددی دارد. به عنوان یکی از مهمترین موارد باید به امنیت بالاتر نتورک‌های P2P در مقایسه با ساختار متداول کلاینت – سرور اشاره کرد. توزیع شدن بلاک چین در تعداد زیادی گره سبب می‌شود در برابر انواع حملات سایبری نظیر داس (DoS) مقاومت بالاتری داشته باشد، در حالی که سیستم‌های متمرکز به شدت در برابر این نوع حمله آسیب‌پذیر هستند. علت، نبود یک سرور مرکزی است تا بلکه ترتیب‌دهنده حمله بتواند با پر کردن ظرفیت آن، ارائه سرویس به کاربران واقعی را متوقف و در عملکرد سیستم اختلال ایجاد کند.

از آن جایی که اکثر نودها باید قبل از اضافه کردن دیتا به بلاک چین به اجماع (توافق) برسند. تقریباً برای مهاجم امکان تغییر داده‌ها وجود ندارد. در شبکه نظیر به نظیر یک ارز دیجیتال مثل بیت کوین برای دست‌کاری کردن پایگاه داده باید کنترل بیش از نصف شبکه (بالای 50 درصد هش ریت) را در اختیار داشت که به اتک 51 درصد معروف است. در نتورک بزرگی نظیر Bitcoin این کار تقریبا غیر ممکن است. در نتورک‌های رمز ارزی کوچک‌تر، گرفتن کنترل بیش از پنجاه درصد گره‌ها در شبکه نظیر به نظیر راحت‌تر است.

به همین دلیل یک شبکه توزیع شده‌ی همتا به همتا که با الزامات اجماع اکثریت همراه شده است (ثبت دیتا نیازمند توافق اعضا است)، به بلاک چین‌ها مقاومت نسبتا بالایی در برابر فعالیت‌های مخرب می‌دهد. استفاده از مدل P2P یکی از دلایل دستیابی بیت کوین و دیگر ارزهای دیجیتال قدرتمند به تحمل خطای بیزانس است.

علاوه بر امنیت، استفاده از معماری همتا به همتا در ارزهای دیجیتال سبب شده در برابر سانسور نهادها و مراجع کنترل‌کننده مصونیت داشته باشند. برخلاف حساب‌های بانکی سنتی یک کیف پول کریپتوکارنسی توسط دولت‌ها مسدود نمی‌شود و دارایی ذخیره در آن قابل مصادره نیست. این مصونیت در برابر سانسور همچنین سبب می‌شود پلتفرم‌های خصوصی پردازش تراکنش‌ها هم برای تحریم یک حساب دست باز نداشته باشند. به همین دلیل برخی تولیدکنندگان محتوا و تجار آنلاین با هدف جلوگیری از مسدود شدن پرداخت‌های آ‌ها توسط شرکت‌های ثالث، به پرداخت‌های رمز ارزی رو آورده‌اند.

معایب شبکه نظیر به نظیر

با وجود مزایای متعدد، از مشکلات و معایب شبکه های P2P و همتا به همتا نمی‌توان چشم‌پوشی کرد. استفاده از این مدل در بلاک چین‌ها سبب بروز یک سری محدودیت شده است.

از آن جایی که دفتر کل توزیع شده (بلاک چین، پایگاه داده) باید به جای یک سرور مرکزی در هر گره آپدیت شود، اضافه کردن تراکنش‌ها به بلاک چین نیازمند قدرت محاسباتی زیادی است و باید کار بیشتری انجام شود. اگرچه این نحوه کار افزایش امنیت را به ارمغان آورده است، اما کارایی به شدت کاهش یافته و مقیاس‌پذیری سیستم‌های ارزهای دیجیتال غیر متمرکز را با چالش جدی مواجه کرده است. برای پی بردن به مشکل مقیاس‌پذیری جدی بیت کوین، اتریوم و دیگر رمز ارزهای بزرگ که سبب جلوگیری از گسترش کاربرد و موارد استفاده از آن‌ها شده است، باید بدانید در شبکه دو ارز دیجیتال نام برده در هر ثانیه به ترتیب (به طور متوسط) 7 و 25 تراکنش پردازش می‌شود. این مقدار در سیستم‌های بانکی متمرکز کنونی بالای 10 هزار عدد است.

البته مهندسان بلاک چین و توسعه‌دهندگان سیستم‌های رمز ارزی دست روی دست نگذاشته و به طور پیوسته در حال بررسی روش‌های برطرف کردن مشکل مقیاس‌پذیری شبکه های نظیر به نظیر بلاک چینی هستند. به عنوان مثال باید به راهکارهای برون زنجیره‌ای (Off-Chain) یا لایه دومی (Layer Two) نظیر لایتنینگ نتورک در بیت کوین و پالیگان در اتریوم اشاره کرد.

یک مشکل دیگر، اجبار برای اجرای یک هارد فورک در صورت هک شدن سیستم یا بروز مشکل (عدم تفاهم) در جامعه کاربران است. از آن جایی که اکثر بلاک چین‌ها غیر متمرکز و منبع باز هستند، هر گروه از گره‌ها برای کپی کردن کد، تغییر آن به شکل دلخواه و جدا کردن مسیر خود از زنجیره (بلاک چین) اصلی آزادی عمل دارند. ظهور هارد فورک‌ها کاملا طبیعی است و آن‌ها به خودی خود یک تهدید برای زنجیره اصلی محسوب نمی‌شوند. با این حال اگر برخی روش‌های تامین امنیت به درستی مورد استفاده قرار نگیرند، نه تنها انشعاب جدید، بلکه بلاک چین اصلی نیز در برابر حمله اجرای مجدد (Replay Attack) آسیب‌پذیر می‌شود.

علاوه بر این موارد، ذات توزیع شده شبکه های همتا به همتا و نظیر به نظیر کنترل کردن آن‌ها را دشوار می‌کند. این یک مشکل اساسی در نتورک های P2P است و به سیستم‌های بلاک چینی ختم نمی‌شود. تا کنون اپلیکیشن‌ها و شرکت‌های (دارای معماری) نظیر به نظیر متعددی متهم به فعالیت‌های غیر قانونی و نقض حقوق تکثیر (کپی رایت) شده‌اند.

نتیجه‌گیری

معماری همتا به همتا به روش‌های مختلف قابل توسعه و استفاده است. دلیل بررسی این مدل اهمیت آن در دنیای بلاک چین و ارزهای دیجیتال رمزنگاری شده است؛ معماری نظیر به نظیر هسته‌ شبکه های رمز ارزی است و ایجاد سیستم‌های توزیع شده و در عین حال غیر متمرکز را امکان‌پذیر کرده است. به وسیله توزیع دفتر کل ثبت تراکنش‌ها در شبکه‌ای متشکل از تعداد زیادی عضو (گره، نود) علاوه بر افزایش امنیت، مصونیت در برابر سانسور و عدم تمرکز نیز حاصل می‌شود.

علاوه بر کاربرد گسترده شبکه های نظیر به نظیر در دنیای کریپتوکارنسی و بلاک چین، در هسته سایر اپلیکیشن‌ها، از نتورک‌های اشتراک فایل گرفته تا پلتفرم‌های معامله انرژی، نیز می‌توان از آن‌ها بهره برد. تمایل کاربران به ویژگی «عدم تمرکز» و خارج شدن کنترل از یک مرجع مرکزی (با توجه به بروز مسائلی نظیر رسوایی فیس بوک در فروش اطلاعات مشتریان به شرکت‌های تبلیغاتی) سبب شده آن‌ها روی خوشی به شبکه‌ های همتا به همتا (P2P) نشان بدهند.

منبع: Binance Academy