Peer-to-Peer là gì? Vai trò của P2P trong Blockchain

1. Mạng ngang hàng (P2P) là gì?

Mạng ngang hàng (P2P) trong khoa học máy tính bao gồm một nhóm các thiết bị lưu trữ và chia sẻ tập tin chung. Mỗi người tham gia (nút/node) 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 trao đổi tiền điện tử 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 kết nối người cho vay và 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 cốt lõi của hầu hết các loại tiền điện tử, chiếm một phần lớn trong ngành công nghiệp blockchain. Tuy nhiên, chúng cũng được tận dụng 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 liên ngân hàng (IPFS).

2. Phân loại mạng ngang hàng P2P

Mạng P2P có thể được phân loại thành ba loại chính dựa trên cấu trúc và cơ chế hoạt động của chúng:

Mạng P2P không cấu trúc (Unstructured P2P)

Trong loại mạng này, các nút kết nối với nhau một cách ngẫu nhiên mà không có một cấu trúc cụ thể nào. Việc tìm kiếm tài nguyên có thể khó khăn và mất thời gian hơn vì các dữ liệu được phân phối ngẫu nhiên giữa các nút. Tuy nhiên, mạng không cấu trúc có ưu điểm là dễ mở rộng và không phụ thuộc vào bất kỳ nút nào, giúp hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi một số nút bị hỏng.

Mạng P2P có cấu trúc (Structured P2P)

Mạng này tổ chức các nút theo một cấu trúc cụ thể, thường là thông qua các thuật toán phân tán như DHT (Distributed Hash Table). Điều này giúp tăng cường hiệu quả tìm kiếm và định vị dữ liệu trong mạng, nhưng lại yêu cầu cấu trúc phức tạp hơn và quản lý chặt chẽ để duy trì tính toàn vẹn của hệ thống.

Mạng P2P lai (Hybrid P2P)

Đây là sự kết hợp giữa mô hình P2P và mô hình máy chủ - khách. Một máy chủ trung tâm có thể quản lý kết nối giữa các nút, nhưng dữ liệu vẫn được chia sẻ trực tiếp giữa các thiết bị ngang hàng. Mô hình này thường được sử dụng trong các hệ thống như BitTorrent, nơi máy chủ trung tâm chỉ đóng vai trò như một tracker để quản lý thông tin kết nối, trong khi việc trao đổi dữ liệu diễn ra trực tiếp giữa các thiết bị.

3. P2P hoạt động như thế nào?

Về bản chất, một hệ thống P2P được duy trì bởi một mạng lưới người dùng phân tán. Thông thường, họ không có quản trị viên trung tâm hoặc máy chủ vì mỗi nút giữ một bản sao của các tệp - đóng vai trò là máy khách và máy chủ cho các nút khác. Do đó, mỗi nút có thể tải xuống các tệp từ các nút khác hoặc tải tệp lên chúng. Đây là điểm khác biệt của các mạng P2P với các hệ thống máy chủ-máy khách truyền thống hơn, trong đó các thiết bị khách tải xuống các tệp từ một máy chủ tập trung.

Trên mạng P2P, 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 trung gian 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 đã cho, họ có thể đóng vai trò là nguồn của tệp đó.

Khi một nút hoạt động như một máy khách, họ tải xuống các tệp từ các nút mạng khác. Nhưng khi họ làm việc như một máy chủ, họ là nguồn mà các nút khác có thể tải xuống các tệp. Tuy nhiên, trên thực tế, cả hai chức năng có thể được thực thi cùng một lúc (ví dụ: tải xuống tệp A và tải lên tệp B).

Vì mỗi nút lưu trữ, truyền và nhận tệp, mạng P2P có xu hướng nhanh hơn và hiệu quả hơn khi cơ sở 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, các mạng P2P không có một điểm thất bại duy nhất.

Mạng P2P không cấu trúc

Các mạng P2P không có cấu trúc không trình bày bất kỳ tổ chức cụ thể nào của các nút. Những người tham gia giao tiếp ngẫu nhiên với nhau. Các hệ thống này mạnh mẽ chống lại hoạt động khuấy đảo cao (nghĩa là, một số nút thường xuyên tham gia và rời khỏi mạng).

Mặc dù dễ xây dựng hơn nhưng các mạng P2P không có cấu trúc có thể yêu cầu sử dụng bộ nhớ và CPU cao hơn vì các truy vấn tìm kiếm được gửi đến số lượng cao nhất có thể. Điều này có xu hướng tràn ngập mạng với các truy vấn, đặc biệt nếu một số lượng nhỏ các nút cung cấp nội dung mong muốn.

Mạng P2P có cấu trúc

Ngược lại, các mạng P2P có cấu trúc trình bày 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 tạo điều kiện cho việc tra cứu cơ sở dữ liệu.

Mạng P2P lai

Mạng P2P lai kết hợp mô hình máy khách-máy chủ thông thường với một số khía cạnh của kiến trúc ngang hàng. Ví dụ, nó có thể thiết kế một máy chủ trung tâm tạo điều kiện kết nối giữa các đồng nghiệp. Khi so sánh với hai loại còn lại, các mô hình lai có xu hướng trình bày hiệu suất tổng thể được cải thiện. Họ thường kết hợp một số ưu điểm chính của từng phương pháp, đạt được mức độ hiệu quả và phân cấp đáng kể đồng thời.

4. 5 ưu điểm của P2P

Khởi tạo mạng

Mạng P2P dễ dàng được khởi tạo mà không cần đến cơ sở hạ tầng phức tạp. Chỉ cần kết nối các thiết bị với nhau là có thể tạo thành một mạng ngang hàng mà không cần đến các máy chủ trung tâm. Điều này giúp giảm chi phí triển khai và duy trì hệ thống.

Chia sẻ tài nguyên

Một trong những ưu điểm lớn nhất của mạng P2P là khả năng chia sẻ tài nguyên giữa các nút mạng. Thay vì phụ thuộc vào một nguồn tài nguyên duy nhất, P2P cho phép các thiết bị trong mạng chia sẻ băng thông, dung lượng lưu trữ, và dữ liệu với nhau. Điều này không chỉ tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mà còn tăng cường tính sẵn sàng và ổn định của hệ thống.

Phân phối công việc

Mạng P2P cho phép phân phối công việc một cách linh hoạt giữa các nút. Các tác vụ lớn có thể được chia nhỏ và xử lý song song trên nhiều nút, tăng hiệu quả xử lý và giảm thời gian thực hiện. Ví dụ, trong các mạng P2P sử dụng DHT, việc tìm kiếm và lưu trữ dữ liệu có thể được phân phối đều giữa các nút, giúp tối ưu hóa việc truy xuất thông tin.

Tìm kiếm và định vị

Trong các mạng P2P có cấu trúc, việc tìm kiếm và định vị tài nguyên được thực hiện hiệu quả thông qua các thuật toán phân tán. DHT là một trong những công nghệ nổi bật trong việc quản lý dữ liệu phân tán, cho phép các nút tìm kiếm thông tin một cách nhanh chóng mà không cần thông qua một máy chủ trung tâm. Điều này giúp mạng P2P trở nên linh hoạt và mạnh mẽ hơn trong việc xử lý các yêu cầu tìm kiếm dữ liệu.

Đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật

Mạng P2P có khả năng bảo vệ dữ liệu thông qua các cơ chế mã hóa và kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu. Do dữ liệu được phân tán trên nhiều nút, việc xâm nhập và đánh cắp dữ liệu trở nên khó khăn hơn so với các hệ thống tập trung. Ngoài ra, các mạng P2P hiện đại thường sử dụng các giao thức bảo mật tiên tiến để đảm bảo rằng dữ liệu được truyền tải một cách an toàn và bảo mật.

6. Hạn chế của mạng P2P

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng 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 cung cấp bảo mật tăng lên, nó làm giảm đáng kể hiệu quả và là một trong những trở ngại chính khi nói đến khả năng mở rộng và áp dụng 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 nhân rộng. Các ví dụ nổi bật bao gồm Lightning Network, Ethereum Plasma và giao thức Mimblewimble.
Một hạn chế tiềm năng khác liên quan đến các cuộc tấn công có thể phát sinh trong các sự kiện hard fork. Vì hầu hết các chuỗi khối là phi tập trung và nguồn mở, 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. Dĩa cứng là hoàn toàn bình thường và không phải là một mối đe dọa trên chính họ. Nhưng nếu các phương thức bảo mật nhất định không được áp dụng đúng cách, cả hai chuỗi có thể trở nên dễ bị tấn công lại.
Hơn nữa, bản chất phân tán của các 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.

5. Những ngành dịch vụ áp dụng mạng P2P là gì?

Mạng P2P đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành dịch vụ, bao gồm:

Chia sẻ tệp tin: Các dịch vụ như BitTorrent sử dụng mạng P2P để phân phối tệp tin một cách hiệu quả, cho phép người dùng tải xuống các tệp lớn nhanh chóng bằng cách nhận dữ liệu từ nhiều nguồn cùng một lúc. Đây là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của mạng P2P.
Tiền điện tử: Bitcoin và các loại tiền điện tử khác dựa trên công nghệ blockchain, một dạng mạng P2P, để thực hiện các giao dịch mà không cần sự can thiệp của bên thứ ba như ngân hàng. Hệ thống P2P giúp đảm bảo tính phi tập trung và bảo mật của các giao dịch tiền điện tử.
Truyền thông trực tuyến: Các ứng dụng truyền thông như Skype từng sử dụng P2P để kết nối các cuộc gọi video và âm thanh trực tiếp giữa người dùng mà không cần máy chủ trung tâm. Điều này giúp tăng cường chất lượng dịch vụ và giảm thiểu độ trễ trong kết nối.
Điện toán đám mây phân tán: Một số dịch vụ đám mây sử dụng P2P để phân phối tài nguyên tính toán, lưu trữ, và băng thông, cho phép người dùng chia sẻ tài nguyên máy tính của mình với người khác. Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và giảm chi phí cho các dịch vụ đám mây.
Phát video trực tuyến: Một số nền tảng phát video trực tuyến sử dụng công nghệ P2P để giảm tải cho máy chủ trung tâm bằng cách cho phép người xem chia sẻ băng thông với nhau. Điều này giúp cải thiện chất lượng phát video và giảm chi phí băng thông cho nhà cung cấp dịch vụ.