Was ist Peer-to-Peer (P2P) und wie funktioniert ein P2P-Netzwerk?

Was ist Peer-to-Peer (P2P)?

Ein Peer-to-Peer-Netzwerk, auch P2P-Netzwerk genannt, ist ein digitales Netzwerk, in dem Teilnehmer (die Peers) direkt miteinander kommunizieren, ohne die Vermittlung einer zentralen Instanz wie eines Servers oder Unternehmens. Diese Peers können innerhalb des P2P-Netzwerks Daten miteinander austauschen, ohne dass dafür eine zentralisierte Autorität erforderlich ist.

Dies wird dadurch ermöglicht, dass jeder Computer (auch Node genannt) innerhalb des Netzwerks einen Teil der Aufgaben übernimmt, wie das Speichern von Daten, das Validieren von Informationen und das Weiterleiten von Nachrichten. Die Verantwortlichkeiten sind somit über das gesamte Netzwerk verteilt.

Das Konzept von P2P wird vor allem in Distributed-Ledger-Systemen wie Blockchains eingesetzt. Das bekannteste Beispiel hierfür ist die Blockchain von Bitcoin und die Kryptowährung BTC. P2P-Technologie bildet außerdem die Grundlage für andere Blockchain-Lösungen wie DeFi-Anwendungen, Web3-Plattformen und verschiedene dezentrale Netzwerke.

Beispiel:
Du kannst dir ein P2P-Netzwerk wie eine Gruppe von Freunden vorstellen. Stell dir vor, du und deine Freunde möchtet euch Nachrichten schicken, aber ihr wollt keine Gruppen-App oder einen zentralen Server verwenden. Stattdessen sendet jeder seine Nachricht direkt an das Telefon des anderen.

Es gibt kein WhatsApp, kein Unternehmen dazwischen und keinen zentralen Ort, an dem Nachrichten gespeichert werden. Jeder sendet, empfängt und speichert die Nachrichten selbst.

Genau so funktioniert ein Peer-to-Peer-Netzwerk:

• Alle sind gleichberechtigt (jeder Freund kann Nachrichten senden und empfangen).
• Es gibt keinen zentralen Verantwortlichen, der das Netzwerk steuert.
• Alles läuft direkt von Person zu Person.

Wichtigste Erkenntnisse

• Ein Peer-to-Peer-(P2P)-Netzwerk ist ein Netzwerk, in dem Teilnehmer direkt miteinander kommunizieren, ohne eine zentrale Instanz, wobei jeder Teilnehmer (Peer oder Node) eine aktive Rolle übernimmt.
• In einem P2P-Netzwerk sind alle Teilnehmer gleichgestellt und verantwortlich für Aufgaben wie das Speichern, Übertragen und Validieren von Daten, ohne Hierarchie oder zentrale Kontrolle.
• P2P-Technologie bildet die Grundlage von Blockchains wie Bitcoin und wird häufig im Krypto-Bereich, in DeFi, Web3 und dezentralen Anwendungen eingesetzt, aber auch darüber hinaus, etwa bei Torrents und verteilten Rechennetzwerken.
• Das Netzwerk funktioniert, indem Transaktionen und Daten von mehreren Peers überprüft und validiert werden, woraufhin ein Konsens erreicht wird und die Informationen gespeichert und geteilt werden.
• P2P-Netzwerke bieten Vorteile wie Dezentralisierung, Sicherheit und Zensurresistenz, bringen jedoch auch Nachteile wie technische Komplexität, Skalierungsprobleme und eine höhere Eigenverantwortung der Nutzer mit sich.

Wofür steht Peer-to-Peer?

Peer-to-Peer steht für ein Netzwerk, in dem die Teilnehmer (Peers) gleichberechtigt sind. Alle Teilnehmer haben dieselben Rechte und Befugnisse und sind für dieselben Aufgaben verantwortlich. Sie können:

• Daten speichern
• Daten senden
• Daten empfangen
• Berechnungen durchführen
• Daten verarbeiten und validieren

Es gibt also keine Hierarchie wie in traditionellen Netzwerken, in denen ein Server die Kontrolle übernimmt. Die Teilnehmer sind selbst für die Verwaltung und sichere Verarbeitung der Daten verantwortlich. Das macht ein Peer-to-Peer-Netzwerk fair und zuverlässig.

Wo und wofür werden P2P-Netzwerke eingesetzt?

Peer-to-Peer wird derzeit sowohl innerhalb als auch außerhalb des Kryptomarktes eingesetzt.

P2P innerhalb von Krypto:

• Für das Senden und Empfangen von Guthaben (wie BTC) ohne die Vermittlung einer Bank oder anderer Zwischenparteien.
• Transaktionen auf der Blockchain werden von Nodes (Computern, die Daten speichern und Transaktionen überprüfen) validiert und ausgeführt.
• DeFi-Lösungen wie DEXe nutzen P2P, um Nutzern den direkten Handel miteinander zu ermöglichen, ohne dass eine vermittelnde Partei erforderlich ist.
• Das Speichern von Dateien auf Tausenden von Computern gleichzeitig anstatt auf einem zentralen Server, wie bei Google Drive oder Dropbox. dApps nutzen dies (zum Beispiel über IPFS), damit Dateien verfügbar bleiben, selbst wenn ein oder mehrere Computer ausfallen.

P2P außerhalb von Krypto:

• Beim Dateiaustausch über Torrents wie BitTorrent lädst du Dateien von vielen Nutzern gleichzeitig herunter, anstatt von einem einzelnen Server. Jeder, der einen Teil der Datei besitzt, teilt diesen automatisch mit anderen.
• Kommunikationsnetzwerke wie ältere Versionen von Skype übertrugen Audio und Video direkt zwischen Nutzern ohne zentralen Server, was sie schneller und effizienter machte.
• In verteilten Rechensystemen wie SETI@Home arbeiten Tausende von Computern zusammen, um große Berechnungen durchzuführen. So entsteht ein großes gemeinsames Rechennetzwerk ohne zentralen Supercomputer.

Dies sind nur einige Beispiele dafür, wie und wo P2P innerhalb und außerhalb der Blockchain-Technologie eingesetzt wird.

Wie funktioniert ein Peer-to-Peer-Netzwerk?

Ein Peer-to-Peer-(P2P)-Netzwerk funktioniert, indem alle angeschlossenen Teilnehmer innerhalb des Netzwerks miteinander verbunden werden. Wenn ein Peer eine Aktion ausführt, wird diese Information an andere Peers weitergeleitet. Diese Peers sind dafür verantwortlich, die Information zu überprüfen, die Daten zu speichern und die Information zu validieren. Sobald dies geschehen ist, wird die Transaktion ausgeführt und die Daten (der Ausführungsnachweis) innerhalb des Netzwerks gespeichert.

Bei Blockchains funktioniert dieser Prozess wie folgt:

• Ein Nutzer sendet eine Transaktion, zum Beispiel das Versenden von Bitcoin von Adresse A zu Adresse B.
• Die Transaktion wird an mehrere Nodes gesendet, die für die Überprüfung der Transaktion zuständig sind.
• Nodes überprüfen die Transaktion und erzielen einen Konsens über deren Gültigkeit.
• Gültige Transaktionen werden anschließend in einen Block aufgenommen, der der Blockchain hinzugefügt wird.
• Der neue Block wird an alle Peers im Netzwerk verteilt, um das Netzwerk auf dem aktuellen Stand zu halten.

Dieser Mechanismus macht Blockchains robust, sicher und schwer zu zensieren.

Wichtigste Eigenschaften eines P2P-Netzwerks

Ein P2P-Netzwerk erkennst du an folgenden Merkmalen:

• Dezentralisierung: Es gibt keine zentrale Autorität wie einen Server, der das Netzwerk verwaltet. Stattdessen werden Aufgaben auf ein Netzwerk von Teilnehmern verteilt, nämlich Nodes, auch Peers genannt.
• Gleichmäßige Aufgabenverteilung: Jeder Peer führt grundsätzlich dieselben Funktionen aus.
• Hohe Fehlertoleranz: Das Netzwerk hat keinen Single Point of Failure. Das bedeutet, dass das Netzwerk weiterhin funktioniert, selbst wenn Fehler auftreten. Fällt ein Node aus oder macht einen Fehler, kann das Netzwerk weiterlaufen und sich selbst korrigieren.
• Skalierbarkeit: Je mehr Peers am Netzwerk teilnehmen, desto größer wird die Kapazität und desto mehr Daten kann das Netzwerk in einer bestimmten Zeit verarbeiten. Außerdem sorgt eine höhere Teilnehmerzahl für ein höheres Maß an Dezentralisierung.
• Transparenz: Peer-to-Peer-Netzwerke innerhalb der Blockchain-Technologie sind transparent. Alles, was auf der Blockchain passiert, wird öffentlich im Distributed Ledger festgehalten und kann über einen Blockexplorer eingesehen werden. Das macht das System überprüfbar und trägt zur Zuverlässigkeit bei, da betrügerisches Verhalten sichtbar wird.

Vorteile von Peer-to-Peer

Peer-to-Peer-Netzwerke bieten verschiedene Vorteile für Entwickler und Nutzer:

• Keine Zwischenpersonen: Nutzer können direkt miteinander handeln oder kommunizieren, was schneller und günstiger sein kann als über zentralisierte Plattformen. Außerdem tragen die Nutzer selbst die volle Verantwortung und es gibt keine zentrale Instanz, die Transaktionen stoppen oder verbieten kann.
• Erhöhte Sicherheit durch Dezentralisierung: Da Daten auf viele Peers verteilt werden, ist es für Angreifer schwieriger, das gesamte Netzwerk zu kompromittieren.
• Keine zentrale Kontrolle oder Zensur: Niemand kann das Netzwerk einseitig abschalten oder Nutzer blockieren.
• Robustheit und Zuverlässigkeit: Das Netzwerk bleibt funktionsfähig, selbst wenn mehrere Computer offline gehen.
• Effizienz: Aufgaben werden auf die Peers verteilt, wodurch keine große zentrale Infrastruktur erforderlich ist. Peers sind gemeinsam für Datenspeicherung, Verarbeitung und Kontrolle verantwortlich.

Nachteile von Peer-to-Peer

Neben den Vorteilen gibt es auch Nachteile bei der Nutzung von Peer-to-Peer-Netzwerken:

• Benutzerfreundlichkeit: Das Einrichten und Verwalten eines Peers oder Nodes ist oft komplex und erfordert technisches Wissen.
• Leistungsprobleme bei hoher Auslastung: Blockchains wie Bitcoin und Ethereum können nur eine begrenzte Anzahl von Transaktionen pro Zeiteinheit verarbeiten, unter anderem aufgrund von Blockgröße und Blockzeit. In Zeiten hoher Netzwerkauslastung kann dies zu langsameren Verarbeitungen und höheren Transaktionskosten führen.
• Erhöhte Eigenverantwortung der Nutzer: Ohne zentrale Instanz müssen Nutzer selbst für Sicherheit, Backups und korrektes Handeln sorgen. Bei Fehlern wie dem Senden von Krypto an eine falsche Adresse ist eine Wiederherstellung aufgrund der Unveränderlichkeit der Blockchain in der Regel nicht möglich.
• Rechtliche und regulatorische Herausforderungen: Dezentrale Netzwerke sind schwer zu regulieren, was zu rechtlicher Unsicherheit führen kann.
• Teure Hardware: In einigen Fällen ist spezialisierte und kostspielige Hardware erforderlich, um einen Node zu betreiben. Bei Blockchains, die das Proof-of-Work-Konsensmechanismus verwenden, wie Bitcoin, ist Mining energieintensiv und erfordert viel Rechenleistung sowie spezialisierte Geräte.

Fazit

Peer-to-Peer-Netzwerke bilden das Rückgrat dezentraler Technologien, da sie es Nutzern ermöglichen, ohne Zwischenpersonen direkt miteinander zu kommunizieren und Transaktionen auszuführen. Durch die gleichberechtigte Rolle aller Teilnehmer entsteht ein System, das robust, transparent und schwer zu zensieren ist, was insbesondere innerhalb der Blockchain-Technologie große Vorteile bietet. Gleichzeitig erfordert diese Form der Dezentralisierung mehr technisches Wissen und Eigenverantwortung der Nutzer, und die Leistung kann bei hoher Netzwerkauslastung unter Druck geraten. Insgesamt bietet P2P eine leistungsstarke Alternative zu zentralisierten Netzwerken, sofern sich die Nutzer sowohl der Vorteile als auch der Einschränkungen bewusst sind.