Mạng ngang hàng (P2P) là gì?

Trong lĩnh vực khoa học máy tính, mạng ngang hàng bao gồm một nhóm thiết bị có thể lưu trữ và chia sẻ tệp. Mỗi người tham gia (nút) đều tương đương với một cá thể ngang hàng. Điều này có nghĩa là tất cả các nút đều có quyền lợi như nhau và thực hiện các nhiệm vụ giống nhau.

Trong lĩnh vực công nghệ tài chính (fintech), P2P thường đề cập đến việc giao dịch tiền kỹ thuật số hoặc tài sản kỹ thuật số thông qua mạng phân tán. Một nền tảng P2P cho phép người mua và người bán giao dịch trực tiếp mà không cần trung gian. Một số trang web cũng có thể cung cấp môi trường giao dịch P2P cho người cho vay và người đi vay.

Kiến trúc P2P phù hợp với nhiều tình huống khác nhau, nhưng nó thực sự trở nên phổ biến vào những năm 1990 khi chương trình chia sẻ tệp đầu tiên ra đời. Ngày nay, mạng ngang hàng đã trở thành cốt lõi của hầu hết các loại tiền kỹ thuật số, chiếm một phần lớn trong ngành công nghiệp blockchain. Tuy nhiên, nó cũng được sử dụng trong nhiều chương trình máy tính phân tán khác, bao gồm: công cụ tìm kiếm web, nền tảng phát trực tuyến, thị trường trực tuyến và giao thức mạng Hệ thống tệp liên hành tinh (IPFS).

Cách hoạt động của P2P

Về bản chất, hệ thống P2P được duy trì bởi người dùng trong một mạng phân tán. Thông thường, chúng không có quản trị viên hệ thống trung tâm hoặc máy chủ vì mỗi nút đều lưu giữ một bản sao của tệp—đóng vai trò vừa là người dùng vừa là máy chủ cho các nút khác. Do đó, mỗi nút có thể tải tệp từ hoặc tải tệp lên các nút khác. Trong khi đó, thiết bị khách trong hệ thống máy chủ truyền thống cần tải tệp từ máy chủ trung tâm, đây chính là điểm khác biệt giữa mạng P2P và các hệ thống dịch vụ truyền thống khác.

Trong mạng P2P, các tệp được chia sẻ bởi thiết bị kết nối được lưu trữ trên ổ cứng của chúng. Ứng dụng phần mềm được sử dụng để truyền dữ liệu chia sẻ, và người dùng cũng có thể tìm và tải tệp từ các thiết bị khác. Nếu một người dùng tải xuống một tệp cụ thể, họ có thể trở thành nguồn cung cấp tệp đó.

Nói cách khác, khi một nút đóng vai trò là người dùng, nó sẽ tải tệp từ các nút khác. Nhưng nếu nó hoạt động như một máy chủ, các nút khác có thể tải tệp từ nó. Trên thực tế, hai chức năng này có thể được thực hiện đồng thời (ví dụ: tải tệp A và tải lên tệp B).

Vì mỗi nút đều có thể lưu trữ, truyền và nhận tệp, và khi cộng đồng người dùng mạng P2P phát triển, nó trở nên nhanh hơn và hiệu quả hơn. Cấu trúc phân tán cũng giúp hệ thống P2P chống lại các cuộc tấn công mạng tốt hơn. Khác với mô hình truyền thống, mạng P2P không có điểm lỗi duy nhất.

Dựa trên cấu trúc, hệ thống P2P có thể được phân loại thành ba loại chính: mạng ngang hàng không cấu trúc, mạng ngang hàng có cấu trúc và mạng ngang hàng lai.

Mạng ngang hàng không cấu trúc

Mạng ngang hàng không cấu trúc không thể hiện kiến trúc cụ thể của các nút. Người tham gia có thể giao tiếp tự do. Những hệ thống này chịu được hoạt động tần suất cao, nghĩa là việc các nút thường xuyên tham gia hoặc rời khỏi mạng sẽ không ảnh hưởng đến hệ thống.

Mặc dù mạng ngang hàng không cấu trúc tương đối dễ thiết lập, nhưng nó đòi hỏi CPU và bộ nhớ mạnh hơn vì các truy vấn tìm kiếm được gửi đến nhiều nút ngang hàng nhất. Đặc biệt, nếu chỉ một số ít nút có thể cung cấp nội dung cần thiết, một lượng lớn tìm kiếm sẽ tràn vào mạng.

Mạng ngang hàng có cấu trúc

Khác với mạng ngang hàng không cấu trúc, mạng ngang hàng có cấu trúc thể hiện một kiến trúc tổ chức cho phép các nút tìm kiếm tệp hiệu quả, ngay cả khi nội dung tệp không được sử dụng rộng rãi. Trong hầu hết các trường hợp, tìm kiếm được thực hiện bằng cách sử dụng hàm băm để hỗ trợ tra cứu cơ sở dữ liệu.

Tương đối mà nói, mạng ngang hàng có cấu trúc hiệu quả hơn vì nó thể hiện mức độ tập trung cao hơn và yêu cầu nhiều vốn ban đầu cũng như chi phí bảo trì hơn. Ngoài ra, mạng ngang hàng có cấu trúc kém chịu được hoạt động tần suất cao.

Mạng ngang hàng lai

Mạng ngang hàng lai kết hợp một số đặc điểm của kiến trúc máy chủ - máy khách truyền thống và kiến trúc ngang hàng. Ví dụ, nó có thể thiết lập một máy chủ trung tâm để tăng tốc kết nối giữa các nút.

Khác với hai mô hình còn lại, mạng ngang hàng lai có xu hướng thể hiện hiệu suất tổng thể được cải thiện. Nó kết hợp ưu điểm của từng phương pháp, đồng thời đạt được hiệu quả và phi tập trung.

Phân tán vs. Phi tập trung

Mặc dù cấu trúc ngang hàng đều là phân tán, nhưng mức độ phi tập trung của chúng lại khác nhau. Do đó, không phải tất cả các mạng ngang hàng đều phi tập trung.

Trên thực tế, nhiều hệ thống cần một cơ quan trung ương để hướng dẫn hoạt động mạng, khiến chúng ít nhiều mang tính tập trung. Ví dụ, một số hệ thống chia sẻ tệp ngang hàng cho phép người dùng tìm kiếm và tải tệp từ người dùng khác, nhưng họ không thể tham gia vào các quy trình như quản lý truy vấn tìm kiếm.

Hơn nữa, một số mạng nhỏ bị kiểm soát bởi một số ít người dùng cũng có thể được coi là tập trung cao, mặc dù chúng có thể không có cơ sở hạ tầng tập trung.

Vai trò của P2P trong blockchain

Vào những ngày đầu của Bitcoin, Satoshi Nakamoto đã định nghĩa nó là một "hệ thống tiền điện tử ngang hàng". Bitcoin xuất hiện như một dạng tiền điện tử. Thông qua mạng ngang hàng, nó có thể được chuyển giữa hai người dùng bằng cách sử dụng sổ cái phân tán, cụ thể là: blockchain.

Trong blockchain, kiến trúc ngang hàng cho phép Bitcoin và các loại tiền kỹ thuật số khác được chuyển đi khắp thế giới mà không cần trung gian hoặc bất kỳ máy chủ trung tâm nào. Bất kỳ người dùng nào muốn tham gia vào quy trình xác thực khối đều có thể thiết lập một nút Bitcoin.

Do đó, không có bước ngân hàng hoặc ghi chép giao dịch trong mạng Bitcoin. Thay vào đó, blockchain hoạt động như một sổ cái điện tử công khai ghi lại tất cả các hoạt động giao dịch. Về cơ bản, mỗi nút đều có một bản sao của blockchain và so sánh nó với các nút khác để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Mạng Bitcoin có thể nhanh chóng loại bỏ các lỗi và hoạt động độc hại.

Các nút trong blockchain có thể đảm nhận nhiều vai trò khác nhau. Ví dụ, các nút đầy đủ (full node) xác thực giao dịch thông qua các quy tắc đồng thuận, đảm bảo an ninh mạng.

Mỗi nút đầy đủ duy trì một bản sao blockchain hoàn chỉnh và được cập nhật—cho phép các bản sao này cùng nhau xác minh trạng thái thực của sổ cái phân tán. Cần lưu ý rằng không phải tất cả các nút xác thực đều là thợ đào.

Ưu điểm

Kiến trúc ngang hàng của blockchain có nhiều ưu điểm. Quan trọng hơn, so với kiến trúc máy chủ - máy khách truyền thống, mạng ngang hàng có tính bảo mật cao hơn. Hầu hết các nút gần như kháng lại các cuộc tấn công "Từ chối dịch vụ (DoS)" vốn gây hại cho nhiều hệ thống.

Tương tự, vì việc thêm dữ liệu vào blockchain yêu cầu sự đồng thuận của đa số nút, nên kẻ tấn công gần như không thể thay đổi dữ liệu, đặc biệt là trong các mạng lớn như Bitcoin. Tuy nhiên, các blockchain nhỏ hơn lại dễ bị tấn công vì một cá nhân hoặc tổ chức thường kiểm soát một số lượng lớn nút (được gọi là tấn công 51%).
Do đó, với điều kiện đa số nút đồng thuận, mạng ngang hàng phân tán giúp blockchain kháng lại các cuộc tấn công mạng độc hại tốt hơn. Mô hình ngang hàng là lý do chính khiến mạng Bitcoin đạt được "khả năng chịu lỗi Byzantine".

Ngoài bảo mật, kiến trúc ngang hàng giúp blockchain tiền kỹ thuật số tránh được sự kiểm duyệt của cơ quan trung ương. Không giống như tài khoản ngân hàng thông thường, ví tiền kỹ thuật số không thể bị chính phủ đóng băng hoặc tịch thu. Quy trình thanh toán cá nhân và nền tảng nội dung cũng có thể tránh được kiểm duyệt tương ứng. Một số thương gia trực tuyến đã áp dụng phương thức thanh toán bằng tiền kỹ thuật số để tránh sự can thiệp của bên thứ ba vào thanh toán của họ.

Hạn chế

Mặc dù có những ưu điểm trên, việc sử dụng mạng P2P trong blockchain cũng có một số hạn chế.

Vì sổ cái phân tán phải được cập nhật trên mọi nút, việc thêm giao dịch vào blockchain yêu cầu sức mạnh tính toán khổng lồ. Mặc dù điều này nâng cao bảo mật, nhưng nó cũng làm giảm đáng kể hiệu suất và trở thành một trong những rào cản chính đối với khả năng mở rộng và phổ biến của mạng blockchain. Tuy nhiên, các nhà mật mã học và nhà phát triển blockchain đang nghiên cứu các giải pháp thay thế để giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng. Một số ví dụ đáng chú ý bao gồm "Mạng Lightning", "Ethereum Plasma" và "Giao thức Mimblewimble".

Một hạn chế tiềm ẩn khác là các cuộc tấn công có thể xảy ra trong quá trình hard fork. Vì hầu hết các blockchain đều phi tập trung và mã nguồn mở, các nút có thể tự do sao chép và sửa đổi mã, tách khỏi chuỗi chính để tạo thành các mạng song song mới. Hard fork là hoàn toàn bình thường và không gây ra mối đe dọa. Tuy nhiên, nếu không áp dụng các biện pháp bảo mật phù hợp, cả hai chuỗi đều có thể bị ảnh hưởng bởi các cuộc tấn công replay.

Ngoài ra, tính chất phân tán của mạng P2P khiến chúng tương đối khó kiểm soát và quản lý. Vấn đề này không chỉ giới hạn trong blockchain; một số ứng dụng và công ty P2P cũng liên quan đến các hoạt động bất hợp pháp như vi phạm bản quyền.

Kết luận

Kiến trúc ngang hàng có thể được phát triển và áp dụng theo nhiều cách khác nhau, và vai trò trung tâm của nó trong blockchain đã thúc đẩy sự ra đời của tiền kỹ thuật số. Bằng cách phân phối sổ cái giao dịch trên một mạng lưới lớn các nút, kiến trúc ngang hàng mang lại những lợi ích như bảo mật, phi tập trung và khả năng chống kiểm duyệt.

Bên cạnh những ưu điểm trong công nghệ blockchain, hệ thống P2P cũng có thể được áp dụng cho các lĩnh vực ứng dụng máy tính phân tán khác, từ mạng chia sẻ tệp đến nền tảng giao dịch năng lượng.