Peer-to-Peer

Peer-to-Peer ( P2P )-Computing bzw. -Netzwerke sind eine verteilte Rechen- bzw. Netzwerkarchitektur, bei der die Teilnehmer einen Teil ihrer eigenen Ressourcen, wie Rechenleistung, Speicherplatz oder Netzwerkkapazität, gemeinsam nutzen. Diese Ressourcen stehen anderen Peers direkt zur Verfügung, ohne dass zwischengeschaltete Instanzen erforderlich sind, und die Teilnehmer fungieren sowohl als Ressourcenanbieter als auch als Ressourcenanforderer. ^{[ 1 ]}

Im Gegensatz dazu weist das traditionelle Client-Server-Modell verschiedenen Teilnehmern die Rollen des Ressourcenanbieters und -anforderers zu, wobei zentrale Server als Anbieter und Clients als Anforderer fungieren. ^{[ 1 ]}

Obwohl P2P-Systeme bereits zuvor in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt wurden ^{[ 2 ],} wurde die Architektur durch das Internet -Filesharing-System Napster , das ursprünglich 1999 veröffentlicht wurde, bekannt ^{[ 3 ].} P2P wird in vielen Protokollen wie dem BitTorrent- Filesharing über das Internet ^{[ 4 ]} und in persönlichen Netzwerken wie Miracast und Bluetooth verwendet ^{[ 5 ]} . Das Konzept hat neue Strukturen und Philosophien in vielen Bereichen der menschlichen Interaktion inspiriert. In solchen sozialen Kontexten bezeichnet Peer-to-Peer als Meme das egalitäre soziale Netzwerk , das sich in der gesamten Gesellschaft entwickelt hat und durch Internettechnologien im Allgemeinen ermöglicht wurde .

Obwohl P2P-Systeme bereits zuvor in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt wurden ^{[ 2 ]} , wurde das Konzept durch Filesharing -Systeme wie die Musik-Sharing-Anwendung Napster populär . Die Peer-to-Peer-Bewegung ermöglichte es Millionen von Internetnutzern, sich „direkt zu vernetzen, Gruppen zu bilden und zusammenzuarbeiten, um nutzergenerierte Suchmaschinen, virtuelle Supercomputer und Dateisysteme zu entwickeln“ ^{[ 6 ]} . Das Grundkonzept des Peer-to-Peer-Computing wurde bereits in früheren Diskussionen über Softwaresysteme und Netzwerke angedeutet und geht auf die Prinzipien des ersten Request for Comments (RFC 1) zurück ^{[ 7 ].}

Tim Berners-Lees Vision für das World Wide Web ähnelte einem P2P-Netzwerk, da sie davon ausging, dass jeder Nutzer aktiv Inhalte erstellen und verlinken würde, um ein vernetztes „Netz“ aus Links zu bilden. Das frühe Internet war offener als heute, da zwei mit dem Internet verbundene Rechner ohne Firewalls und andere Sicherheitsmaßnahmen Datenpakete austauschen konnten. ^{[ 8 ] [ 6 ]} Dies steht im Gegensatz zur Broadcast- ähnlichen Struktur des Webs, wie es sich über die Jahre entwickelt hat. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Als Vorläufer des Internets war ARPANET ein erfolgreiches Peer-to-Peer-Netzwerk, in dem „jeder teilnehmende Knoten Inhalte anfordern und bereitstellen konnte“. ARPANET war jedoch nicht selbstorganisiert und konnte „keine kontext- oder inhaltsbasierte Weiterleitung über die einfache adressbasierte Weiterleitung hinaus ermöglichen“. ^{[ 11 ]}

Daher wurde Usenet , ein verteiltes Nachrichtensystem, das oft als frühe Peer-to-Peer-Architektur beschrieben wird, ins Leben gerufen. Es wurde 1979 als System entwickelt, das ein dezentrales Kontrollmodell durchsetzt. ^{[ 12 ]} Das Grundmodell ist aus Nutzer- bzw. Client-Perspektive ein Client-Server -Modell, das einen selbstorganisierenden Ansatz für Newsgroup-Server bietet. Die Newsserver kommunizieren jedoch als gleichberechtigte Partner miteinander, um Usenet-Nachrichtenartikel im gesamten Netzwerk zu verbreiten. Dasselbe gilt für SMTP- E-Mails: Das Kernnetzwerk der Mail Transfer Agents ( MTAs) für die E-Mail-Weiterleitung hat Peer-to-Peer-Charakter, während die Peripherie der E-Mail-Clients und ihre direkten Verbindungen eine strikte Client-Server-Beziehung aufweisen. ^{[ 13 ]}

Im Mai 1999, als Millionen von Menschen mehr Zugang zum Internet hatten, stellte Shawn Fanning die Musik- und Filesharing-Anwendung Napster vor . ^{[ 11 ]} Napster war der Beginn der Peer-to-Peer-Netzwerke, wie wir sie heute kennen, in denen „teilnehmende Nutzer ein virtuelles Netzwerk aufbauen, das völlig unabhängig vom physischen Netzwerk ist, ohne administrativen Behörden oder Einschränkungen unterliegen“. ^{[ 11 ]}

Peer-to-Peer-Netzwerke implementieren im Allgemeinen eine Art virtuelles Overlay-Netzwerk über der physischen Netzwerktopologie. Die Knoten im Overlay bilden dabei eine Teilmenge der Knoten im physischen Netzwerk. Der Datenaustausch erfolgt weiterhin direkt über das zugrundeliegende TCP/IP- Netzwerk. Auf der Anwendungsschicht können Peers jedoch direkt über logische Overlay-Verbindungen miteinander kommunizieren (jede dieser Verbindungen entspricht einem Pfad durch das zugrundeliegende physische Netzwerk). Overlays dienen der Indizierung und Peer-Erkennung und machen das P2P-System unabhängig von der physischen Netzwerktopologie. Je nachdem, wie die Knoten innerhalb des Overlay-Netzwerks miteinander verbunden sind und wie Ressourcen indiziert und lokalisiert werden, lassen sich Netzwerke als unstrukturiert , strukturiert oder als Hybrid zwischen beiden klassifizieren. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

Unstrukturierte Peer-to-Peer-Netzwerke legen dem Overlay-Netzwerk nicht von vornherein eine bestimmte Struktur auf, sondern entstehen durch Knoten, die zufällig Verbindungen untereinander herstellen. ^{[ 17 ]} ( Gnutella , Gossip und Kazaa sind Beispiele für unstrukturierte P2P-Protokolle). ^{[ 18 ]}

Da unstrukturierten Netzwerken keine globale Struktur auferlegt wird, lassen sie sich leicht aufbauen und ermöglichen lokale Optimierungen für verschiedene Bereiche des Overlays. ^{[ 19 ]} Da zudem alle Teilnehmer im Netzwerk die gleiche Rolle spielen, sind unstrukturierte Netzwerke auch bei hohen Abwanderungsraten („Churn“) – also wenn viele Teilnehmer häufig dem Netzwerk beitreten und es wieder verlassen – sehr robust. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Die Hauptbeschränkungen unstrukturierter Netzwerke ergeben sich jedoch auch aus diesem Mangel an Struktur. Insbesondere wenn ein Teilnehmer bestimmte Daten im Netzwerk finden möchte, muss die Suchanfrage im gesamten Netzwerk verteilt werden, um möglichst viele Teilnehmer zu finden, die diese Daten teilen. Diese Verteilung verursacht einen sehr hohen Signalverkehr im Netzwerk, beansprucht mehr CPU und Arbeitsspeicher (da jeder Teilnehmer alle Suchanfragen verarbeiten muss) und garantiert nicht, dass Suchanfragen immer aufgelöst werden. Da zudem keine Korrelation zwischen einem Teilnehmer und den von ihm verwalteten Inhalten besteht, gibt es keine Garantie dafür, dass durch die Verteilung ein Teilnehmer gefunden wird, der die gewünschten Daten besitzt. Beliebte Inhalte sind wahrscheinlich bei mehreren Teilnehmern verfügbar, und jeder Teilnehmer, der danach sucht, findet wahrscheinlich dasselbe. Sucht ein Teilnehmer jedoch nach seltenen Daten, die nur von wenigen anderen Teilnehmern geteilt werden, ist eine erfolgreiche Suche höchst unwahrscheinlich. ^{[ 22 ]}

In strukturierten Peer-to-Peer-Netzwerken ist das Overlay in einer spezifischen Topologie organisiert, und das Protokoll stellt sicher, dass jeder Knoten effizient ^{[ 23 ]} das Netzwerk nach einer Datei/Ressource durchsuchen kann, selbst wenn die Ressource extrem selten ist. ^{[ 18 ]}

Die gängigste Art strukturierter P2P-Netzwerke verwendet eine verteilte Hashtabelle (DHT) ^{[ 24 ] [ 25 ]} , in der eine Variante des konsistenten Hashings genutzt wird, um jedem Peer die Eigentümerschaft einer Datei zuzuordnen ^{[ 26 ] [ 27 ]} . Dies ermöglicht es Peers, mithilfe einer Hashtabelle nach Ressourcen im Netzwerk zu suchen : ( Schlüssel , Wert )-Paare werden in der DHT gespeichert, und jeder teilnehmende Knoten kann den zu einem bestimmten Schlüssel gehörenden Wert effizient abrufen ^{[ 28 ] [ 29 ].}

Um den Datenverkehr effizient durch das Netzwerk zu leiten, müssen Knoten in einem strukturierten Overlay Listen von Nachbarn ^{[ 30 ]} führen , die bestimmte Kriterien erfüllen. Dies macht sie in Netzwerken mit hoher Fluktuation ( d. h. mit vielen Knoten, die dem Netzwerk häufig beitreten und es wieder verlassen) weniger robust. ^{[ 21 ] [ 31 ]} Neuere Evaluierungen von P2P-Ressourcenfindungslösungen unter realen Arbeitslasten haben mehrere Probleme von DHT-basierten Lösungen aufgezeigt, wie z. B. hohe Kosten für die Bekanntgabe/Suche von Ressourcen und statische sowie dynamische Lastungleichgewichte. ^{[ 32 ]}

Zu den bemerkenswerten verteilten Netzwerken, die DHTs nutzen, gehören Tixati (eine Alternative zum verteilten Tracker von BitTorrent) , das Kad- Netzwerk , das Storm-Botnetz und YaCy . Einige prominente Forschungsprojekte sind das Chord-Projekt , Kademlia , das Speicherprogramm PAST , P-Grid (ein selbstorganisierendes und aufstrebendes Overlay-Netzwerk) und das Content-Distribution-System CoopNet . ^{[ 33 ]} DHT-basierte Netzwerke werden auch häufig zur effizienten Ressourcenfindung ^{[ 34 ] [ 35 ]} in Grid-Computing- Systemen eingesetzt, da sie das Ressourcenmanagement und die Anwendungsplanung unterstützen.

Hybridmodelle kombinieren Elemente von Peer-to-Peer- und Client-Server- Modellen. ^{[ 36 ]} Ein gängiges Hybridmodell verwendet einen zentralen Server, der die Peers miteinander verbindet. Spotify war bis 2014 ein Beispiel für ein solches Hybridmodell. ^{[ 37 ]} Es existieren verschiedene Hybridmodelle, die alle einen Kompromiss zwischen der zentralisierten Funktionalität eines strukturierten Server-Client-Netzwerks und der Knotengleichheit reiner, unstrukturierter Peer-to-Peer-Netzwerke eingehen. Aktuell bieten Hybridmodelle eine bessere Performance als rein unstrukturierte oder rein strukturierte Netzwerke, da bestimmte Funktionen, wie beispielsweise die Suche, zwar eine zentrale Funktionalität erfordern, aber gleichzeitig von der dezentralen Knotenaggregation unstrukturierter Netzwerke profitieren. ^{[ 38 ]}

CoopNet (Cooperative Networking) ist ein von den Informatikern Venkata N. Padmanabhan und Kunwadee Sripanidkulchai ( Microsoft Research und Carnegie Mellon University ) vorgeschlagenes System zur Auslagerung der Serverlast an Peers, die kürzlich Inhalte heruntergeladen haben. ^{[ 39 ] [ 40 ]} Steigt die Serverlast , leitet das System eingehende Anfragen an andere Peers weiter, die sich bereit erklärt haben, die Inhalte zu spiegeln . Dadurch wird der Server entlastet. Alle Informationen verbleiben auf dem Server. Das System nutzt die Tatsache, dass der Flaschenhals eher in der ausgehenden Bandbreite als in der CPU liegt , und ist daher serverzentriert. Es ordnet Peers anderen Peers zu, deren IP-Adresse sich in der Nähe ihrer Nachbarn befindet (gleicher Präfixbereich), um lokale Unterschiede zu nutzen. Finden sich mehrere Peers mit derselben Datei , wählt der Knoten den schnellsten Nachbarn aus. Streaming-Medien werden übertragen, indem Clients den vorherigen Stream zwischenspeichern und ihn dann stückweise an neue Knoten senden.

Peer-to-Peer-Systeme stellen aus Sicht der Computersicherheit besondere Herausforderungen dar . Wie jede andere Softwareform können auch P2P-Anwendungen Sicherheitslücken aufweisen . Besonders gefährlich für P2P-Software ist jedoch, dass Peer-to-Peer-Anwendungen sowohl als Server als auch als Clients fungieren, wodurch sie anfälliger für Angriffe aus der Ferne sind . ^{[ 41 ]}

Da jeder Knoten eine Rolle bei der Weiterleitung des Datenverkehrs im Netzwerk spielt, können Angreifer verschiedene Routing-Angriffe oder Denial-of-Service -Angriffe durchführen. Beispiele für gängige Routing-Angriffe sind „falsches Lookup-Routing“, bei dem bösartige Knoten Anfragen absichtlich falsch weiterleiten oder falsche Ergebnisse zurückgeben, „falsche Routing-Updates“, bei denen bösartige Knoten die Routing-Tabellen benachbarter Knoten durch das Senden falscher Informationen manipulieren, und „falsche Routing-Netzwerkpartitionierung“, bei der neue Knoten beim Beitritt über einen bösartigen Knoten initialisiert werden, wodurch der neue Knoten in einer Netzwerkpartition platziert wird, die bereits von anderen bösartigen Knoten belegt ist. ^{[ 41 ]}

Die Verbreitung von Schadsoftware variiert je nach Peer-to-Peer-Protokoll. ^{[ 42 ]} Studien zur Verbreitung von Schadsoftware in P2P-Netzwerken ergaben beispielsweise, dass 63 % der beantworteten Download-Anfragen im Gnutella- Netzwerk Schadsoftware enthielten, während dies bei OpenFT nur bei 3 % der Inhalte der Fall war. In beiden Fällen entfiel der Großteil der Fälle auf die drei häufigsten Schadsoftware-Typen (99 % bei Gnutella und 65 % bei OpenFT). Eine weitere Studie, die den Datenverkehr im Kazaa -Netzwerk analysierte, zeigte, dass 15 % der 500.000 untersuchten Dateien mit einem oder mehreren der 365 getesteten Computerviren infiziert waren . ^{[ 43 ]}

Beschädigte Daten können auch über P2P-Netzwerke verbreitet werden, indem bereits im Netzwerk geteilte Dateien verändert werden. So gelang es der RIAA beispielsweise im FastTrack- Netzwerk, gefälschte Datenblöcke in Downloads und heruntergeladene Dateien (hauptsächlich MP3- Dateien) einzuschleusen . Mit dem RIAA-Virus infizierte Dateien waren anschließend unbrauchbar und enthielten Schadcode. Die RIAA ist außerdem dafür bekannt, gefälschte Musik und Filme in P2P-Netzwerke hochgeladen zu haben, um illegalen Dateiaustausch zu verhindern. ^{[ 44 ]} Infolgedessen haben moderne P2P-Netzwerke ihre Sicherheits- und Dateiverifizierungsmechanismen enorm verbessert. Moderne Hash-Verfahren , Datenblockverifizierung und verschiedene Verschlüsselungsmethoden haben die meisten Netzwerke gegen nahezu jede Art von Angriff resistent gemacht, selbst wenn große Teile des jeweiligen Netzwerks durch gefälschte oder nicht funktionsfähige Hosts ersetzt wurden. ^{[ 45 ]}

Die dezentrale Struktur von P2P-Netzwerken erhöht die Robustheit, da sie den Single Point of Failure beseitigt , der bei Client-Server-basierten Systemen inhärent sein kann. ^{[ 46 ]} Mit zunehmender Anzahl an Knoten und steigender Systemauslastung erhöht sich auch die Gesamtkapazität des Systems, und die Ausfallwahrscheinlichkeit sinkt. Fällt ein Peer im Netzwerk aus, ist das gesamte Netzwerk nicht beeinträchtigt oder beschädigt. Im Gegensatz dazu teilen Clients in einer typischen Client-Server-Architektur lediglich ihre Anforderungen mit dem System, nicht aber ihre Ressourcen. In diesem Fall stehen mit zunehmender Anzahl an Clients weniger Ressourcen für jeden einzelnen Client zur Verfügung, und fällt der zentrale Server aus, ist das gesamte Netzwerk nicht mehr erreichbar.

P2P-Netzwerke bieten sowohl Vor- als auch Nachteile im Hinblick auf Datensicherung , -wiederherstellung und -verfügbarkeit. In einem zentralisierten Netzwerk haben die Systemadministratoren allein die Kontrolle über die Verfügbarkeit der geteilten Dateien. Wenn die Administratoren eine Datei nicht mehr verteilen möchten, müssen sie diese lediglich von ihren Servern entfernen, und sie steht den Nutzern nicht mehr zur Verfügung. Dies lässt die Nutzer nicht nur machtlos bei der Entscheidung, welche Daten innerhalb der Community verteilt werden, sondern macht das gesamte System auch anfällig für Bedrohungen und Anfragen von Regierungen und anderen einflussreichen Akteuren.

YouTube wurde beispielsweise von der RIAA , der MPAA und der Unterhaltungsindustrie unter Druck gesetzt, urheberrechtlich geschützte Inhalte herauszufiltern. Server-Client-Netzwerke können zwar die Verfügbarkeit von Inhalten überwachen und verwalten, bieten aber eine höhere Stabilität hinsichtlich der Verfügbarkeit der von ihnen gehosteten Inhalte. Ein Client sollte keine Probleme haben, auf weniger verbreitete Inhalte zuzugreifen, die in einem stabilen, zentralisierten Netzwerk geteilt werden. P2P-Netzwerke sind hingegen beim Teilen weniger beliebter Dateien unzuverlässiger, da das Teilen von Dateien in einem P2P-Netzwerk voraussetzt, dass mindestens ein Knoten im Netzwerk die angeforderten Daten besitzt und sich mit dem anfragenden Knoten verbinden kann. Diese Anforderung ist mitunter schwer zu erfüllen, da Benutzer Daten jederzeit löschen oder deren Freigabe beenden können. ^{[ 47 ]}

In einem P2P-Netzwerk entscheidet die Nutzergemeinschaft selbst, welche Inhalte verfügbar sind. Unbeliebte Dateien verschwinden mit der Zeit und sind nicht mehr verfügbar, da sie immer weniger geteilt werden. Beliebte Dateien hingegen lassen sich schnell und einfach verbreiten. Beliebte Dateien in einem P2P-Netzwerk sind stabiler und besser verfügbar als Dateien in zentralisierten Netzwerken. In einem zentralisierten Netzwerk kann bereits ein einfacher Verbindungsverlust zwischen Server und Clients zu einem Ausfall führen, während in P2P-Netzwerken die Verbindungen zwischen allen Knoten unterbrochen sein müssen, um einen Datenaustausch zu verhindern. In einem zentralisierten System sind die Administratoren für die Datenwiederherstellung und -sicherung verantwortlich, während in P2P-Systemen jeder Knoten sein eigenes Backup-System benötigt. Aufgrund der fehlenden zentralen Instanz in P2P-Netzwerken können Institutionen wie die Musikindustrie, die RIAA , die MPAA und die Regierung die Verbreitung von Inhalten in P2P-Systemen weder löschen noch unterbinden. ^{[ 48 ]}

In P2P-Netzwerken stellen Clients Ressourcen bereit und nutzen sie gleichzeitig. Im Gegensatz zu Client-Server-Systemen kann die Kapazität von Peer-to-Peer-Netzwerken zur Inhaltsbereitstellung daher mit zunehmender Nutzerzahl steigen (insbesondere bei Protokollen wie BitTorrent , die das Teilen von Inhalten erfordern; siehe dazu eine Leistungsstudie ^{[ 49 ]} ). Diese Eigenschaft ist einer der größten Vorteile von P2P-Netzwerken, da sie die Einrichtungs- und Betriebskosten für den ursprünglichen Inhaltsanbieter erheblich reduziert. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

Peer-to-Peer- Netzwerke wie Gnutella , G2 und eDonkey haben maßgeblich zur Popularisierung von Peer-to-Peer-Technologien beigetragen. Diese Fortschritte ebneten den Weg für Peer-to-Peer-Content-Delivery-Netzwerke und -Dienste, einschließlich verteilter Caching-Systeme wie Correli Caches zur Leistungssteigerung. ^{[ 52 ]} Darüber hinaus ermöglichen Peer-to-Peer-Netzwerke die Veröffentlichung und den Vertrieb von Software und somit die effiziente Verbreitung von Linux-Distributionen und verschiedenen Spielen über diese Netzwerke.

Peer-to-Peer-Netzwerke ermöglichen den Datenaustausch zwischen Nutzern ohne zwischengeschalteten Server. Unternehmen, die P2P-Anwendungen entwickeln, waren vorwiegend in den USA in zahlreiche Rechtsstreitigkeiten wegen Urheberrechtsverletzungen verwickelt . [ ^{53 ] Zwei} wichtige Fälle sind Grokster gegen RIAA und MGM Studios, Inc. gegen Grokster, Ltd. [ ^{54 ] Im} letztgenannten Fall entschied das Gericht einstimmig, dass die beklagten Peer-to-Peer-Filesharing-Unternehmen Grokster und Streamcast wegen Anstiftung zur Urheberrechtsverletzung verklagt werden können.

Die Protokolle P2PTV und PDTP werden in verschiedenen Peer-to-Peer-Anwendungen eingesetzt. Einige proprietäre Multimedia-Anwendungen nutzen ein Peer-to-Peer-Netzwerk in Verbindung mit Streaming-Servern, um Audio und Video an ihre Clients zu streamen. Peercasting wird für das Multicasting von Streams verwendet. Darüber hinaus zielt das Projekt LionShare , ein Gemeinschaftsprojekt der Pennsylvania State University , des MIT und der Simon Fraser University , darauf ab, den Dateiaustausch zwischen Bildungseinrichtungen weltweit zu erleichtern. Ein weiteres bemerkenswertes Programm, Osiris , ermöglicht es Nutzern, anonyme und autonome Webportale zu erstellen, die über ein Peer-to-Peer-Netzwerk verbreitet werden.

Kryptowährungssysteme basieren auf einem verteilten Netzwerk von Knoten, die Transaktionen und Blöcke weiterleiten und ein gemeinsames Hauptbuch führen. Laut dem National Institute of Standards and Technology (NIST) funktionieren Blockchain- Netzwerke nach dem Peer-to-Peer-Prinzip, wobei geografisch verteilte Knoten zur Stabilität und zum Betrieb des Systems beitragen. ^{[ 55 ]}

Viele Nutzer interagieren mit diesen Netzwerken über Light Clients (auch Lightweight Wallets genannt), die nicht als vollständige Knoten fungieren. Stattdessen rufen Light Clients Blockchain-Daten ab und übermitteln Transaktionen, indem sie vollständige Knoten oder dedizierte Server über ein Client-Server-Modell abfragen . ^{[ 56 ]}

Dat ist eine verteilte, versionskontrollierte Veröffentlichungsplattform. I2P ist ein Overlay-Netzwerk zum anonymen Surfen im Internet . Im Gegensatz zu I2P ist das Tor-Netzwerk selbst kein Peer-to-Peer-Netzwerk; es ermöglicht jedoch die Entwicklung von Peer-to-Peer-Anwendungen über Onion-Dienste . Das InterPlanetary File System (IPFS) ist ein Protokoll und Netzwerk, das eine inhaltsadressierbare Peer-to-Peer-Methode zum Speichern und Teilen von Hypermedia- Dateien bietet . Die Knoten im IPFS-Netzwerk bilden dabei ein verteiltes Dateisystem . Jami ist eine Peer-to-Peer-Chat- und SIP- Anwendung. JXTA ist ein Peer-to-Peer-Protokoll für die Java-Plattform . Netsukuku ist ein drahtloses Community-Netzwerk , das unabhängig vom Internet funktionieren soll. Open Garden ist eine Anwendung zur gemeinsamen Nutzung von Internetverbindungen, die den Internetzugang über WLAN oder Bluetooth mit anderen Geräten teilt.

Resilio Sync und Syncthing sind Anwendungen zur Dateisynchronisierung . Zu den Forschungsprojekten gehören Chord , das Speicherprogramm PAST , P-Grid und das Content-Distributionssystem CoopNet . Secure Scuttlebutt ist ein Peer-to-Peer -Gossip-Protokoll, das viele verschiedene Anwendungstypen, vor allem soziale Netzwerke , unterstützt . Tradepal- und M-Commerce- Anwendungen sind für den Betrieb von Echtzeit-Marktplätzen konzipiert. Das US-Verteidigungsministerium forscht im Rahmen seiner Strategie zur modernen Netzwerkkriegsführung an P2P-Netzwerken. ^{[ 57 ]} Im Mai 2003 sagte Anthony Tether , der damalige Direktor von DARPA , aus, dass das US-Militär P2P-Netzwerke nutzt. WebTorrent ist ein P2P -Streaming -Torrent-Client in JavaScript für Webbrowser sowie die eigenständige Version WebTorrent Desktop , die die serverlosen Netzwerke von WebTorrent und BitTorrent verbindet . Microsoft nutzt in Windows 10 eine proprietäre Peer-to-Peer-Technologie namens „Delivery Optimization“, um Betriebssystem-Updates über die PCs der Endbenutzer im lokalen Netzwerk oder über andere PCs zu verteilen. Laut Microsoft Channel 9 führte dies zu einer Reduzierung der Internet-Bandbreitennutzung um 30–50 %. ^{[ 58 ]} Artisofts LANtastic wurde als Peer-to-Peer-Betriebssystem entwickelt, bei dem Rechner gleichzeitig als Server und Workstations fungieren können. Hotline Communications Hotline Client basiert auf dezentralen Servern und einer Tracking-Software für alle Dateitypen und ist weiterhin im Einsatz.

Die Zusammenarbeit innerhalb einer Teilnehmergemeinschaft ist entscheidend für den anhaltenden Erfolg von P2P-Systemen für Gelegenheitsnutzer; diese erreichen ihr volles Potenzial erst, wenn eine große Anzahl von Knoten Ressourcen beisteuert. In der Praxis bestehen P2P-Netzwerke jedoch häufig aus einer großen Anzahl von Nutzern, die von anderen Knoten geteilte Ressourcen nutzen, ohne selbst etwas beizutragen (oft als „Trittbrettfahrerproblem“ bezeichnet).

Kostenloses Mitnutzen kann tiefgreifende Auswirkungen auf das Netzwerk haben und in manchen Fällen zum Zusammenbruch der Community führen. ^{[ 59 ]} In solchen Netzwerken „haben Nutzer natürliche Anreize, nicht zu kooperieren, da die Kooperation ihre eigenen Ressourcen verbraucht und ihre eigene Leistung beeinträchtigen kann“. ^{[ 60 ]} Die Untersuchung der sozialen Merkmale von P2P-Netzwerken ist aufgrund der hohen Nutzerfluktuation, der asymmetrischen Interessen und der kostenlosen Identitätsprüfung eine Herausforderung. ^{[ 60 ]} Um Knoten zur Bereitstellung von Ressourcen zu bewegen oder sie sogar dazu zu zwingen, wurden verschiedene Anreizmechanismen implementiert. ^{[ 41 ]}

Einige Forscher haben die Vorteile der Selbstorganisation virtueller Gemeinschaften und der Einführung von Anreizen für Ressourcenteilung und Kooperation untersucht. Sie argumentieren, dass der in heutigen P2P-Systemen fehlende soziale Aspekt sowohl als Ziel als auch als Mittel zum Aufbau und zur Förderung selbstorganisierter virtueller Gemeinschaften betrachtet werden sollte. ^{[ 61 ]} Laufende Forschungsbemühungen zur Entwicklung effektiver Anreizmechanismen in P2P-Systemen, basierend auf Prinzipien der Spieltheorie, nehmen zunehmend eine psychologische und informationsverarbeitende Richtung ein.

Einige Peer-to-Peer-Netzwerke (z. B. Hyphanet ) legen großen Wert auf Datenschutz und Anonymität – das heißt, sie gewährleisten, dass die Inhalte der Kommunikation vor Abhörern verborgen bleiben und die Identität/der Standort der Teilnehmer verschleiert wird. Public-Key-Kryptographie kann zur Verschlüsselung , Datenvalidierung , Autorisierung und Authentifizierung von Daten/Nachrichten eingesetzt werden . Onion-Routing und andere gemischte Netzwerkprotokolle (z. B. Tarzan) können zur Gewährleistung von Anonymität verwendet werden. ^{[ 41 ]}

Täter von sexuellem Missbrauch per Livestream und anderen Cyberkriminalität haben Peer-to-Peer-Plattformen genutzt, um ihre Aktivitäten anonym durchzuführen. ^{[ 62 ]}

Obwohl Peer-to-Peer-Netzwerke für legitime Zwecke genutzt werden können, haben Rechteinhaber sie aufgrund ihrer Beteiligung am Austausch urheberrechtlich geschützten Materials ins Visier genommen. Peer-to-Peer-Netzwerke ermöglichen den Datenaustausch zwischen Nutzern ohne zwischengeschalteten Server. Unternehmen, die P2P-Anwendungen entwickeln, waren in zahlreiche Rechtsstreitigkeiten, vorwiegend in den USA, verwickelt, hauptsächlich aufgrund von Fragen des Urheberrechts . ^{[ 53 ]} Zwei wichtige Fälle sind Grokster gegen RIAA und MGM Studios, Inc. gegen Grokster, Ltd. ^{[ 54 ]} In beiden Fällen wurde die Filesharing-Technologie für legal erklärt, solange die Entwickler keine Möglichkeit hatten, den Austausch des urheberrechtlich geschützten Materials zu verhindern.

Um eine strafrechtliche Haftung für Urheberrechtsverletzungen in Peer-to-Peer-Systemen zu begründen, muss die Regierung nachweisen, dass der Angeklagte das Urheberrecht vorsätzlich und zum Zwecke persönlicher finanzieller Bereicherung oder kommerzieller Vorteile verletzt hat. ^{[ 63 ]} Ausnahmen der zulässigen Nutzung erlauben das Herunterladen urheberrechtlich geschützten Materials in begrenztem Umfang ohne Genehmigung der Rechteinhaber. Diese Dokumente sind üblicherweise Nachrichtenberichte oder Forschungs- und wissenschaftliche Arbeiten. Kontroversen bestehen hinsichtlich der Befürchtung einer unrechtmäßigen Nutzung von Peer-to-Peer-Netzwerken im Hinblick auf die öffentliche und nationale Sicherheit. Beim Herunterladen einer Datei über ein Peer-to-Peer-Netzwerk ist es unmöglich festzustellen, wer die Datei erstellt hat oder welche Nutzer zu einem bestimmten Zeitpunkt mit dem Netzwerk verbunden sind. Die Vertrauenswürdigkeit von Quellen stellt ein potenzielles Sicherheitsrisiko bei Peer-to-Peer-Systemen dar. ^{[ 64 ]}

Eine von der Europäischen Union in Auftrag gegebene Studie ergab, dass illegale Downloads zu einem Anstieg der Videospielverkäufe insgesamt führen können , da neuere Spiele für zusätzliche Funktionen oder Level kostenpflichtig sind. Die Studie kam zu dem Schluss, dass Piraterie negative finanzielle Auswirkungen auf Filme, Musik und Literatur hat. Die Studie basierte auf Selbstangaben zu Spielekäufen und der Nutzung illegaler Downloadseiten. Es wurde sorgfältig darauf geachtet, den Einfluss falscher und irreführender Angaben zu eliminieren. ^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]}

Peer-to-Peer-Anwendungen stellen einen der Kernpunkte in der Kontroverse um die Netzneutralität dar . Internetdienstanbieter (ISPs) sind dafür bekannt, den P2P-Dateitauschverkehr aufgrund seines hohen Bandbreitenverbrauchs zu drosseln . ^{[ 68 ]} Im Vergleich zum Surfen im Web, E-Mail oder vielen anderen Internetnutzungen, bei denen Daten nur in kurzen Abständen und in relativ geringen Mengen übertragen werden, ist der P2P-Dateitausch aufgrund kontinuierlicher Dateiübertragungen und Koordinierungspakete für Schwarm- und Netzwerkprozesse oft mit einem relativ hohen Bandbreitenverbrauch verbunden. Im Oktober 2007 begann Comcast , einer der größten Breitband-Internetanbieter in den Vereinigten Staaten, P2P-Anwendungen wie BitTorrent zu blockieren . Die Begründung lautete, dass P2P hauptsächlich zum Teilen illegaler Inhalte genutzt werde und ihre Infrastruktur nicht für kontinuierlichen, hohen Bandbreitenverkehr ausgelegt sei.

Kritiker weisen darauf hin, dass P2P-Netzwerke legitime, legale Anwendungsbereiche haben und dass dies ein weiterer Versuch großer Anbieter ist, die Nutzung und Inhalte des Internets zu kontrollieren und die Nutzer in Richtung einer Client-Server -basierten Anwendungsarchitektur zu lenken. Das Client-Server-Modell stellt für kleine Verlage und Einzelpersonen finanzielle Markteintrittsbarrieren dar und kann beim Austausch großer Dateien weniger effizient sein. Als Reaktion auf diese Bandbreitenbegrenzung begannen mehrere P2P-Anwendungen, Protokollverschleierung zu implementieren, beispielsweise die BitTorrent-Protokollverschlüsselung . Techniken zur Protokollverschleierung beinhalten das Entfernen ansonsten leicht identifizierbarer Eigenschaften von Protokollen, wie deterministische Bytefolgen und Paketgrößen, indem die Daten wie zufällig erscheinen. ^{[ 69 ]} Die Lösung der Internetdienstanbieter (ISPs) für die hohe Bandbreite ist P2P-Caching . Dabei speichert ein ISP den von P2P-Clients am häufigsten aufgerufenen Teil von Dateien, um den Internetzugang zu schonen.

Forscher nutzen Computersimulationen, um das komplexe Verhalten von Individuen innerhalb eines Netzwerks besser zu verstehen und zu bewerten. „Die Netzwerkforschung stützt sich häufig auf Simulationen, um neue Ideen zu testen und zu evaluieren. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, damit andere Forscher bestehende Arbeiten replizieren, validieren und erweitern können.“ ^{[ 70 ]} Ist die Forschung nicht reproduzierbar, wird die Möglichkeit weiterer Forschung eingeschränkt. „Obwohl ständig neue Simulatoren veröffentlicht werden, bevorzugt die Forschungsgemeinschaft nur wenige Open-Source-Simulatoren. Der Bedarf an Funktionen in Simulatoren ist, wie unsere Kriterien und Umfrage zeigen, hoch. Daher sollte die Forschungsgemeinschaft zusammenarbeiten, um diese Funktionen in Open-Source-Software zu integrieren. Dies würde den Bedarf an benutzerdefinierten Simulatoren reduzieren und somit die Reproduzierbarkeit und Glaubwürdigkeit von Experimenten erhöhen.“ ^{[ 70 ]}

Zu den in der Vergangenheit weit verbreiteten Simulatoren gehören NS2, OMNeT++, SimPy, NetLogo, PlanetLab, ProtoPeer, QTM, PeerSim, ONE, P2PStrmSim, PlanetSim, GNUSim und Bharambe. ^{[ 71 ]}

Neben den oben genannten Fakten wurden auch Arbeiten zu Open-Source-Netzwerksimulatoren vom Typ ns-2 durchgeführt. Ein Forschungsproblem im Zusammenhang mit der Erkennung und Bestrafung von Trittbrettfahrern wurde hier mithilfe des ns-2-Simulators untersucht. ^{[ 72 ]}