شبکه نظیر به نظیر یا همان P2P ساختاری ویژه در دنیای کامپیوتر و فناوری اطلاعات دارد که در آن دستگاه‌ها یا نودها (گره‌ها) به طور مستقیم با یکدیگر در ارتباط هستند. در این مقاله به بررسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب شبکه‌های همتا به همتا خواهیم پرداخت.
در علوم کامپیوتر، شبکه نظیر به نظیر (Peer to Peer) متشکل از مجموعه‌ای از دستگاه‌ها است که به طور مشترک داده‌ها را ذخیره و به اشتراک می‌گذارند. هر شرکت‌کننده یا نود، به عنوان یک واحد مستقل عمل می‌کند و معمولاً تمام گره‌ها از نظر وظایف و سطح دسترسی جایگاه یکسانی دارند—هرچند در برخی شبکه‌های P2P ممکن است تفاوت‌هایی در قدرت و کارکرد نودها وجود داشته باشد.
در حوزه فناوری مالی نیز کاربرد شبکه‌های P2P چشمگیر است. در این حوزه، اصطلاح همتا به همتا به تبادل دارایی‌های دیجیتال یا کریپتوکارنسی میان کاربران، بدون نیاز به واسطه‌هایی مثل بانک‌ها یا کارگزاری‌ها اشاره می‌کند. در پلتفرم‌های مالی P2P، خریداران و فروشندگان می‌توانند مستقیماً با یکدیگر معامله کنند. گاهی این مدل برای ایجاد ارتباط مستقیم میان وام‌دهندگان و وام‌گیرندگان نیز استفاده می‌شود—مثالی از این کارکرد را می‌توان در بخش «دیفای» (DeFi: سیستم مالی غیرمتمرکز) مشاهده کرد، جایی که قراردادهای هوشمند و پلتفرم‌های P2P ساختار جدیدی را به تعاملات مالی ارائه می‌دهند.
معماری همتا به همتا (P2P) بسته به موقعیت، می‌تواند کاربردهای متعددی داشته باشد و در زمینه‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، آغاز محبوبیت شبکه‌های P2P به دهه ۱۹۹۰ و زمان ساخت اولین برنامه‌های اشتراک‌گذاری فایل بازمی‌گردد. امروزه این نوع معماری، هسته اصلی بسیاری از ارزهای دیجیتال را تشکیل می‌دهد؛ به طوری که معماری بخش مهمی از پروژه‌های بلاک چین بر پایه مدل نظیر به نظیر استوار شده است.
جالب است بدانید حتی در دهه سوم قرن ۲۱، همچنان شاهد بهره‌گیری گسترده از مدل P2P در سایر حوزه‌های محاسبات توزیع‌شده هستیم؛ مواردی مانند موتورهای جستجو، سرویس‌های استریمینگ، بازارهای آنلاین و به ویژه پروتکل وب سیستم پرونده بین سیاره‌ای (IPFS) همگی مثالی از تداوم این روند هستند. این مسئله نشان می‌دهد شبکه‌های همتا به همتا همچنان در علم کامپیوتر جایگاه مهم و کاربرد وسیعی دارند و جدایی‌ناپذیر از اکوسیستم فناوری اطلاعات محسوب می‌شوند. به دلیل نقش کلیدی مدل P2P در بلاک چین و دنیای رمزارزها، بررسی و شناخت آن اهمیت زیادی دارد.
شبکه نظیر به نظیر (P2P) چطور کار می‌کند؟
در مدل همتا به همتا، شبکه توسط کاربران توزیع شده و مستقل نگهداری می‌شود. برخلاف سیستم‌های متداول کلاینت سرور که یک سرور مرکزی مسئول ذخیره و ارائه فایل‌ها به کلاینت‌ها است، در معماری P2P سرور مرکزی وجود ندارد. هر گره یا نود عضو شبکه، یک نسخه از فایل‌ها را در اختیار دارد و همزمان می‌تواند نقش کلاینت و سرور را ایفا کند. یعنی هر گره قادر است هم فایل‌هایی را از سایر گره‌ها دریافت (دانلود) کند، هم فایل‌هایی را در اختیار آن‌ها قرار دهد (آپلود نماید). این ساختار توزیع‌شده باعث حذف وابستگی به یک مرکز واحد شده و تفاوت اصلی شبکه نظیر به نظیر با مدل سنتی کلاینت سرور را رقم می‌زند.
در شبکه‌های نظیر به نظیر، دستگاه‌های متصل فایل‌های ذخیره‌شده روی هارد درایو‌های خود را با سایر اعضای شبکه به اشتراک می‌گذارند. برای انجام این کار، کاربران از نرم‌افزارهایی استفاده می‌کنند که به عنوان واسطه یا رابط برای به‌اشتراک‌گذاری و بازیابی داده طراحی شده‌اند. این نرم‌افزارها به کاربران امکان می‌دهند تا درخواست (Query) ارسال کرده و فایل مورد نظرشان را در میان دستگاه‌های دیگر شبکه جستجو و دانلود کنند. وقتی کاربری یک فایل را از دیگران دریافت کرد، خودش نیز به یک منبع برای فایل مذکور تبدیل می‌شود و سایر کاربران می‌توانند آن فایل را از او هم دانلود کنند.
به طور خلاصه، نودها یا همان گره‌های یک شبکه همتا به همتا، گاهی به عنوان کلاینت (هنگام دانلود فایل از دیگران) و گاهی به عنوان سرور (هنگام فراهم کردن فایل برای دانلود دیگران) عمل می‌کنند. در عمل، هر نود می‌تواند به طور همزمان هر دو نقش را بر عهده بگیرد؛ برای مثال، فایل A را از یک گره دیگر دریافت و همزمان فایل B را برای گره‌های دیگر ارسال کند.
ویژگی مهم دیگر این سیستم‌ها این است که هر چه تعداد اعضای شبکه بیشتر شود، قدرت و کیفیت عملکرد شبکه به جای کاهش، افزایش پیدا می‌کند. همچنین ساختار توزیع‌شده شبکه‌های P2P، باعث مقاومت بیشتر آن‌ها در برابر حملات سایبری می‌شود، چرا که مانند معماری کلاینت سرور، نقطه شکست منفرد (Single Point of Failure) وجود ندارد و حذف یا آسیب به یک گره، کل شبکه را مختل نمی‌کند.
سیستم‌های P2P می‌توانند بر اساس نوع معماری‌شان به سه دسته‌بندی اصلی تقسیم شوند: بدون ساختار (Unstructured)، ساختاریافته (Structured) و هیبریدی (Hybrid). در ادامه به توضیح این سه مدل خواهیم پرداخت.
شبکه نظیر به نظیر بدون ساختار (Unstructured)
در شبکه‌های همتا به همتای بدون ساختار، هیچ سازمان یا نظم خاصی بین گره‌ها وجود ندارد و شرکت‌کنندگان به‌صورت تصادفی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. این نوع شبکه P2P در مقابل رفتار ناپایدار نودها هنگام ورود و خروج از شبکه بسیار مقاوم است؛ به عبارت دیگر، اگر گره‌ها به طور مداوم به شبکه وارد یا از آن خارج شوند، کارایی شبکه چندان تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.
راه‌اندازی یک شبکه نظیر به نظیر بدون ساختار ساده‌تر است؛ اما به دلیل ارسال کوئری‌های جستجو برای پیدا کردن اطلاعات به حداکثر تعداد گره‌های ممکن، به منابع سخت‌افزاری بیشتری نیاز دارد و پردازش شبکه سنگین‌تر خواهد شد. به ویژه اگر تنها تعداد کمی از نودها داده یا فایل مورد نظر را داشته باشند، شبکه ناچار است حجم زیادی از درخواست‌ها را برای یافتن آن محتوا ارسال کند که باعث افزایش بار پردازشی و مصرف منابع می‌شود.
شبکه P2P ساختار یافته (Structured)
در شبکه نظیر به نظیر ساختار یافته، معماری شبکه منظم و سازمان‌دهی‌شده است. این ساختار باعث می‌شود جستجوی فایل‌ها کارآمدتر باشد، حتی اگر محتوای مورد نظر فقط روی تعداد کمی از گره‌ها قرار داشته باشد. معمولاً برای بهبود جستجو و افزایش سرعت یافتن داده‌ها، از توابع هش (Hash Function) استفاده می‌شود تا پیمایش و جستجو در پایگاه داده شبکه آسان‌تر و سریع‌تر انجام شود.
شبکه‌های همتا به همتای ساختار یافته اغلب از نظر جستجو و مدیریت اطلاعات کارآمدتر هستند، اما یک نقطه ضعف دارند: در این نوع شبکه‌ها میزان تمرکز تا حدی بالاتر است و ویژگی غیرمتمرکز بودن کمی تضعیف می‌شود. همچنین راه‌اندازی و نگهداری این مدل از شبکه‌ها پیچیده‌تر و پر هزینه‌تر است. از سوی دیگر، اگر رفتار نودها در ورود و خروج از شبکه نامنظم باشد، این نوع شبکه P2P نسبت به شبکه‌های بدون ساختار آسیب‌پذیرتر هستند و پایداری کمتری در برابر تغییر ترکیب اعضا دارند.
شبکه همتا به همتا هیبریدی (Hybrid)
در شبکه‌های P2P هیبریدی، مدل سنتی کلاینت سرور با ویژگی‌های معماری همتا به همتا ترکیب شده است. به عنوان مثال، ممکن است یک سرور مرکزی در کنار نودهای پراکنده وجود داشته باشد تا هماهنگی و تسهیل ارتباط بین آن‌ها را برعهده بگیرد.
مقایسه این نوع شبکه با دو دسته دیگر (ساختار یافته و بدون ساختار) نشان‌دهنده بهبود کلی عملکرد است، چرا که در مدل هیبریدی، نقاط قوت هر دو رویکرد به کار گرفته می‌شود. نتیجه این ترکیب، دستیابی به سطوح بالاتری از کارآمدی همراه با حفظ میزان مناسبی از عدم تمرکز در شبکه است.
تفاوت غیرمتمرکز با توزیع‌شده
اگرچه معماری نظیر به نظیر (P2P) ذاتاً توزیع‌شده است، اما باید توجه داشت که درجات مختلفی از تمرکززدایی وجود دارد؛ به عبارت دیگر، همه شبکه‌های P2P الزاماً غیرمتمرکز نیستند.
در بسیاری از سیستم‌ها، فعالیت‌های شبکه نیازمند هدایت یک مرجع یا نهاد مرکزی است. برای مثال، برخی سرویس‌های اشتراک فایل P2P به کاربران اجازه جستجو و دانلود فایل از سایر اعضا را می‌دهند، اما کاربران در دیگر فرآیندها مثل مدیریت درخواست‌های جستجو (Query) نقشی ندارند. بنابراین، هرچند اعضای شبکه می‌توانند همزمان نقش سرور و کلاینت را ایفا کنند، اما اختیارات آن‌ها محدود است و بخش‌هایی از شبکه همچنان به شکل متمرکز مدیریت می‌شود.
علاوه بر این، شبکه‌های P2P کوچک که توسط جامعه‌ای محدود و با اهداف مشترک کنترل می‌شوند، سطح تمرکز بالاتری دارند—even اگر معماری زیرساختی متمرکز نداشته باشند. به این ترتیب، باید میان توزیع‌شدگی (Distributed) و عدم تمرکز (Decentralized) تمایز قائل شد و هر شبکه P2P را لزوماً کاملاً غیرمتمرکز تلقی نکرد.
نقش مدل نظیر به نظیر 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) معرفی کرد. بیت کوین به عنوان اولین ارز دیجیتال رمزنگاری شده، شکل دیجیتالی پول را به دنیا معرفی کرد که می‌توان آن را مستقیماً از طریق یک شبکه همتا به همتا از یک کاربر به کاربر دیگر ارسال کرد.
این شبکه P2P مدیریت دفتر کل توزیع شده‌ای به نام بلاک چین را بر عهده دارد. به زبان ساده، بلاک چین فناوری زیربنایی ارزهای دیجیتال است و در واقع نوعی پایگاه داده با ساختار خاص و متفاوت محسوب می‌شود. در شبکه بیت کوین این پایگاه داده وظیفه ثبت و ذخیره‌سازی اطلاعات تراکنش‌ها را بر عهده دارد.
معماری نظیر به نظیر که بخش جدانشدنی بیشتر سیستم‌های مبتنی بر بلاک چین است، به بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال غیرمتمرکز این امکان را می‌دهد که در سطح جهانی، بدون نیاز به سرور مرکزی یا واسطه‌ها، بین کاربران جابجا شوند. هر کاربری فقط با نصب یک نرم‌افزار می‌تواند به عنوان نود بیت کوین فعالیت کند و در ساخت و افزودن بلاک‌های جدید شامل تراکنش‌ها به پایگاه داده نقش داشته باشد.
در شبکه بیت کوین هیچ بانک یا نهاد مرکزی برای پردازش و ثبت معاملات وجود ندارد. بلاک چین یک دفتر کل دیجیتال است که تمام سوابق تراکنش‌ها را ثبت می‌کند. اگر نودی فول نود باشد، یک نسخه کامل از بلاک چین را نگه می‌دارد. این گره‌ها مرتباً نسخه پایگاه داده‌شان را با هم مقایسه می‌کنند تا از درستی اطلاعات مطمئن شوند و فعالیت‌های نادرست یا خرابکارانه به سرعت از سوی شبکه رد می‌شود، چون ساختار غیرمتمرکز و همتا به همتا، اجازه اعمال نفوذ یا دستکاری را به هیچ مرجعی نمی‌دهد.
در بلاک چین‌های مربوط به ارزهای دیجیتال، گره‌ها می‌توانند نقش‌های مختلفی داشته باشند. برای مثال، فول نودها از طریق تأیید تراکنش‌ها امنیت و اعتبار شبکه P2P را تضمین می‌کنند و با نگهداری نسخه به‌روز از بلاک چین، در صحت‌سنجی و جلوگیری از تراکنش‌های تقلبی نقش دارند. همه فول نودها الزاماً ماینر نیستند و ممکن است در فرایند استخراج بیت کوین شرکت نداشته باشند.
مزایا و معایب شبکه‌های P2P
چرا باید از معماری همتا به همتا (P2P) در یک شبکه استفاده کنیم؟ پیاده‌سازی مدل P2P چه مزیت‌هایی دارد و چه معایبی ممکن است آن را برای بعضی کاربردها نامناسب کند؟ در این بخش با نگاه ویژه به کاربرد P2P در حوزه بلاک چین و ارزهای دیجیتال، به بررسی این موضوع می‌پردازیم؛ البته این نکات را می‌توان به سایر حوزه‌های فناوری هم تعمیم داد.
مزایای شبکه نظیر به نظیر
معماری همتا به همتا (P2P) در بلاک چین‌ها چندین مزیت کلیدی دارد:
-
امنیت بالاتر: ساختار توزیع‌شده شبکه‌های P2P باعث مقاومت زیاد در برابر حملات سایبری مخصوصاً حملات DoS می‌شود، چون خبری از سرور مرکزی نیست که بتوان با اشباع آن کل شبکه را مختل کرد. در مقابل، سیستم‌های متمرکز در برابر این نوع حملات آسیب‌پذیر هستند.
-
مقاومت در برابر دستکاری و حمله: برای دستکاری داده‌های بلاک چین، مهاجم باید اکثریت قدرت شبکه (بیش از 50 درصد هش ریت یا گره‌ها) را در اختیار بگیرد؛ این کار که اتک ۵۱ درصد نام دارد، برای شبکه‌های بزرگ مانند بیت کوین تقریباً غیرممکن است. همین الزام اجماع باعث می‌شود شبکه پایداری و اطمینان بالایی داشته باشد.
-
تحمل خطای بیزانس: مدل اجماع در یک شبکه P2P باعث می‌شود بلاک چین‌ها بتوانند فعالیت‌های مخرب را با موفقیت دفع کنند و امنیت جمعی شبکه حفظ شود.
-
مصونیت در برابر سانسور و مصادره: برخلاف حساب‌های بانکی، کیف پول‌های ارز دیجیتال توسط دولت‌ها یا شرکت‌ها مسدود نمی‌شوند و دارایی کاربران قابل مصادره نیست. این موضوع باعث شده خدمات مبتنی بر کریپتو گزینه‌ای جذاب برای افرادی باشد که در معرض ریسک تحریم، سانسور یا مسدود شدن حساب قرار دارند.
در مجموع، امنیت، مقاومت در برابر دستکاری و حذف واسطه‌های متمرکز، باعث شده معماری P2P نقطه قوت اساسی برای بلاک چین‌ها و ارزهای دیجیتال باشد.
معایب شبکه نظیر به نظیر
با وجود مزایای زیاد، معماری همتا به همتا و P2P معایبی دارد که نمی‌توان آن‌ها را نادیده گرفت، به‌ویژه زمانی که این مدل به عنوان زیرساخت بلاک چین استفاده می‌شود:
-
نیاز به توان محاسباتی بالا: چون دفتر کل توزیع شده (بلاک چین) باید در هر گره آپدیت شود، اضافه کردن تراکنش‌های جدید به بلاک چین بسیار پرهزینه و زمان‌بر است. این مسئله امنیت را افزایش می‌دهد، اما موجب کاهش قابل توجه کارایی و ایجاد چالش مقیاس‌پذیری می‌شود. برای مثال، بیت کوین و اتریوم به طور متوسط تنها ۷ و ۲۵ تراکنش در ثانیه انجام می‌دهند، در حالی که سیستم‌های متمرکز بانکی بالای ۱۰ هزار تراکنش در ثانیه را پشتیبانی می‌کنند.
-
مشکل مقیاس‌پذیری: این محدودیت باعث می‌شود بلاک چین‌های بزرگ نتوانند هم‌رده سرویس‌های پرداخت سنتی رقابت کنند. البته راهکارهای لایه دوم یا برون‌زنجیره‌ای مانند لایتنینگ نتورک (Bitcoin) و پالیگان (Ethereum) برای حل این مشکل در حال توسعه‌اند.
-
مسئله هارد فورک‌ها: در صورت هک یا بروز عدم توافق در جامعه کاربران، ممکن است ناچار به اجرای هارد فورک (انشعاب زنجیره) باشند. از آن‌جایی که کد اکثر بلاک چین‌ها باز و غیرمتمرکز است، هر گروه از گره‌ها می‌تواند مسیر خود را جدا کند. این پدیده اگرچه تهدید مستقیم محسوب نمی‌شود، اما اگر مسائل امنیتی به درستی مدیریت نشود، حتی می‌تواند زنجیره اصلی را در معرض خطر قرار دهد؛ برای مثال، آسیب‌پذیری در مقابل حملات اجرای مجدد (Replay Attack).
-
دشواری کنترل و نظارت: مدل توزیع‌شده شبکه‌های P2P کنترل آن‌ها را دشوار می‌کند. این مسئله فقط محدود به بلاک چین نیست و درباره دیگر سیستم‌های P2P هم صدق می‌کند. به همین دلیل، برخی شرکت‌ها و اپلیکیشن‌های مبتنی بر مدل P2P متهم به فعالیت‌های غیرقانونی یا نقض حقوق کپی‌رایت شده‌اند.
در مجموع، هرچند شبکه‌های همتا به همتا مزایای مهمی دارند، اما چالش‌ها و نقاط ضعفشان باعث شده برای برخی کاربردها، به‌ویژه در حوزه‌های تجاری یا مقیاس‌بزرگ، این معماری انتخاب چندان مناسبی نباشد؛ مگر اینکه راهکارهای فنی مطلوب و پیشرفته‌ای برای جبران این نقاط ضعف ارائه شود.
سخن پایانی
معماری همتا به همتا (P2P) قابلیت توسعه و استفاده در حوزه‌های مختلف را دارد، اما دلیل تمرکز ویژه بر این مدل، نقش کلیدی آن در دنیای بلاک چین و ارزهای دیجیتال رمزنگاری شده است. معماری نظیر به نظیر، هسته اصلی شبکه‌های رمزارزی را تشکیل می‌دهد و امکان ایجاد سیستم‌هایی توزیع شده و غیرمتمرکز را فراهم کرده است. توزیع دفتر کل تراکنش‌ها میان تعداد زیادی گره علاوه بر افزایش امنیت، مصونیت در برابر سانسور و عدم تمرکز را نیز ممکن می‌سازد.
شبکه‌های P2P فقط به دنیای کریپتوکارنسی و بلاک چین محدود نمی‌شوند، بلکه در هسته بسیاری از اپلیکیشن‌های دیگر مانند شبکه‌های اشتراک فایل، پلتفرم‌های معامله انرژی و سرویس‌های توزیع‌شده وجود دارند. رشد تمایل کاربران به سمت عدم تمرکز و پایین آمدن اعتماد به نهادهای مرکزی ــ به ویژه پس از وقایعی مثل رسوایی فیس‌بوک و فروش اطلاعات مشتریان ــ باعث شده محبوبیت و استقبال از شبکه‌های همتا به همتا بیش از پیش افزایش یابد.
