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2019年8月5日 星期一

What is a Peer to Peer Network? Blockchain P2P Networks Explained




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對等式網路(peer-to-peer, 簡稱 P2P),又稱對等技術,是無中心伺服器、依靠用戶群(peers)交換資訊的網際網路體系,它的作用在於,減低以往網路傳輸中的節點,以降低資料遺失的風險。

無中心伺服器的對等網路系統

有中心伺服器的中央網路系統

與有中心伺服器的中央網路系統不同,對等網路的每個用戶端,既是一個節點,也有伺服器的功能,任何一個節點,無法直接找到其他節點,必須依靠其戶群進行資訊交流。

P2P 節點能遍布整個網際網路,也給包括開發者在內的任何人、組織、或政府帶來監控難題。P2P在網路隱私要求高,和檔案共用領域中,得到了廣泛的應用。

使用一般型 P2P 技術的網路系統,有比特幣Gnutella,或自由網等。另外,P2P 技術也被使用在類似 VoIP 等,即時媒體業務的資料通訊中。

有些網路(如NapsterOpenNAP,或IRC @find)包括搜尋的一些功能,也使用用戶端-伺服器結構,而使用 P2P 結構,來實現另外一些功能。這種網路設計模型,不同於使用戶端-伺服器模型,在使用戶端-伺服器模型中,通訊通常來往於一個中央伺服器。


歷史
P2P 架構體現了一個網際網路技術的關鍵概念,這一概念被描述在 1969 年 4 月 7 日第一份 RFC 文件「RFC 1,主機軟體」中。在不用中心索引伺服器結構,交換多媒體檔案的大趨勢下,這個概念已經得到廣泛普及。

分類
根據中央化程度
  • 一般型 P2P
    • 節點同時作為使用戶端伺服器端
    • 沒有中心伺服器
    • 沒有中心路由器
    • Gnutella
  • 特殊型 P2P
    • 有一個中心伺服器儲存節點的資訊,並對請求這些資訊的要求做出回應。
    • 節點負責發布這些資訊(因為中心伺服器,並不儲存檔案),讓中心伺服器知道,它們想共用什麼檔案,讓需要它的節點下載其可共用的資源。
    • 路由終端使用位址,透過被一組索引參照來取得絕對位址。
    • 如最原始的Napster
  • 混合型 P2P
    • 同時含有一般型P2P和特殊型P2P的特點。
    • Skype

根據網路拓撲結構
  • 結構 P2P
    • 對等之間互有連結資訊,彼此形成特定規則拓撲結構。
    • 需要請求某資源時,依該拓撲結構規則尋找,若存在則一定找得到。
    • ChordYaCyKademlia
  • 無結構 P2P
    • 對等之間互有連結資訊,彼此形成無規則網狀拓撲結構。
    • 需要請求某資源節點時,以廣播方式尋找,通常會設TTL,即使存在也不一定找得到。
    • 如 Gnutella
  • 鬆散結構 P2P
    • 對等之間互有連結資訊,彼此形成無規則網狀拓撲結構。
    • 需要請求某資源時,依現有資訊推測尋找,介於結構P2P和無結構P2P之間。
    • Freenet

P2P 網路的優勢
P2P 網路的一個重要的目標,就是讓所有的使用端,都能提供資源,包括頻寬,儲存空間和計算能力。因此,當有節點加入,且對系統請求增多,整個系統的容量也增大。

這是具有一組固定伺服器的 Client-Server 結構不能實現的,因為在上述 Client-Server 這種結構中,使用端的增加,意味著所有使用者更慢的資料傳輸。

P2P 網路的分布特性,透過在多節點上複製資料,也增加了防故障的健壯性,並且在一般型 P2P 網路中,節點不需要依靠一個中心,索引伺服器來發現資料。在後一種情況下,系統也不會出現單點崩潰。

當用 P2P 來描述 Napster  網路時,對等協定被認為是重要的。但是,實際中,Napster 網路取得的成就,是對等節點(就像網路的末枝)聯合一個中心索引來實現。這可以使它能快速,並且高效的定位可用的內容。對等協定只是一種通用的方法,來實現這一點。

eMule

應用
對等技術有許多應用。共用包含各種格式音訊,視訊,資料等的檔案是非常普遍的,即時資料(如 IP 電話通訊、Anychat音視訊開發軟體)也可以使用 P2P 技術來傳送。

有些網路和通訊管道,像Napster、OpenNAP、和 IRC@find,一方面使用了主從式架構結構,來處理一些任務(如搜尋功能),另一方面又同時使用 P2P 結構,來處理其他任務。而有些網路,如 Gnutella 和 Freenet,使用 P2P 結構,來處理所有的任務,有時被認為是真正的 P2P 網路。儘管 Gnutella 也使用了目錄伺服器,來方便節點得到其它節點的網路位址。

對等技術亦常應用於加密貨幣上。比特幣的白皮書標題,正是「一種對等式的電子現金交易系統」。

對等網路中每個節點的地位相當,沒有任何節點屬於中央控制地位,也沒有任何節點扮演交易中介的角色;網路中每個節點既是伺服器端,亦是使用端;節點可以選擇隨時加入,隨時退出;節點可以選擇運行所有的功能,也可以選擇運行部分的功能;節點越多,整個系統的運算能力越強,資料安全性越高,抗破壞能力越強。 

比特幣便是採用了這種 P2P 網路協定,其後的許多加密貨幣,如乙太坊EOS等仍然繼續採用。

學術性 P2P 網路
2015 年 1 月 28 日,賓夕法尼亞州立大學的開發者,聯合了麻省理工學院開放知識行動,西蒙弗雷澤大學的研究人員,還有第二代網際網路 P2P 工作群組,正在開發一個 P2P 網路的學術性應用。

這個專案稱為 LionShare,基於第二代網路技術,更詳細地說是 Gnutella 模型。這個網路的主要目的,是讓眾多不同學術機構的使用者,能夠共用學術材料。

LionShare 網路使用特殊型 P2P 網路類型,混合了 Gnutella 分散的 P2P 網路,和傳統的 C/S 網路。這個程式的使用者,能夠上傳檔案到一個伺服器上,不管用戶是否線上,都能夠持續的共用。這個網路也允許,在比正常小得多的共用社群中使用。

這個網路與目前正在使用的,其他 P2P 網路的,主要不同是, LionShare 網路不允許匿名用戶。這樣做的目的,是防止著作權材料在網路上共用,這同時也避免了法律糾紛。

另一個不同,是對不同組有選擇性的,共用個別的檔案。使用者能個別選擇,哪些使用者可以接收這一個檔案,或者這一組檔案。

學術社群需要這種技術,因為有越來越多的多媒體檔案,應用在課堂上。越來越多的教授使用多媒體檔案,像音訊檔,視訊檔和幻燈片。把這些檔案傳給學生是件困難的任務,而這如果用 LionShare 這類網路則容易的多。

優點
  • 擁有較佳的並列處理能力。
  • 運用記憶體來管理交換資料,大振幅提高效能。
  • 不用投資大量金錢在伺服器的軟,硬體裝置。
  • 適用於小規模的網路,維護容易。

缺點
  • 架構較為複雜,除了要有開發伺服器端,還要有專用的用戶端。
  • 用在大規模的網路,資源分享紊亂,管理較難,安全性較低。

爭議
法律方面
在美國法律中,「Betamax判決的判例,堅持複製「技術」不是本質非法的,如果它們有實質性非侵權用途。這個網際網路廣泛使用之前的決定,被應用於大部分的資料網路,包括 P2P 網路,因為已得到認可的檔案的傳播,也是可以的。

這些非法侵犯的,使用包括開放原始碼軟體,公共領域檔案,和不在著作權範圍之內的作品。其他司法部門,也可用類似的方式看待這個情況。

實際上,大多數在 P2P 網路上共用的檔案,是著作權流行音樂和電影,包括各種格式(MP3,MPEG,RM 等)。在多數司法範圍中,共用這些複本是非法的。

這讓很多觀察者,包括多數的媒體公司,和一些 P2P 的倡導者,批評這種網路,已經對現有的發行模式,造成了巨大的威脅。試圖測量實際金錢損失的研究,多少有些意義不明。

雖然紙面上,這些網路的存在,而導致的大量損失,而實際上自從這些網路建成以來,實際的收入並沒有多大的變化。不管這種威脅是否存在,美國唱片業協會美國電影協會正花費大量的錢,來試著遊說立法者來建立新的法律。

一些著作權擁有者,也向公司出錢希望幫助在法律上,挑戰從事非法共用他們材料的使用者。

儘管有 Betamax 判決,P2P 網路已經成為,那些藝術家和著作權許可組織的代表攻擊的靶子。這裡面包括美國唱片協會和美國電影協會等行業組織。

Napster 服務,由於美國唱片協會的投訴,而被迫關閉。在這個案例中,Napster 故意地買賣這些,並沒有從著作權所有者那裡,得到許可發行的音像檔案。

隨著媒體公司打擊著作權侵犯的行為擴大,這些網路也迅速不斷地作了調整,讓其無論從技術上,還是法律上都難於撤除。這導致真正犯法的使用者成為目標,因為雖然潛在的技術是合法的,但是用侵犯著作權的方式,來傳播的個人對它的濫用很明顯是非法的。

匿名 P2P 網路允許發布材料,無論合法不合法,在各種司法範圍內,都很少或不承擔法律責任。很多人表示這將導致更多的非法材料更容易傳播,甚至(有些人指出)促進恐怖主義,要求在這些領域對其進行規範。

而其他人則反對說,非法使用的潛在能力,不能阻止這種技術,作為合法目的的使用,無罪推定必須得以應用,像其他非 P2P 技術的匿名服務,如電子郵件,同樣有著相似的能力。

重要案例:
  • 美國法律
    • Sony Corp. vs Universal City Studios ( Betamax判決)
    • MGM vs Grokster

安全方面
許多 P2P 網路一直受到,懷有各種目的的人的持續攻擊。例子包括:
  • 中毒攻擊(提供內容與描述不同的檔案)
  • 阻斷服務攻擊(使網路執行非常慢甚至完全崩潰)
  • 背叛攻擊(吸血)(用戶或軟體使用網路卻沒有貢獻出自己的資源)
  • 在資料中插入病毒(如,下載或傳遞的檔案可能被感染了病毒或木馬)
  • P2P 軟體本身的木馬(如,軟體可能含有間諜軟體)
  • 過濾(網路業者可能會試圖禁止傳遞來自 P2P 網路上的資料)
  • 身分攻擊(如,跟蹤網路上用戶,並且進行不斷騷擾式的,或者是用合法性地攻擊他們)
  • 垃圾資訊(如在網路上傳送未請求的資訊--不一定是阻斷服務攻擊)

如果精心設計 P2P 網路,使用加密技術,大部分的攻擊,都可以避免或控制,P2P 網路安全,事實上與拜占庭將軍問題有密切聯絡。然而,當很多的節點試著破壞它時,幾乎任何網路也都會失效,而且許多協定會因使用者少,而表現得很失敗。

2007年4月23日,CA公司發表資安警訊,指出FoxyBitCometeDonkeyμTorrentAresAzureusBearShareLphantShareazaHamachiexeem lite、FpsetupMorpheusiMesh等14款,P2P 軟體都存在安全威脅,這些 P2P 軟體的潛在威脅來源,包括可能會覆寫檔案,為檔案重新命名,刪除檔案,被第三方植入惡意程式等。

計算技術展望
技術角度嚴格來講,對等網路雙方嚴格對等,並同等地提供和使用資料 ,沒有伺服器和用戶端的區別。但這樣的一般型 P2P 應用和網路少之又少,大部分稱為 P2P 的網路,和應用實際上依賴,或包含像 DNS 這樣的一些非對等單元。

同時應用中,實際也使用了多個協訂,使節點可以同時或分時成為用戶端、伺服器、和對等節點;譬如 Usenet (1979年)和 FidoNet (1984年),這樣已經使用多年,完全的分散式對等網路。

很多 P2P 系統使用更強的對等點(稱為超級對等點( Super Node ))作為伺服器,那些客戶節點,以星狀方式連接到一個超級對等點上。

在1990年代末期,早在即時通訊流行之前,為了促進對等網路應用的發展,昇陽 (SUN)公司在 Java 技術中,增加了一些類,以便開發者能開發不受控於中心伺服器的的即時聊天 applet 及應用。這個工作現在由 JXTA 工程來繼續。

P2P 系統和應用已經吸引了電腦科學研究的大量關注,在這一領域有包括 Chord計劃ARPANET, the PAST storage utility, P-Grid(一個自發組織的新興覆蓋性網路),和CoopNet內容分發系統 在內的一系列卓越的研究計劃。

限制
對岸中華人民共和國
P2P 技術在中國法律方面處於空白狀態,原則上不受中國政府的官方限制。但由於P2P技術會大量占用網路頻寬,並且由於中國的網路設施的現狀,和中國對網路管理的態度,都不同程度的對 P2P 通訊方式有所限制。

目前中國各大 ISP 對網路接入,都進行了限速,對占用頻寬的應用比如 P2P,會採取措施,常用的手段有限制 TCP 連接數,封鎖 P2P 協定,限制下載/上傳速度等。

但是由於這些行為大部分都是秘密進行,因此中國眾多 P2P 使用者稱,此舉嚴重侵犯了他們的知情權使用權。在中國,被限制最多的 P2P 軟體,是 BitTorrent 系列軟體和 eMule

在日趨稀少的 IPv4 位址資源的情況下,中國大部分地區開始採用「大內網」的方式,減少對 IP 位址資源的消耗,即大部分的家庭及個人使用者,將連接 ISP 的 路由器,使用網路位址轉換方式連接外部網路。

因 NAT 和部分 P2P 協定的限制,導致 P2P 軟體大多只能在內網進行傳輸,對 P2P 產業鏈產生了很大影響。

此外,中國出於對他們國內產業支援和資訊控制的考慮,也會限制一些 P2P 方式的即時通訊軟體。中國資訊工業部曾發文,要求 VOIP 只能在指定的網路業者進行試驗,並有地區封殺skype,不過也有官員對此否認,並說明只是針對 PC-Phone

2009 年 12 月,中國廣電總局以無視聽許可證為由,由工信部復原了 Btchina 網站的備案號,使其被迫關站。此次行動還影響了包括悠悠鳥論壇等 BT 站點。

日本
日本,根據日本現行著作權法,日本境內一切免費提供商業軟體,或其他資料下載的網站均屬非法。違法情節嚴重的可被判處有期徒刑,同時處以罰款

BitTorrent 系列軟體和 eMule 均被禁止。但因為 Share 和 Winny 軟體的存在,P2P 技術在日本仍然流行。這兩款軟體都採用了 IP 加密和資料加密的技術,目前日本有幾百萬人,使用這兩款軟體來交流動畫、遊戲、音樂、軟體等資料,但顯然警方已經掌控了追查使用者的方法。

2008 年 5 月 9 日,三名在 share 上發布大量著作權保護作品的職人遭到逮捕。這兩款軟體的流行,也帶來了一些負面問題,比如機密資料的泄漏和電腦病毒的傳播。

紐西蘭
紐西蘭,根據紐西蘭 2011 年 9 月實施的著作權法,紐西蘭境內下載受著作權保護的內容為違法,主要針對的就是 P2P 技術的下載。如果下載的內容收到著作權方提訴,ISP 會根據使用者在下載的時間評估,如有著作權侵犯,使用者將被警告,警告三次將被罰款 15000 紐西蘭元。

不過需要注意的是,對於線上觀看,以及檔案代管類網站,卻不在此次罰款範圍內。也就是說使用者透過 Torrent 軟體的 BT 種子,下載一個受著作權保護的作品可能會被罰款,但是如果利用離線檔案下載方式,則不會受到懲罰。

而且在紐西蘭收著作權保護的著作權所有者,通常僅包括歐美一些公司,所以對當地華人來說,即使使用 P2P 技術下載中國、韓國等亞洲地區綜藝電影,同樣不會被提訴。




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