Dezentrales Netzwerk soll Inhalte effizient und kostengünstig ausliefern

NOIA verknüpft CDN mit P2P und Blockchain

| Autor / Redakteur: Dirk Srocke / Andreas Donner

NOIA arbeitet nicht nur an einer dezentralen CDN-Architektur, sondern auch an eigener Hardware.
NOIA arbeitet nicht nur an einer dezentralen CDN-Architektur, sondern auch an eigener Hardware. (Bild: NOIA)

Mit Blockchain und Peer-to-Peer-Verbindungen will NOIA eine dezentrale Alternative zu bisherigen Content Delivery Networks schaffen. Klassische Anbieter experimentieren derweil schon selbst mit ähnlichen Technologien.

Als „broken“ – also kaputt – brandmarkt NOIA Network Ltd. die Infrastruktur des jetzigen Internets. Die sei in ihrer aktuellen Form nicht in der Lage, dramatisch wachsende Datenmengen zu bewegen. Und von genau denen geht die Firma mit litauischen Wurzeln aus, die nach eigenen Angaben offiziell in Gibraltar registriert ist. Als Beleg zitiert NOIA Zahlen Ciscos; denen zufolge werde sich der Traffic im Netz von 96 Exabyte 2016 auf 278 Exabyte 2021 verdreifachen.

Klassische Content Delivery Networks (CDN) beschreibt NOIA dabei nicht als Lösung, sondern als Teil des Problems. Die in wenigen Rechenzentren betriebenen CDNs könnten nicht mit dem prognostizierten Wachstum mithalten und seien überdies in den stark zulegenden Entwicklungsländern nicht vertreten. Damit Anbieter ihre Inhalte künftig dennoch kostengünstig und performant zu jedem Client weltweit bringen können, schlägt NOIA daher einen neuartigen Ansatz vor. Bei dem sollen Endanwender nicht benötigte Netzwerk- und Speicherressourcen der Allgemeinheit zur Verfügung stellen. Hierfür verknüpft NOIA Peer-to-Peer-Netze (P2P) und CDN mit einer Blockchainökonomie.

Das klingt zugleich überraschend wie logisch – lösen doch P2P und CDN im Prinzip ein ähnliches Problem: Kopien von Inhalten so über eine Infrastruktur zu verteilen, dass diese näher zum Client gelangen. Dieser soll somit Daten schneller und mit geringeren Latenzen beziehen als von einem entfernten Server.

Beide Ansätze haben jedoch auch ihre eigenen Schwächen und Besonderheiten, die NOIA nun offenbar in den Griff bekommen will. Die besondere Herausforderung für P2P-Netze lautet, Systeme mit verschiedensten Ressourcen unter einen Hut zu bringen. Gegen CDN spricht derweil deren Zentralisierung: Wenngleich die Rechenzentren weltweit verteilt sind, ist deren Zahl begrenzt und Single Points of Failure nicht auszuschließen. Überdies stehen hinter CDNs einzelne Anbieter mit einer globalen Sicht auf Kundendaten sowie Datenströme – und entsprechendem Missbrauchspotential.

Architektur mit zwei Schichten...

Zu NOIAs dezentralisiertem CDN der nächsten Generation gehören zwei miteinander verflochtene Schichten:

Der auf der Ethereum Blockchain aufsetzende Governance Layer umfasst Marketplace sowie eine Reihe von Smart Contracts. Die steuern die Ökonomie zwischen den Teilnehmern des Netzes und regeln, wie Tokens zwischen Nodes und Nutzern des Netzes verteilt werden.

Der Content Scaling Layer kümmert sich derweil darum, wie Inhalte technisch über das CDN verteilt und von diesem ausgeliefert werden. Dabei setzt NOIA auf ein proprietäres Protokoll, das teilweise bekannte Ansätze aufgreift – darunter Peer Exchange (PEX), BitTorrent, Distributed Hash Table (DHT) und Websocket. Zusätzliche Algorithmen ergänzen die Lösung um Funktionen für künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen. So will NOIA unter anderem die schnellsten Routen aufspüren, den Traffic im Netzwerk vorhersehen sowie Inhalte „smart“ cachen und weiterleiten.

...drei Rollen...

Die NOIA-Infrastruktur folgt einem hierarchischen Modell mit drei Rollen. An der Spitze soll langfristig eine dezentrale Autonomous Organization (DAO) stehen, welche die Master Nodes des Netzwerks steuert. Diese wiederum kommunizieren ihrerseits mit den Worker Nodes.

Bevor das Zusammenspiel der einzelnen Parteien innerhalb des NOIA CDN erläutert wird, soll an dieser Stelle ein Einschub zur eben erwähnten DAO stehen. Diese würde den dezentralen Ansatz des CDN zwar verwirklichen, soll zum Start des Netzes jedoch zunächst durch einen zentral betriebenen Cloud Controller ersetzt werden. Begründung von NOIA: Weil die Technologie noch nicht ausgereift ist wäre es ein Risiko, gleich von Anfang an auf ein vollkommen dezentrales Netz zu setzen.

Zurück zum CSL Stack. DAO respektive Cloud Controller stehen an der Spitze der Hierarchie. Von hier aus autorisiert und steuert die Instanz die nachgelagerten Master Nodes. Das beinhaltet Auswahl und Load Balancing der Master Nodes sowie QoS-Kontrolle.

Zwischen Cloud Controller und Work Node angesiedelt kommt dem Master Node Client eine Vermittlerrolle zu. Die Systeme setzen auf dem UDP Tracker Protokoll für BitTorrent auf und kümmern sich um Pooling sowie das Load Balancing der Worker Nodes, ermitteln die schnellsten verfügbaren Routen und versorgen den Cloud Controller mit Performance-Metriken.

Mit den Worker Node Clients können (beliebige) Endnutzer dem Netzwerk schließlich nicht benötigte Speicherkapazitäten und Bandbreiten vermieten. Als Node.js-Anwendung sollen die Worker Nodes auf Linux, Windows sowie macOS laufen.

...und einer JS Library

Weitere Komponente des NOIA-Netzes ist eine CSL JS Library. Die wird in jene Websites eingebunden, welche das CDN nutzen wollen. Der Code sendet Datenanfragen an Master Nodes und erhält Inhalte dann von der NOIA-Infrastruktur zurück. Kann das CDN die Anfrage nicht zügig beantworten, bezieht der Code seine Informationen aus der ursprünglichen Quelle.

Im Einzelnen läuft das komplette Verfahren so ab: Besucht ein Anwender eine Webseite, wird die CSL JS Library in den lokalen Speicher des Clients (Browser) geladen. Fordert der Nutzer nun einen Inhalt an, übersetzt die CSL JS Library die Anfrage in einen SHA256-Infohash; dieser wird samt Request an den nächsten, vom Cloud Controller ausgewählten Master Node geschickt. Dieser Master Node prüft nun, ob der Inhalt im Schwarm der Worker Nodes vorhanden ist. Falls ja, erhält der Client eine optimale Liste mit Nodes und Metadaten, um die Daten von der bestmöglichen Quelle zu beziehen.

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Vorzüge der Lösung

Laut Anbieter soll das NOIA-CDN Inhalte nur vorübergehend und gemäß des jeweiligen Bedarfs vorhalten. Daten könnten zudem dynamisch über verschiedene Lokationen umverteilt werden. Durch Traffic-Vorhersagen und Machine Learning ließen sich Daten dabei vorausschauend über verschiedenen Points of Presence (POP) verteilen.

Überdies sei der CSL-Ansatz beliebig skalierbar. Verglichen mit klassischen CDNs sollen die Dienste des NOIA-Netzes dabei deutlich günstiger ausfallen. Erreiche das Projekt seinen Hard-Cap würde die Auslieferung eines GBytes circa 0,01 US-Dollar kosten; marktüblich sei bislang das bis zu Achtfache.

Roadmap und Zukunftspläne

Laut Roadmap befindet sich das 2017 ausgearbeitete Konzept NOIAs bislang noch in einer frühen „MVP/Demo“-Phase (MVP = Minimal Viable Product). Das beinhaltet einen rudimentären und funktional noch recht eingeschränkten Worker Client; bereitgestellte Speicher- und Netzwerkressourcen lassen sich noch nicht ändern. Als Demo streamt der Anbieter auf seiner Homepage zudem ein Video und zeigt zugleich an, von welchem Ort ein Worker Node die Daten zum Endnutzer schickt.

Bislang bewegen sich die Instrumente des des NOIA Network Nodes kaum, auch Einstellungen sind nur begrenzt möglich.
Bislang bewegen sich die Instrumente des des NOIA Network Nodes kaum, auch Einstellungen sind nur begrenzt möglich. (Bild: NOIA (Screenshot))

Wenngleich wir testweise einen Worker Node auf einem Windowsrechner installiert hatten, können wir selbst nach mehreren Tagen kaum Aktivitäten beobachten. Glaubt man der Darstellung auf NOIAs Webseite gelangte der Demostream auch nie aus dem Cache des Nodes innerhalb unseres Netzes in den Browser, sondern stets von einem deutlich weiter entfernten System.

Betreiber von Working Nodes will NOIA übrigens bereits jetzt mit Tokens belohnen. Eine entsprechende ETH-Adresse kann in der Software vermerkt werden. Um tatsächlich in den Genuss der virtuellen Münzen zu kommen, müssen sich Nutzer allerdings aufwändig beim Anbieter registrieren, der sich dabei auch Scans von Ausweisdokumenten erbittet.

Ab 16. Juli will NOIA mit dem Verkauf eigener Tokens starten, um die Finanzierung des Projektes zu sichern. Für das dritte Quartal ist ein Alpha/Testnet mit ersten Kunden (Partnern) geplant.

Die Beta soll im zweiten Quartal 2019 starten; im gleichen Zeitraum will NOIA dann auch Partnerschaften mit internationalen Internet Service Providern vorweisen. Eine globale Kundenbasis werde schließlich ab drittem Quartal 2019 wachsen können. Noch zuvor will NOIA Anfang 2019 eine NOIA Edge genannte Appliance präsentieren – eine Kombination aus Node-Software und Router, die dem Netzwerk ungenutzte Ressourcen rund um die Uhr zur Verfügung stellen soll – anders als sporadisch genutzte Rechner.

Ab Ende 2019 wolle man sich dann um eine echte Dezentralisierung des Systems bemühen.

Und die klassischen CDN-Anbieter?

Während NOIA mit der Blockchain im Revier klassischer CDN-Anbieter wildert, entdecken auch jene die Potenziale der Distributed Ledger für sich – und selbst Kooperationen mit dem Herausforderer liegen in der Luft. So hieß es in einem NOIA-Newsletter vom 2. Juni, dass etablierte Anbieter die Lösung als zusätzliche Auslieferungsschicht erwägen: „Even traditional CDN’s are interested in us as an additional delivery layer. So don’t miss the news.“

Überdies verkündete CDN-Dienstleister Akamai kürzlich, gemeinsam mit der Mitsubishi UFJ Financial Group an einem Blockchain-basierten Onlinezahlungsnetzwerk zu arbeiten. Inwieweit das Projekt als Reaktion auf NOIA verstanden werden könne, ließen die Anbieter auf Nachfrage allerdings offen.

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