P2P'08: Die Ökonomie in P2P-Netzwerken
Auch im P2P-Zeitalter stehen nicht unbegrenzt Ressourcen zur Verfügung und nicht alle P2P-Clients sind gutwillig und kooperativ. Auf diese beiden Nenner lassen sich die wichtigsten aktuellen Probleme beim Design und in der Implementierung von Peer-to-Peer-Netzwerken bringen. Die Entwickler haben es also mit klassischen ökonomischen Fragestellungen zu tun, machte der Keynote-Speaker des zweiten Konferenztages, Henning Schulzrinne(öffnet im neuen Fenster) von der Columbia University, den Zuhörern im Eröffnungsvortrag klar. Seine wichtigste Schlussfolgerung präsentierte er dann auch gleich zu Anfang seines Vortrages: Die Ingenieure müssen sich bei ihren Designentscheidungen von ökonomischen Überlegungen leiten lassen. Der Verbrauch von Ressourcen wie Bandbreite und Energie muss ebenso berücksichtigt werden wie die vergleichsweise fest gegossene Internetarchitektur oder nationale Spezifika des Internetzugangs.
Schulzrinne machte in seinem Vortrag "Engineering Peer-to-Peer Systems" an verschiedenen Beispielen deutlich, wie sich die Bedingungen in der realen Welt auf das Systemdesign auswirken müssen. Ein großes Handicap stelle beispielsweise das fehlende "Bewusstsein für Lokalität" dar, das die allermeisten P2P-Systeme auszeichne. Dabei handelt es sich keineswegs um ein akademisches Problem. So werden etwa in Japan und Südkorea zunehmend mobile Endgeräte für den Internetzugang benutzt, während PCs immer mehr eine Außenseiterrolle einnehmen. Mobiltelefone eignen sich aber aufgrund ihrer begrenzten Leistung (Speicher, Rechenleistung, Bandbreite) kaum als P2P-Clients für die existierenden Protokolle.
P2P als Kostenfalle
In manchen Ländern gibt es außerdem keine echten Datenflatrates. Eine Konsequenz daraus ist, dass Internetnutzer, die über P2P-Clients Bandbreite zur Verfügung stellen, mit stark steigenden Kosten oder durch die Provider erzwungenen Bandbreiteneinschränkungen rechnen müssen, sobald ihr monatliches Datenvolumen einen vom Provider gesetzten Schwellenwert überschreitet. P2P-Clients, die das nicht berücksichtigen, stellen ein erhebliches Kostenrisiko für die Anwender dar und dürften auf ernste Akzeptanzprobleme treffen. Intelligente Routingverfahren müssten solche Einschränkungen berücksichtigen. Ganz abgesehen davon, ist es in Anbetracht der Gigabyte-Kosten immer noch billiger, hochauflösende DVDs per Post zu verschicken als über das Internet.
Die Provider ihrerseits sehen sich zu solchen Maßnahmen gegen ihre Kunden gezwungen, um ihre eigenen Kosten unter Kontrolle zu halten. Nur die wenigsten Provider verfügen ja über eigene Leitungskapazitäten; die meisten Provider kaufen Kapazitäten bei den Backbone-Betreibern oder Zwischenhändlern ein. Hinzu kommt, dass zu hohe Kosten für Leitungskapazitäten bei Tier-2-Providern zu Lasten der Investitionen in die Infrastruktur gehen.
P2P als Stromfresser
Nicht zu unterschätzen ist auch die Frage der Energieeffizienz. In großen P2P-Netzwerken zur Verbreitung von Inhalten mit hohem Bandbreitenbedarf wie beispielsweise Video an viele Teilnehmer müssten die Clients praktisch immer online sein, um für ausreichend Verfügbarkeit von Bandbreite zu sorgen. Das läuft aber allen Anstrengungen zu mehr Energieeffizienz zuwider. In vielen Fällen dürften "dynamische Server-Pools" die bessere Alternative darstellen.
Und schließlich stellt sich die Frage, wie die Servicequalität aus einer Managementperspektive sichergestellt werden soll. In traditionellen Kommunikationsnetzwerken sind strikte Überwachungsverfahren für alle Knoten implementiert, die sich zentral kontrollieren lassen. Die dezentrale Struktur von Peer-to-Peer-Netzwerken ohne Kontrollmöglichkeit für Integrität und Zuverlässigkeit von einzelnen Knoten stellt im Hinblick auf das Management eine fast unlösbare Aufgabe dar. Dazu kommen erhebliche Probleme beim Debuggen der Implementierung von Protokollen, die auf viele Knoten verteilt ablaufen. Dazu trägt in nicht geringem Umfang der Einsatz von Firewalls und NAT auf der Seite der Nutzer bei, die eine kausale Zuordnung von Fehlern ungemein erschwert. Aus Sicht der in der Ferne sitzenden Entwickler und Betreiber ist es kaum möglich, fehlerhafte Interaktionen der Clientsoftware mit der lokalen Firewall eindeutig zu erkennen. Die großen Mengen an Debuggingcode in der Clientimplementierung belastet darüber hinaus die Leistung des Systems.
P2P-Netzwerke können "Marktversagen" beseitigen
Trotz ihrer vielen Schwächen haben P2P-Netzwerke auch unbestreitbare Stärken und der Erfolg einzelner Netzwerke wie zum Beispiel Skype spricht in den Augen von Henning Schulzrinne unzweifelhaft dafür, dass P2P-Netzwerke eine Abhilfe für ein "Marktversagen" darstellen. Kleine, innovative Unternehmen können basierend auf P2P-Technik neue Dienste anbieten, ohne dafür große Vorabinvestitionen tätigen zu müssen. Die Kosten für Bandbreite und Infrastruktur fallen bei P2P zum überwiegenden Teil clientseitig an den Knoten des Netzwerks – also bei den Nutzern – an. Dass die Applikationen in den Endpunkten des Internets ablaufen, stimuliert Innovationen, schließlich sind Änderungen an der Internetstruktur nicht erforderlich, um neue Dienste anbieten zu können.
Aus Sicht der Anbieter skaliert ein P2P-Netzwerk zudem automatisch mit der Nachfrage nach der Dienstleistung: Jeder neue Client ist – theoretisch – auch ein neuer Server. Die Zuverlässigkeit ist dabei vergleichsweise höher als in einem klassischen Client-Server-Dienst, da echte P2P-Netzwerke keinen "single point of failure" kennen. Das Fehlen einer zentralen Kontrollinstanz führt zudem dazu, dass in der Praxis aus Sicht der Nutzer ein hohes Maß an Abstreitbarkeit gegeben ist, was P2P-Netzwerke vergleichsweise datenschutzfreundlich und zensurresistent macht.
P2P müssen sich begrenzten Ressourcen anpassen
Alles in allem weisen P2P-Netzwerke eine Reihe spezifischer Eigenschaften auf, die sie zu einem passenden Werkzeug für bestimmte Aufgaben machen, nicht aber zu einem "Allheilmittel" in allen Fällen, betonte Schulzrinne. Um ihr Potenzial in Zukunft voll ausschöpfen zu können, müssten die Entwickler sich stärker darauf konzentrieren, die von ihm aufgezählten Schwächen im Design und in der Implementierung wenigstens so gut wie möglich zu überwinden. Es sei an der Zeit, nicht mehr länger an den Algorithmen "herumzudoktern", sondern systematisch Protokolle zu entwickeln, die "zuverlässig sind, diagnostizierbares Verhalten aufweisen, gut skalieren, hohe Sicherheit aufweisen, agnostisch gegenüber den eingesetzten Hashverfahren und zudem NAT-freundlich sind", appellierte Schulzrinne an die versammelte Forschergemeinde. Die P2P-Clients der Zukunft sollten sich ihrer konkreten, begrenzten Ressourcen bewusst sein und die Protokolle diese Informationen beim Routing von Daten zwischen Clients berücksichtigen.
Nicht alle Knoten in einem Netzwerk sind kooperativ
Dem Problem der Sicherheit widmeten sich dann eine ganze Reihe der folgenden Vorträge. Das Sicherheitsproblem in P2P-Netzwerken lässt sich vereinfacht so zusammenfassen: Nicht alle Knoten in einem Netzwerk sind kooperativ. Dafür gibt es eine ganze Reihe möglicher Ursachen, darunter: Einzelne Clients arbeiten nicht korrekt; Schmarotzer nehmen über Gebühr die Bandbreite anderer Peers in Anspruch; Firewalls und NAT-Boxen greifen unkontrollierbar in den Datenfluss ein; in Filesharing-Netzwerken sind im Auftrag von Rechteinhabern Störer unterwegs; Angreifer wollen Daten ausspähen; Spammer wollen unerwünschte Werbung verschicken. Um ihre Ziele zu erreichen, greifen böswillige Akteure auf eine ganze Bandbreite von Angriffsmethoden zurück. So werden beispielsweise gefälschte Inhalte ins Netzwerk eingeschleust, Knoten mit Denial-of-Service-Angriffen traktiert oder auch ganze Netzwerksegmente durch "Vergiftung" (englishc poisoning) der Routingtabellen ausgeblendet.
Die Entwickler sehen sich in Anbetracht der verschiedenen Störfaktoren mit drei ganz unterschiedlichen Aufgaben konfrontiert: Fehlerhafte Implementierungen müssen debuggt werden; die Protokolle müssen lernen, besser mit Firewalls und NATs zusammenzuarbeiten; Schmarotzer müssen zur Kooperation gebracht oder gebremst werden; Störer müssen ausgeschlossen werden.
In den Vorträgen wurden ganz unterschiedliche Ansätze der Problemlösung präsentiert. Mark Lillibridge von den Hewlett-Packard Labs(öffnet im neuen Fenster) will den Schaden durch Störer (Spammer, Fälscher) begrenzen, indem die Anzahl ihrer möglichen Uploads pro Zeitintervall begrenzt wird. Gerade Störer zeichnen sich dadurch aus, dass sie in möglichst kurzer Zeit möglichst viele unerwünschte Dateien im Netzwerk verbreiten wollen. Würde man ihnen beispielsweise nur ein bis zehn Uploads pro Stunde gestatten, ließe sich die Flut unerwünschter Inhalte im Netz spürbar eindämmen, ohne dass die Up- und Downloadraten für erwünschte Inhalte darunter leiden würden.
Raúl Landa von der Universität London(öffnet im neuen Fenster) will die Qualität der Dienste beispielsweise hinsichtlich der Antwortzeiten zwischen Peers verbessern, indem er Peers zu mehr und ehrlicherer Kooperation bringt. Dazu analysierte er das Verhältnis zwischen Knoten mikroökonomisch als Prinzipal-Agent-Konstellation(öffnet im neuen Fenster). Daraus schlussfolgerte er, dass durch den Einsatz geeigneter Belohnungen und mit Hilfe von Verträgen zwischen Knoten eine Qualitätssteigerung erreicht werden könnte. Die Antwort auf die Frage aus dem Auditorium, wie sein Konzept in der Praxis implementiert werden könnte, blieb er allerdings schuldig.
Giancarlo Ruffo von der Universität Turin(öffnet im neuen Fenster) rückt zusammen mit seinen Kollegen dem Problem des Mangels an Vertrauen von Unternehmen in die Zuverlässigkeit von P2P-Netzwerken zu Leibe. Indem er im Likir-System(öffnet im neuen Fenster) (das auf Kademlia aufbaut) unter Rückgriff auf Verschlüsselungs- und Authentifizierungsmechanismen Knoten-IDs und IP-Adressen verknüpft, ermöglicht er die eindeutige Zuordnung von Verantwortlichkeiten. Wo klare Verantwortlichkeiten existieren, lassen sich Störer im Netzwerk leichter identifizieren und gegebenenfalls auch bestrafen.
Es ist offensichtlich, dass dieser Ansatz in den weit verbreiteten P2P-Netzen wenig Freunde finden wird, lieben die Nutzer doch gerade die Anonymität in diesen Netzen. Auf der anderen Seite lassen sich aber eine ganze Reihe von Szenarien denken, in denen P2P-Netze für spezielle Zwecke erfolgreich nach dem von Ruffo präsentierten Konzept betrieben werden könnten, vorausgesetzt, die Verschlüsselungsfunktionen verbrauchen nicht zu viel Ressourcen. Denn Ressourcen sind, wie gesagt, auch im P2P-Zeitalter knapp. [von Robert A. Gehring]
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