Ngang hàng (P2P) là gì?
Trong khoa học máy tính, mạng ngang hàng, hay mạng đồng đẳng (P2P) bao gồm một nhóm các thiết bị cùng lưu trữ và chia sẻ tập tin. Mỗi người tham gia (nút) hoạt động như một đồng đẳng riêng lẻ. Thông thường, tất cả các nút có sức mạnh như nhau và thực hiện các nhiệm vụ giống nhau.
Trong công nghệ tài chính, thuật ngữ ngang hàng thường dùng để mô tả quá trình trao đổi tiền mã hóa hoặc tài sản kỹ thuật số thông qua mạng phân tán. Nền tảng P2P cho phép người mua và người bán thực hiện giao dịch mà không cần đến trung gian. Trong một số trường hợp, các trang web cũng có thể cung cấp một môi trường P2P để kết nối người cho vay với người vay.
Kiến trúc P2P có thể phù hợp với nhiều trường hợp sử dụng khác nhau, nhưng nó trở nên đặc biệt phổ biến vào những năm 1990 khi các chương trình chia sẻ tệp đầu tiên được tạo. Ngày nay, mạng P2P là yếu tố cốt lõi của hầu hết các loại tiền mã hóa, chiếm một phần lớn trong ngành công nghiệp blockchain. Tuy nhiên, chúng cũng được khai thác trong các ứng dụng điện toán phân tán khác, bao gồm các công cụ tìm kiếm web, nền tảng phát trực tuyến, thị trường trực tuyến và giao thức web Hệ thống tệp tin liên hành tinh (IPFS).
Mạng ngang hàng hoạt động như thế nào?
Về bản chất, hệ thống ngang hàng được duy trì bởi một mạng lưới người dùng phân tán. Mạng này thường không có quản trị viên trung tâm hoặc máy chủ vì mỗi nút lưu trữ một bản sao của các tệp và mỗi nút đóng vai trò như một máy khách và máy chủ cho các nút khác. Do đó, mỗi nút có thể tải tệp về từ các nút khác hoặc tải lên tệp cho các nút khác. Đây là điểm khác biệt giữa các mạng ngang hàng với các hệ thống máy chủ-máy khách truyền thống hơn, trong đó các thiết bị máy khách tải xuống các tệp từ một máy chủ tập trung.
Trên mạng ngang hàng, các thiết bị được kết nối chia sẻ các tệp được lưu trữ trên ổ cứng của chúng. Sử dụng các ứng dụng phần mềm được thiết kế để làm trung gian cho việc chia sẻ dữ liệu, người dùng có thể truy vấn các thiết bị khác trên mạng để tìm và tải xuống các tệp. Khi người dùng đã tải xuống một tệp, họ có thể đóng vai trò là nguồn của tệp đó.
Nói cách khác, khi một nút hoạt động như một máy khách, họ tải xuống các tệp từ các nút khác trên mạng. Nhưng khi họ hoạt động như một máy chủ, họ là nguồn mà các nút khác có thể tải xuống các tệp. Tuy nhiên, trên thực tế, các nút có thể thực hiện hai chức năng cùng một lúc (ví dụ: tải xuống tệp A và tải lên tệp B).
Vì mỗi nút đều có chức năng lưu trữ, truyền và nhận tệp, mạng ngang hàng có xu hướng hoạt động nhanh và hiệu quả hơn khi cộng đồng người dùng của họ phát triển lớn hơn. Ngoài ra, kiến trúc phân tán của họ làm cho các hệ thống P2P có khả năng chống lại các cuộc tấn công mạng rất cao. Không giống như các mô hình truyền thống, mạng P2P không có sự hư hỏng tại một điểm.
Chúng tôi có thể phân loại các hệ thống ngang hàng theo ba kiểu kiến trúc chính là mạng ngang hàng không có cấu trúc, có cấu trúc và lai.
Mạng ngang hàng (P2P) không có cấu trúc
Các nút trên mạng P2P không có cấu trúc không được tổ chức theo bất kỳ cấu trúc cụ thể nào. Những người tham gia giao tiếp ngẫu nhiên với nhau. Các hệ thống này được coi là có khả năng mạnh mẽ chống lại các các hoạt động rời bỏ của người dùng (là việc một số nút thường xuyên tham gia và rời khỏi mạng).
Mặc dù dễ xây dựng hơn, các mạng P2P không có cấu trúc có thể cần sử dụng bộ nhớ và CPU cao hơn vì các truy vấn tìm kiếm được gửi đến số lượng các đồng đẳng cao nhất có thể. Điều này có xu hướng khiến mạng tràn ngập các truy vấn, đặc biệt nếu chỉ có một số lượng nhỏ các nút cung cấp nội dung mong muốn.
Mạng ngang hàng (P2P) có cấu trúc
Ngược lại, các nút trên mạng P2P có một kiến trúc có tổ chức, cho phép các nút tìm kiếm các tệp một cách hiệu quả, ngay cả khi nội dung không có sẵn rộng rãi. Trong hầu hết các trường hợp, điều này đạt được thông qua việc sử dụng các hàm băm cho phép tra cứu cơ sở dữ liệu.
Mặc dù các mạng có cấu trúc có thể hiệu quả hơn, nhưng chúng thường thể hiện mức độ tập trung cao hơn và thường đòi hỏi chi phí thiết lập và bảo trì cao hơn. Ngoài ra, các mạng có cấu trúc kém mạnh mẽ hơn khi phải đối mặt với tỉ lệ người dùng rời bỏ mạng cao.
Mạng ngang hàng (P2P) lai
Mạng P2P lai kết hợp kiến trúc máy khách-máy chủ truyền thống với một số khía cạnh của kiến trúc ngang hàng. Ví dụ, mạng này có thể thiết kế một máy chủ trung tâm để tạo kết nối giữa các máy tính đồng đẳng trong mạng.
So với hai kiến trúc còn lại, các mô hình lai thường thể hiện hiệu suất vận hành cao hơn. Chúng kết hợp được các ưu điểm chính của từng phương pháp, mang lại mức độ hiệu quả và phi tập trung đáng kể.
Phân tán so với phi tập trung
Mặc dù kiến trúc P2P có tính chất phân tán, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là có nhiều mức độ phân tán khác nhau. Vì vậy, không phải tất cả các mạng P2P đều phi tập trung.
Trên thực tế, nhiều hệ thống dựa vào một hệ thống trung tâm để điều hành hoạt động của mạng, khiến chúng phần nào đó mang tính tập trung. Chẳng hạn, một số hệ thống chia sẻ tệp ngang hàng cho phép người dùng tìm kiếm và tải xuống tệp từ những người dùng khác, nhưng người dùng đó không thể tham gia vào các quy trình khác, như quản lý truy vấn tìm kiếm.
Ngoài ra, các mạng nhỏ được kiểm soát bởi một cộng đồng người dùng nhỏ với các mục tiêu chung cũng có thể được cho là có mức độ tập trung cao hơn, mặc dù không có một cơ sở hạ tầng mạng tập trung.
Vai trò của P2P trong blockchain
Trong giai đoạn đầu của Bitcoin, Satoshi Nakamoto định nghĩa nó là một “Hệ thống tiền mặt điện tử ngang hàng” Bitcoin ban đầu được tạo ra như một dạng tiền kỹ thuật số. Nó có thể được chuyển từ người dùng này sang người dùng khác thông qua mạng ngang hàng, mạng này quản lý một cuốn sổ cái phân tán được gọi là chuỗi khối (blockchain).
Trong bối cảnh này, chính kiến trúc ngang hàng, một công nghệ trung tâm cuẩ blockchain cho phép người dùng có thể giao dịch Bitcoin và các loại tiền mã hóa khác trên toàn thế giới mà không cần đến trung gian cũng như bất kỳ máy chủ trung tâm nào. Ngoài ra, bất kỳ ai cũng có thể trở thành một nút trên mạng Bitcoin nếu họ muốn tham gia vào quá trình xác minh và xác thực các khối.
Vì vậy, không có ngân hàng nào để xử lý hoặc ghi lại các giao dịch trên mạng Bitcoin. Thay vào đó, blockchain hoạt động như một sổ cái kỹ thuật số ghi lại công khai tất cả hoạt động. Về cơ bản, mỗi nút giữ một bản sao của blockchain và so sánh nó với các nút khác để đảm bảo dữ liệu chính xác. Mạng nhanh chóng từ chối mọi hoạt động độc hại hoặc không chính xác.
Trong bối cảnh của các blockchain của tiền mã hóa, các nút có thể đảm nhận các vai trò khác nhau. Ví dụ, các nút đầy đủ là các nút giúp duy trì tính bảo mật cho mạng bằng cách xác minh các giao dịch theo các quy tắc đồng thuận của hệ thống.
Mỗi nút đầy đủ duy trì một bản sao hoàn chỉnh, cập nhật của blockchain – cho phép họ tham gia vào công việc chung để xác minh trạng thái thực của sổ cái phân tán. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là không phải tất cả các nút xác thực đầy đủ đều là thợ đào.
Ưu điểm của mạng ngang hàng
Kiến trúc ngang hàng của blockchain mang lại nhiều lợi ích. Lợi ích quan trọng nhất là các mạng ngang hàng có tính bảo mật cao hơn so với kiến trúc máy khách-máy chủ truyền thống. Việc phân phối các chuỗi khối trên một số lượng lớn các nút làm cho chúng hầu như có khả năng chống lại các cuộc tấn công Từ chối Dịch vụ (DoS) đã được sử dụng để tấn công nhiều hệ thống.
Tương tự như vậy, vì phần lớn các nút phải đạt được sự đồng thuận trước khi dữ liệu mới được thêm vào blockchain, nên kẻ tấn công gần như không thể thay đổi dữ liệu. Điều này đặc biệt đúng đối với các mạng lớn như mạng Bitcoin. Các blockchain nhỏ hơn dễ bị tấn công hơn vì một người hoặc một nhóm có thể giành được kiểm soát đối với phần lớn các nút (điều này được gọi là một cuộc tấn công 51%).
Do đó, mạng ngang hàng phân tán, khi được kết hợp với yêu cầu về sự đồng thuận của đa số người tham gia, giúp các blockchain có khả năng cao chống lại các hoạt động gây hại. Chính mô hình P2P là một trong những yếu tố giúp cho Bitcoin (và các blockchain khác) có thể đạt được cái gọi là khả năng chịu lỗi Byzantine.
Ngoài khả năng bảo mật, việc sử dụng kiến trúc P2P trong các blockchain tiền mã hóa cũng giúp chúng chống lại sự kiểm duyệt của các cơ quan trung ương. Khác với các tài khoản ngân hàng tiêu chuẩn, chính phủ không thể đóng băng hoặc rút sạch các ví tiền mã hóa. Ngoài ra, kiến trúc P2P cũng giúp các blockchain chống lại sự kiểm duyệt của các nền tảng nội dung và nền tảng xử lý thanh toán tư nhân. Một số nhà sáng tạo nội dung và các thương gia trực tuyến đã chấp nhận phương thức thanh toán qua tiền mã hóa như một cách để tránh bị chặn thanh toán bởi các bên thứ ba.
Hạn chế của mạng ngang hàng
Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc sử dụng mạng P2P trên blockchain cũng có những hạn chế nhất định.
Vì sổ cái phân tán phải được cập nhật trên mỗi nút thay vì trên máy chủ trung tâm, nên việc thêm giao dịch vào blockchain đòi hỏi một lượng lớn sức mạnh tính toán. Trong khi điều này giúp tăng khả năng bảo mật, nó làm giảm đáng kể hiệu suất hoạt động và là một trong những trở ngại chính đến khả năng mở rộng và ứng dụng mạng rộng rãi. Tuy nhiên, các nhà mật mã học và nhà phát triển blockchain đang nghiên cứu các lựa chọn thay thế có thể được sử dụng làm giải pháp mở rộng. Các ví dụ nổi bật bao gồm các giao thức Lightning Network, Ethereum Plasma, và Mimblewimble.
Một hạn chế khác có thể xảy ra liên quan đến các cuộc tấn công có thể phát sinh trong các sự kiện chia tách chuỗi (hard fork). Vì hầu hết các blockchain là phi tập trung và có mã nguồn mở, nên các nhóm nút được tự do sao chép và sửa đổi mã và tách ra khỏi chuỗi chính để tạo thành một mạng song song mới. Việc chia tách chuỗi (hard fork) là hoàn toàn bình thường và bản thân chúng không phải là một mối đe dọa. Tuy nhiên nếu các phương thức bảo mật nhất định không được áp dụng đúng cách, cả hai chuỗi có thể dễ dàng trở thành mục tiêu của tấn công phát lại.
Hơn nữa, bản chất phân tán của mạng P2P khiến chúng tương đối khó kiểm soát và điều tiết, không chỉ trong phân khúc blockchain. Một số ứng dụng và công ty P2P đã tham gia vào các hoạt động bất hợp pháp và vi phạm bản quyền.
Kết luận
Kiến trúc ngang hàng là yếu tố cốt lõi của công nghệ blockchain – nền tảng của tiền mã hóa. Có nhiều cách để phát triển và sử dụng kiến trúc ngang hàng. Bằng cách phân tán các sổ cái giao dịch trên một mạng lớn gồm nhiều nút, kiến trúc P2P cung cấp khả năng bảo mật, phi tập trung và chống kiểm duyệt.
Ngoài các lợi ích của chúng trong công nghệ blockchain, các hệ thống P2P cũng có thể được ứng dụng trong các ứng dụng điện toán phân tán khác, từ các mạng chia sẻ tệp cho đến các nền tảng mua bán năng lượng.
