libp2p

1. libp2p
 Powered by DMM Blockchain Labs 1
2. 自己紹介 - About me
 @ DMM.com Shinohara Wataru ・DMM.com Blockchain Engineer ・I really love Roller Coasters. @shinanonozenji_ 2
3. 書籍紹介 - Publishing
 @ DMM.com 3
4. libp2pとは
 @ DMM.com • p2p分散アプリケーションを作るフレームワーク • 元々はIPFSのプロトコル • 今はIPFSから独立したプロジェクト 4
5. 多言語での実装
 @ DMM.com • Rust • Go • JavaScript • Java • Haskell • Python 5 substrate-network-libp2p
6. p2pおさらい
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7. p2pとは
 @ DMM.com • 対等の者同士が対等な立場で相互にやり取りをおこなう ◦ 対等の者(Peer = Node) • ネットワークの参加者はクライアント、サーバー両方の役割を担える • システムの中心となる存在がいない ◦ ≠ クライアント/サーバーネットワークモデル • ノードが停止しても一台さえあればサービスが止まることはない 7
8. p2pの代表的なサービス
 @ DMM.com • Blockchain • Skype • WebRTC • BitTorrent 8
9. p2pのメリット
 @ DMM.com • 参照性能の向上 ◦ 状態を持つ処理はまた別の困難が存在 • 耐障害性 ◦ 一部のノードが障害を起こしてもシステムは停止しない • Overlay Network ◦ 異なるネットワーク間でも同一ネットワークとして通信可能 →中央管理者がいらない 9
10. p2pアプリケーション開発の問題
 @ DMM.com • 実現するために必要な機能が多い ◦ Transport ◦ Discovery ◦ Peer Routing ◦ NAT Traversal(UDP Hole punching...) ◦ and more. 10
11. NAT Traversal
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12. NAT Traversalとは
 @ DMM.com ネットワークの中から他のネットワークの中へ通信する技術 12 private IP global IP private IP
13. NAT Traversalの用語説明
 @ DMM.com • NAT ◦ private IP ←→ public IPの変換 • STUN ◦ 外から見た自分のアドレス(Refrective Addrress)を返す • UDP ホールパンチング ◦ STUNで得られたアドレスを使ってコネクションを張る 13
14. NAT Traversalの用語説明(2)
 @ DMM.com • ICE(Interactive Connectivity Establishment) (WebRTCで使う) ◦ ホールパンチしてくれる ▪ vanilla(ホールパンチの結果をまとめて送信) ▪ trickle(ホールパンチの結果を逐次送信) • 早くコネクションを張る可能性がある 14
15. NAT Traversalの困難
 @ DMM.com NATは統一規格がない • full cone NAT • address restricted cone NAT • port restricted cone NAT • sequential port symmetric NAT • random port symmetric NAT ホールパンチができないものもある 15
16. NAT Traversalの用語説明(3)
 @ DMM.com • TURN ◦ ホールパンチングができない場合にデータ中継をリレーする 16 TURN
17. libp2p
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18. libp2pは何を解決するか
 @ DMM.com p2pアプリケーションを実現するために必要なモジュールを提供する 18
19. • p2pアプリケーション、通信以外の全て • そこは実装しよう libp2pは何を解決しないか
 @ DMM.com 19
20. • 効率性 • 可用性 • 発展性 libp2pの主な特徴
 @ DMM.com 20
21. libp2pの主な特徴
 @ DMM.com • 効率性 ◦ 基礎となるトランスポートの効率的使用 ◦ 接続の再利用性（ソケットの効率的な利用） ◦ ピア間の通信を1つのコネクションで多重化する ▪ ハンドシェイクのオーバーヘッド回避 ▪ ポートの枯渇回避 21
22. libp2pの主な特徴
 @ DMM.com • 可用性 ◦ ネゴシエーションプロセスで、ピア間でマルチプロトコルとそれぞれの バージョンを使用可能 ◦ 後方互換性 現状のLinuxなどで動作する ◦ 現在のネットワーク技術の全機能を使用可能 22
23. libp2pの主な特徴
 @ DMM.com • 発展性 ◦ NAT Traversal ◦ 接続中継 ▪ Relay ◦ 暗号化 23
24. モジュール
 @ DMM.com • 必要な機能をモジュールを選択することで実現する • プロトコルの修正があってもモジュールでアップデートできる 24
25. Relay Protocol
 @ DMM.com • 暗号化されたTURN ◦ NAT越えできないノードを中継ノードででつなぐ ◦ 通信は暗号化されて身元確認(identity)がある • 通信間のノードが中間者攻撃できない ◦ secioでend-to-endで暗号化している • 許可すれば他のアプリケーションのlibp2p通信のrelayになれる 25
26. レイヤー
 @ DMM.com 26 Application Stream Multiplex Encryption Transport
27. Transport
 @ DMM.com • transportでコネクションを確立してconnectionを作成する 27 dial listen connection確立 Connection Transport
28. あらゆるプロトコルに対応
 @ DMM.com 暗号化されてないプロトコル • TCP • UDP • SCTP(ストリーム処理) • UDT(UDPベースのデータ転送) • uTP(torrentでデータ転送に使ってる) 28 uTP https://www.bittorrent.org/beps/bep_0029.html
29. あらゆるプロトコルに対応
 @ DMM.com 暗号化されたプロトコル • TLS • QUIC(TCP and TLS + HTTP/2 over UDP) • CurveCP(楕円曲線を使った通信) • SSH • Noise ◦ lightning networkのBOLT仕様で利用 29 CurveCP https://curvecp.org/ Noise http://noiseprotocol.org/
30. 自己記述アドレス（マルチアドレス）
 @ DMM.com • /ip4/90.46.231.22/udp/25000 ◦ IPv4の90.46.231.22でUDP 25000 • /ip6/fe80::0202:b3ff:fe1e:8329/udp/1567/quic ◦ IPv6のfe80::0202:b3ff:fe1e:8329でUDP 1567でQUICを使う 30 QUIC UDP : 1567 IPv6 : fe80::0202:b3ff:fe1e:8329 multiaddr transport
31. 暗号化
 @ DMM.com • secio ◦ 通信の暗号化をサポート ◦ 暗号化してないプロトコルも暗号化して通信する ◦ そのうちTLS1.3になるのかな？ 31 Application Stream Multiplex Encryption Transport
32. Stream(仮想双方向チャネル)
 @ DMM.com • connection自体を使うのではなくその上にstreamを作成する • streamは複数作成できる • connectionを使い回すため 32 stream stream stream Stream Multiplex
33. Stream Multiplex(多重化、逆多重化)
 @ DMM.com 複数のstreamを一つのコネクションにまとめる • SPDY • mplex(バックプレッシャーなし) • yamux(バックプレッシャー付き) 33 stream stream stream Application Stream Multiplex Encryption Transport
34. Streamの選択
 @ DMM.com • streamのプロトコルをmultistreamで複数定義する • 接続の際にmultistream-selectでプロトコルを選択 ◦ 相手がそれにOKしたら接続完了 34 sshです echoです
35. Swarm
 @ DMM.com • 複数Transportの管理 • 複数Connectionの保持 • Peerの情報管理(Peer Store) • ConnectionとStreamのハンドラ 35
36. Discovery
 @ DMM.com • 起動時のノード探索 ◦ bootstrapを使用 • ローカルのノード探索 ◦ mDNS(multicast DNS)を使用 • その他 ◦ Kademliaの分散ハッシュテーブルを使用 36 Application Stream Multiplex Encryption Transport
37. PubSub
 @ DMM.com • FloodSub ◦ 簡易実装 ◦ 全てのsubscriberにpublishするので帯域を圧迫する可能性 • GossipSub ◦ メッシュ内に伝播してメッシュ外はgossipプロトコル ◦ gossipはrandomなので到達の不確実性がある（気がする 37
38. 独自プロトコルの作成
 @ DMM.com 例えば以下のような独自プロトコルを定義できる • bbq on BBQ Birch test net on Substrate • dot on Polkadot 38
39. 話さなかったこと - I did not speak
 @ DMM.com • Network Layer • Swarmの詳細 ◦ Dial Synchronization System • 諸々のシーケンス 39
40. 総括 - Conclusion
 @ DMM.com • Network Layer理解不足 • これあればアプリが作れる、アプリ間も繋げやすいぞ • モジュールを各レイヤーでプラガブルに利用できるのは面白い • コネクション一つを使い回すのは良い ◦ streamの詰まりは起きないのだろうか？ • 抽象化が過ぎる 40
41. 参考
 @ DMM.com 41 https://github.com/libp2p/specs https://github.com/libp2p/js-libp2p https://qiita.com/kikuchi_kentaro/items/1cfcb8 65b97cd2b309aa https://github.com/multiformats/multiaddr https://www.slideshare.net/iwashi86/webrtcic e https://www.parity.io/why-libp2p/ https://github.com/libp2p/js-libp2p-floodsub https://github.com/libp2p/go-libp2p-secio/issu es/7 http://www.wata-lab.meijo-u.ac.jp/file/seminar /2006/2006-Semi2-Shoichi_Kuzuya.pdf http://tutorials.jenkov.com/p2p/peer-routing-ta ble.html
42. Thank you for the attention.
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