비트토렌트

비트토렌트(BitTorrent)

비트토렌트(BitTorrent)

비트토렌트(BitTorrent)는 음악, 영화, 문서 등 다양한 데이터 파일을 인터넷에서 P2P 방식으로 전송하고 공유할 수 있는 통신 프로토콜 서비스이다. 비트토렌트는 중국의 저스틴 선이 만든 암호화폐인 트론(Tron)에 인수된 후 비트토렌트토큰(BTT)을 만들었다.

중국의 암호화폐인 트론 측은 2018년 6월 비트토렌트(BitTorrent)를 1억 2,000만 달러(약 1,300억원)에 인수했다. 개인간 P2P 파일 공유 업체인 비트토렌트는 전 세계 138개국에 1억명의 활성화된 사용자와 10억명의 일반 사용자를 보유하고 있어 P2P 시장에서 가장 많은 사용자를 가지고 있다. 트론의 비트토렌트 인수는 트론 생태계 확장 전략의 일환으로, 비트토렌트의 인프라와 트론의 블록체인이 결합되면 세계에서 가장 큰 P2P 네트워크를 만들 수 있다. 이 결합은 온라인 콘텐츠의 지불 계산과 글로벌 결제에 대한 새로운 가능성을 제공할 것이다. 콘텐츠 제작자는 중개자 없이 분산 네트워크를 통해 수억 명의 글로벌 사용자에게 다가갈 수 있다. 이러한 변화로 인해 다양한 산업이 큰 영향을 받게 될 것이다.

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특징

• 분산형 아키텍처 : 비트토렌트의 분산형 아키텍처는 전통적인 클라이언트-서버 모델과 대비된다. 이 아키텍처는 다음과 같은 특성을 갖고 있다.

1. 데이터 분산: 중앙 서버에 의존하지 않고 모든 참여자가 데이터를 분산하여 저장하고 전송한다. 이는 네트워크 전체의 안정성을 높이고 특정 서버에 과부하가 걸리는 것을 방지한다.
2. 탈중앙화: 데이터의 분산은 탈중앙화된 네트워크를 형성하여, 중앙 통제나 검열을 회피할 수 있게 한다. 이는 사용자에게 자유롭고 개방적인 파일 공유 환경을 제공한다.
3. 중복성: 파일의 각 조각이 여러 피어에 분산 저장됨으로써, 특정 피어가 다운되더라도 파일의 손실이 최소화된다다.

• 파일 분할 및 병렬 다운로드 : 비트토렌트는 파일을 수백 개에서 수천 개의 작은 조각으로 분할하여 전송한다. 이 방식은 다음과 같은 이점을 제공한다.

1. 효율적 다운로드: 여러 피어로부터 동시에 파일의 다른 조각을 다운로드할 수 있어 전송 속도가 극대화된다다.
2. 동적 분배: 네트워크의 각 피어는 자신이 받은 조각을 즉시 다른 피어에게 업로드할 수 있어 자원의 사용 효율성을 극대화한다.
3. 에러 복구: 파일의 작은 조각 단위로 전송되기 때문에 특정 조각에 문제가 생길 경우 해당 조각만 재전송하면 되므로 전체 파일의 재전송을 방지할 수 있다.

• 트래커(Tracker) : 트래커는 비트토렌트 네트워크에서 중요한 역할을 한다. 주요 기능은 다음과 같다.

1. 피어 관리: 트래커는 파일을 공유하는 모든 피어의 목록을 관리하고, 새로운 피어가 네트워크에 참여할 때 연결할 수 있는 피어를 제공한다.
2. 연결 설정: 초기 연결을 설정하여 피어 간의 파일 조각 교환이 원활하게 이루어지도록 돕는다.
3. 상태 정보 제공: 네트워크의 상태, 피어의 수, 전송 속도 등 중요한 정보를 제공하여 네트워크 운영을 지원한다.
4. 분산 트래커: 일부 비트토렌트 클라이언트는 여러 트래커를 사용하여 중앙 집중식 트래커에 의존하지 않고 네트워크의 안정성을 높인다.

• 시드(Seed)와 피어(Peer) : 비트토렌트 네트워크에서는 시드와 피어의 역할이 중요하다.

1. 시드(Seed): 파일의 모든 조각을 보유하고 있는 사용자를 시드라고 한다. 시드는 파일을 완전히 다운로드한 후에도 네트워크에 남아 다른 피어에게 파일을 계속 업로드한다. 이는 네트워크의 효율성을 유지하고 파일의 가용성을 높인다.
2. 피어(Peer): 파일의 일부를 다운로드 중인 사용자를 피어라고 한다. 피어는 자신이 받은 조각을 다른 피어에게 업로드하여 네트워크의 일원으로서 역할을 한다.
3. 리치: 파일의 모든 조각을 다운로드했지만, 아직 업로드를 계속하는 피어를 리치라고 한다. 이들은 시드와 유사한 역할을 하지만, 일부 조각을 더 많이 업로드할 수 있다.

• 희소 조각 우선 순위(Rarest First) : 비트토렌트의 희소 조각 우선 순위 전략은 네트워크 효율성을 극대화하기 위한 방법이다.

1. 희소성 분석: 각 피어는 네트워크 상에서 어떤 파일 조각이 가장 희소한지를 분석한다. 이는 피어 간의 통신을 통해 이루어진다.
2. 우선 다운로드: 희소한 조각을 우선적으로 다운로드하여 네트워크 전체에 조각이 고르게 분포되도록 한다. 이는 파일의 완전성을 보장하는 데 중요한 역할을 한다.
3. 조각 균등화: 희소 조각을 먼저 다운로드함으로써 파일의 각 조각이 균등하게 퍼지고, 모든 피어가 골고루 업로드와 다운로드를 할 수 있게 한다.

• 초기 시드 및 최적화 전략 : 비트토렌트는 파일 배포를 최적화하기 위해 다양한 전략을 사용한다.

1. 초기 시딩(Initial Seeding): 시드가 파일을 처음 배포할 때, 가장 희소한 조각을 우선 전송하여 파일의 빠른 배포를 도모한다. 이는 파일의 초기 분포를 최적화하여 다운로드 속도를 높인다.
2. 조각 요청 최적화: 피어는 가장 필요한 조각을 먼저 요청하여 다운로드 효율성을 극대화한다. 이는 네트워크 상태와 피어의 현재 상황에 따라 동적으로 조정된다.
3. 피어 선택 알고리즘: 피어는 자신에게 가장 빠르게 전송할 수 있는 다른 피어를 선택하여 다운로드 속도를 최적화한다.

• 자유로운 확장성 : 비트토렌트의 구조는 네트워크의 크기에 관계없이 확장 가능하다.

1. 참여자 증가: 네트워크에 더 많은 피어가 참여할수록 다운로드 속도가 빨라질 수 있다. 이는 피어가 많을수록 파일 조각을 서로 더 빠르게 교환할 수 있기 때문이다.
2. 무한 확장성: 새로운 피어가 추가될 때마다 네트워크의 전체 자원이 증가하므로 시스템은 사실상 무한히 확장 가능하다.
3. 적응성: 네트워크는 새로운 상황에 빠르게 적응할 수 있으며, 다양한 규모의 파일 전송을 효율적으로 처리할 수 있다.

• 암호화 및 보안 : 비트토렌트는 데이터 전송의 보안을 강화하기 위해 다양한 암호화 기법을 사용한다.

1. 프로토콜 암호화: 비트토렌트 프로토콜 자체에 암호화 기능이 포함되어 있어 데이터 전송이 안전하게 이루어진다. 이는 인터넷 서비스 제공업체(ISP)의 트래픽 스누핑을 방지한다.
2. 전송 암호화: 전송 중인 데이터 패킷을 암호화하여 중간자 공격(man-in-the-middle attack)이나 데이터 가로채기를 방지한다.
3. 기밀성 유지: 암호화는 전송 중인 데이터의 기밀성을 유지하고, 사용자 개인정보를 보호하는 데 중요한 역할을 한다. 이는 파일 전송의 보안성을 높인다.

• DHT(Distributed Hash Table) : DHT는 트래커 없이도 피어 간의 연결을 가능하게 하는 기술이다.

1. 트래커 독립성: 트래커가 중단되거나 장애가 발생해도 네트워크가 계속 작동할 수 있다. 이는 네트워크의 안정성을 크게 향상시킨다.
2. 피어 검색: 피어들이 분산된 해시 테이블을 통해 서로를 찾을 수 있다. 이는 네트워크의 자율성과 유연성을 높인다.
3. 내장 분산 시스템: DHT는 분산 시스템을 내장하고 있어 네트워크의 확장성과 안정성을 보장한다. 이는 중앙 서버에 의존하지 않고도 피어 간의 효율적인 연결을 지원한다.

프로토콜

비트토렌트는 P2P 방식을 사용하는 대표적인 프로토콜로서 전 세계 인터넷 트래픽 중 매우 많은 부분을 차지하고 있다. 비트토렌트 프로토콜은 기존의 파일 다운로드 방식인 서버-클라이언트 구조의 일대다 파일 공유방식을 사용하는 대표적인 프로토콜이다. 우측 그림은 기존의 파일 공유 방식과 P2P 파일 공유 방식의 차이를 보여준다. 일대일 파일 공유 방식은 서버가 A라는 파일을 가지고 있고 클라이언트가 서버로부터 A를 받아가는 방식이다. 일대일 파일 공유 방식은 인터넷 환경과 서버의 성능 및 정책에 따라 파일 전송 속도가 결정되며, 이 속도는 전송이 완료될 때까지 유지되는 것이 일반적이다.

일대다 파일 공유 방식은 A 파일을 5개의 조각으로 나누어 각 클라이언트 간에 조각들을 서로 교환하는 방식이다. 클라이언트는 A 조각들을 소유 및 공유하고 있는 클라이언트와 세션을 생성하여 필요한 조각에 대하여 전송을 요청한다. 각 클라이언트들은 A를 공유하고 있는 새로운 클라이언트를 발견하면 자신이 가지고 있는 조각의 정보를 알려주고 새로운 클라이언트에게 자신이 필요한 조각을 요청한다. 이러한 방식 때문에 하나의 클라이언트는 여러 개의 클라이언트들과 무수히 많은 세션을 생성하게 되며 세션이 계속하여 늘어남에 따라 사용자의 다운로드 속도는 점진적으로 늘어나 클라이언트가 사용하는 인터넷 환경의 최대 대역폭까지 다운로드 속도가 증가한다.

비트토렌트 프로토콜은 파일을 공유하는 많은 클라이언트들과 동시에 많은 세션들을 생성하여 매우 빠른 다운로드 속도로 파일을 받을 수 있다. 하지만 무수히 많은 세션을 생성하여 파일을 공유하는 방식에 대한 문제점들이 통신 사업자에서 논의되고 있으며, 이러한 문제점을 이해하기 위해서 비트토렌트 프로토콜의 원리에 대한 이해가 필수적이다.

동작원리

비트토렌트는 P2P 방식을 사용하는 대표적인 프로토콜이다. P2P 방식은 클라이언트와 클라이언트 간에 세션이 직접 생성되는 것과 공유하고자 하는 파일을 여러 개의 조각으로 나누어 주고받는 것이 특징이다. 비트토렌트 프로토콜을 사용하여 파일을 다운로드 받기 위해서는 비트토렌트 클라이언트 프로그램을 설치하여야 한다. 설치 이후 사용자는 웹을 통해 다운로드 받고자 하는 파일의 정보가 담긴 토렌트 파일을 받아 실행하여야 한다. 토렌트 파일은 공유할 파일을 가지고 있는 사용자가 자료 공유를 목적으로 토렌트 파일을 작성하여 웹에 게시하는 것이 일반적이며, 자료를 얻고자 하는 유저는 해당 토렌트 파일을 받아 실행하면 자료를 다운로드 받을 수 있다.

1. 조각(piece) : 공유 파일을 작은 용량 단위로 조각 낸 파일이다.
2. 시더(seeder) : 공유 파일의 완전체를 가지고 있는 클라이언트(파일의 모든 조각을 소유)이다.
3. 리처(leecher) : 공유 파일의 불완전체를 가지고 있는 클라이언트(파일의 일부 조각만을 소유)이다.
4. 피어(peer) : 시더와 리처를 총칭한다.
5. 트래커(tracker) : 파일 공유를 위해 피어들의 정보를 관리하는 서버이다.
6. 스웜(swarm) : 각 공유 파일마다 존재하며, 공유 파일에 대한 고유 식별자(Hash)와 공유 파일을 소유하고 있는 피어 리스트 정보를 가진다. 스웜은 트래커에 의해서 관리된다.

• 토렌트 파일 다운받기 : 사용자는 A를 다운로드 받기 위해 웹 검색 등을 통해 토렌트 파일인 A를 다운로드 받아서 실행해야 한다. 해당 토렌트 파일에는 A를 위한 고유의 해시값이 포함되어 있으며 트래커의 URL 주소가 포함되어 있다. 해시값은 파일 식별자로써 동일한 파일 이름을 가진 다른 콘텐츠와 구분을 위하여 생성되는 고유의 값이며 트래커의 URL은 파일을 공유하는 피어들의 정보를 관리하는 서버를 지정하는 것이다. 만약 동일한 파일에 대하여 트래커의 URL이 서로 다르게 적혀있는 토렌트 파일을 클라이언트에서 실행하게 되면 클라이언트들의 정보를 서로 다른 트래커에서 관리하게 되므로 서로 다른 트래커를 이용하는 클라이언트들 간에는 파일을 공유할 수 없다.

• 트래커에 피어 리스트 요청하기 : A를 다운로드 받고자 하는 사용자가 토렌트 파일을 실행하면 비트토렌트 클라이언트는 토렌트 파일에 포함된 A의 고유 해시값을 트래커로 전송한다. 이 메시지를 트래커 요청이라고 한다. 이와 같이 동일한 토렌트 파일을 사용하여 A를 공유하고 있는 모든 피어들은 트래커에게 A의 해시값을 보내게 된다. 피어들로부터 트래커 요청을 받은 트래커는 A의 해시값에 해당하는 스웜을 생성하고 A의 해시값을 보낸 피어들의 IP 주소를 이 스웜을 통해 관리한다.

• 피어 리스트 받아오기 : 트래커 요청을 받은 트래커는 해당 메시지에 포함된 A의 해시값을 참조하여 해당하는 스웜이 존재하는지를 확인한다. 만약 존재하지 않는다면 새로운 스웜을 생성하고 다른 피어들로부터 트래커 요청이 들어올 때까지 기다린다. 기존에 만들어진 스웜이 존재하여 피어들의 정보가 있을 경우에는 스웜이 포함되어 있는 피어들을 리스트로 만들어 트래커 응답 메시지에 포함하여 응답한다. 트래커 응답에 들어있는 피어 리스트는 피어들의 IP 주소로 이루어지며 트래커 요청을 보낸 피어에게 아렬주는 피어 리스트는 50개 피어들의 IP 주소로 구성된다. 만약 스웜에 존재하는 피어의 개수가 50개 이상인 경우, 트래커가 50개가 넘는 피어들 중에 무작위로 피어의 IP 주소를 선정하여 피어 리스트를 구성한다.

• 파일 다운로드 받기 : 피어 리스트를 받은 비트토렌트 클라이언트는 모든 피어 IP 주소로 A의 해시값을 보낸다. 이 메시지를 받은 피어들 중에 A 파일 공유가 가능한 피어는 동일한 A의 해시값으로 응답하게 된다. 이러한 해시 교환을 통해 피어와 피어는 세션을 생성하게 되고 생성된 세션을 통해 조각을 교환한다. 비트토렌트 프로토콜은 이러한 방식으로 트래커로부터 다수의 피어들 IP 주소를 받아 세션을 생성하므로 하나의 클라이언트는 동시에 여러 개의 세션을 생성하게 된다.

참고자료

• "BitTorrent White paper v0.8.7", BITTORRENT FOUNDATION, 2019년 2월
• 〈비트토렌트〉, 《위키백과》
• 〈비트토렌트〉, 《나무위키》
• 신은동 기자, 〈트론 설립자, 비트토렌트 1억 2,000만 달러 인수〉, 《서울경제》, 2018-06-20

같이 보기

• 비트토렌트토큰
• 트론
• 저스틴 선

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