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“Bitcoin is just one example of something that uses a blockchain. Cryptocurrencies are just one example of decentralized technologies. And now that the internet is big enough and diverse enough, I think we will see different flavors of decentralized technologies and blockchains. I think decentralized networks will be the next huge wave in technology. The blockchain allows our smart devices to speak to each other better and faster.”

Melanie Swan, Author of Blockchain: Blueprint for a New Economy

Blog: Blockchain-Part II, November 2018

Von Daniel Joseph

Technologien, Forschungsfragen und Anwendungen spielen für die Entwicklungen im Bereich Blockchain eine essentielle Rolle und zeigen auf, was nach derzeitigem Stand der Technik möglich ist und worauf man auch zukünftig drauf gespannt sein darf. Die Blockchain-Technologie steht dabei aber noch am Anfang und es zeigt sich, dass in allen Bereichen noch grundlegende Forschungsherausforderungen stehen. Als Beispiel nennt das Frauenhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik in ihrer Studie die Herausforderung der Modularisierung einzelner Blockchain-Konzepte sowie deren Kombination und Integration für anwendungsspezifische Blockchain-Lösungen. Insgesamt ist jedoch festzuhalten, dass Blockchain eine große Relevanz für viele verschiedene Anwendungsbereiche, außerhalb der Finanzbranche und vor allem auch unabhängig der Kryptowährungen, z.B. Bitcoin hat. Als erstes Beispiel dient das Internet der Dinge (IoT – Internet of Things ), wo vor allem Automatisierungspotenziale in Verbindung mit Smart Contracts wesentlich sind, als zweites Beispiel das Supply Chain mit deren Irreversibilität der verwalteten Transaktionen. Hier setzt die Frauenhofer-Gesellschaft an und liefert eine Kriterienliste zur Identifikation von Anwendungen, die für die Nutzung der Blockchain-Techologie geeignet sind. Weiter zeigt die Studie, dass aktuelle Anwendungen der Blockchain im Finanzsektor eingesetzt werden und zwar als manipulationssichere Datenstruktur und System zum Werttransfer.
Darüber hinaus untersuchte das FIT auch die Fragestellungen nach Hindernissen und Empfehlungen bei der Implementierung sowie Potentiale, besonders in Hinblick auf hohe Datenintegrität, Transparenz und Programmierbarkeit von Transaktionen. Auch wurden aktuelle Probleme hinsichtlich Skalierbarkeit, mangelnder Interoperabilität und hohen Energiekonsum eigener Konsensme-chanismen angeführt. Zielführend ist dabei die Kollaboration zwischen Unternehmen bzw. sogar branchenweite Konsortien und es wird empfohlen, sich auf spezifische Anwendungsbereiche bei Blockchain-Projekten zu fokussieren, um Vorteile und Nachteile und Charakteristika der Technologie je Geschäftsgeld evaluieren zu können. Festzuhalten ist allerdings, dass Blockchain viele spannende und vor allem neue Fragen in unterschiedlichsten Branchen und Bereichen der Wissenschaft aufwirft.

In diesem Teil der Artikelreihe Blockchain – Wie die Welt revolutioniert wird wollen wir näher auf die Bereiche und Blockchain-Applikationen eingehen. Des Weiteren beschäftigten wir uns mit den Potentialen und Risiken dieser neuen Technologie. Anschließend folgt ein Kommentar und wir geben eine Prognose für die Zukunft.

Middleware Services und Applikationen

Bevor wir mit der Analyse aktueller Anwendungen anfangen, muss man diese zunächst in bestimmte, verbreitete Kategorien einteilen. Es gibt jedoch verschiedene Einordnungsansätze – diese sind noch nicht in konsistenter Weise klassifiziert und fehlen in bisherigen Publikationen . Dies soll uns nicht weiter beschäftigen, sondern versuchen ausgehend von diesen verschiedenen Einordnungsansätzen eine gewisse, für uns relevante, Kategorisierung zu filtern.

Basierend auf der Kategorisierung von William Mougayar (2015) unterteilt man das gesamte momentane Anwendungsumfeld der Blockchain in die folgenden Kategorien: Infrastruktur und Platt-formen, Middleware Services, Applikationen und Nebenleistungen. Dabei wird lediglich eine funkti-onale, statt zeitliche oder technische Einordnung, verwendet. Interessant sind hier die Middleware Services und Applikationen. Kurz gesagt sind Middleware Services universelle Services, die als Bindeglied zwischen Plattformen und Applikationen dienen. Die Bereiche, die unter die Kategorie der Middleware Services fallen, umfassen beispielsweise Entwickler-Tools, wie Programmierschnittstellen zur Implementierung von Anwendung basierend auf Blockchain-Systemen.

Konkrete Applikationen lassen sich dann auf Basis von infrastrukturellen Grundlagen sowie vorhandener Middleware Services umsetzen. Als Anwendungsbeispiel nennt das FIT die Registrierung digitaler und analoge Objekte in einer Blockchain am Beispiel des Unternehmens Everledger und nennt die Funktionsweise des Blockchain-Systems, sowie Vor- und Nachteile.

Blockchain im Internet der Dinge

Wie im ersten Teil der Artikelreihe sowie anfänglich im zweiten Teil erwähnt, sind für uns besonders die Entwicklungen und Anwendungen in den Bereichen Internet der Dinge und Cyber-Security von großem Interesse. Die Blockchain findet Verwendung in dem Internet der Dinge (IoT). Nimmt man die Idee von Whitmore auf, so ist hier das Kernkonzept, Alltagsgegenstände mit Fähigkeiten zur Erkennung, Wahrnehmung, Vernetzung und Verarbeitung auszustatten. Diese soll es ihnen ermöglichen, mit anderen Objekten und Diensten über das Internet zu kommunizieren, um ein nützliches Ziel zu erreichen. Gerade in Hinblick auf ein geeignetes Architekturmodell ist die Entwicklung entscheidend, denn die Fragen nach effektiver Konnektivität, Kontrolle, Kommunikation sowie nützliche Anwendungen muss Rechnung getragen werden. Hier ist es wichtig, eine gemeinsame Plattform und Standards zu schaffen. Gemäß Studie und andere Autoren bildet Blockchain das potenziell fehlende Stück.

Als Herausforderung im Umfeld des IoT wird häufig Vertrauen zwischen den Geräten genannt. Man kann hier argumentieren, dass durch die Verifikation von Transaktionen mittels des dezentralen Kon-sensmechanismus die Notwendigkeit für Vertrauen
gegenüber anderen Geräten im IoT eliminiert wird. Ein weiterer Punkt ist die eindeutige Identifizierung einzelner Geräte, das durch die vielen unterschied-lichen Aufgaben und Datenformate der einzelnen Geräte verschärft wird.

Abb. 1 – Quelle: Frauenhofer Institut für Angewandte Informations-techologie FIT, die Blockchain als universelle IoT-Plattform

Die Blockchain könnte hier ein unveränderbares Register der Identität einzelner Geräte bieten und bildet hier im IoT die Grundlage für Transaktionen und die Koordination interagierender Geräte, die nicht notwendigerweise vertrauenswürdig sind. Des Weiteren dient sie der Implementierung von Smart Contracts und dem direkten Werteaustausch zwischen den einzelnen Geräten. So können Objek-te, die sich nicht notwendigerweise vertrauen müs-sen, handeln und kooperieren. Geht man weiter, so kann man durch diesen Handel in Echzeit liquide Märkte entstehen lassen, in denen Angebot und Nachfrage mit erhöhter Transparenz und Autonomie koordiniert werden. Als Probleme in Bezug auf die Umsetzung eines Blockchain-basierten IoT sind mögliche rechtliche Probleme anzusehen, aber auch anderweite Prob-leme wie Skalierbarkeit von Blockchain-Systemen oder die möglicherweise unzureichende Anonymität innerhalb dieser.

Cyber-Security und Blockchain

Im Bereich Cyber-Security sind nach derzeitigem Forschungsstand auch denkbare Blockchain-Szenarien möglich. Das FIT hat zu diesem Thema ein sogenanntes Blockchain-Security-Labor eingerichtet, dass dem Aufbau von Know-how, Entwicklung von Sicherheitstechnologien für Blockchain basierte Anwendungen und der Erforschung von Angriffen dient. Es zeigt sich, dass sowohl in der Theorie als auch Praxis keine einzelnen Blockchain-Technologien exisitieren, sondern aus sogenannten Stacks aufgebaut sind. Auf deren Basis können Blockchain-Anwendungen implementiert und ausgeführt werden. Die Stacks umfassen sowohl die eigentliche Peer-Software, Peer-to-Peer-Overlay-Protokolle, Konsensus-Protokolle als auch Blockchain-APIs und die eigentlichen Anwendungen. Aufgrund der großen Variantenvielfalt mit verschiedenen Mining-Strategien ergibt sich eine ganze Landschaft von Blockchain basierten Anwendungen mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften. Nun ist deren Verhalten sowohl für die Theorie als auch Praxis relevant und mithilfe des Block-chain-Security-Labors des Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC können entsprechende Infrastrukturen realisti-scher Größe aufgesetzt und typische Angriffe ausgeführt werden. Des Weiteren sind auch verschiedene Grenzsituationen von Interesse, die gesondert evaluiert bzw. Ihre Korrektheit validiert wird. Realistische Anwendungen sind unter anderem:

  • Bekannte Angriffe auf P2P-Netze z.B. durch gezielte Manipulation einzelner Knoten und Herbeiführen eines Fehlverhaltens der Mehrheit der validierten Peers
  • Über 50-Prozent-Angriffe auf Block-chains mit Proof-of-Work-basierten Konsensus-Protokollen ein Angreifer mit aus-reichend Ressourcen führt selbst einen Konsens herbei und kann damit gezielt Inhalte der Blockchain manipulieren.
  • Andere strukturelle Mehrheits-Attacken wie zum Beispiel das selfish-mining. Eine Gruppe von Angreifern hält ihren Fund zunächst zurück und ohne Wissen der an-deren Miner bereits damit beginnen, den nächsten Block zu errechnen, um sich so einen gewissen zeitlichen Vorteil zu ver-schaffen. Mit dem Ziel: einen höheren Gewinn zu erzielen bzw. Transaktionen zu manipulieren.

Insgesamt kann man das Ziel des Blockchain-Security-Labors als Aufbau von Kompetenz in Bezug auf Blockchain-Security bezeichnen, die zum einen in Dienstleistungen eingesetzt wer-den kann und zum anderen als Grundlage für die Entwicklung von Sicherheitstechnologien für derzeit ungelöste Probleme der Blockchain-Technologie dient.

Potentiale und Risiken

Durch ihren Aufbau weisen Blockchain-Systeme diverse Chancen und Risiken auf. Zunächst ergeben sich durch den Einsatz kryp-tografischer Prinzipien diverse positive Eigen-schaften, unter anderem:

  • Detaillierte Zugangskontrolle; da nur private Schlüssel möglich sind
  • Transparenz von Blockchains (Informationsflüsse können analysiert und Identitäten teilweise zugeordnet werden
  • Verwendung von Hash-Funktionen (Integrität, da Blöcke Referenz zu dem vor-herigen Block sowie Zeitstempel enthalten und über Hashes miteinander verbunden sind)
  • Kein Single Point of Failure, da sowohl die Blockchain selbst als auch einzelne Mechanismen wie die Verifikation digitaler Signaturen vielfach bei Netzteilnehmern reproduziert wird

Weitere positive Effekte sind:

  • Große Netzausfallsicherheit und Datenverfügbarkeit
  • Double-Spending Problem wird verhindert
  • Dritte Parteien sind für Aktionen innerhalb des Netzwerks und die Verwaltung der Blockchain obsolet
  • Hohe Prozessintegrität

Risiken in Blockchain

Neben den positiven Eigenschaften durch den Einsatz einer Blockchain muss man auch die negativen Wirkungen und Eigenschaften, Schwachstellen und Probleme betrachten. Dazu gehören unter anderem:

  • Wirtschaftlichkeit (z.B. durch kommunikationsintensive Verfahren und rechenintensiven Mining): hohe Kosten durch Energie und Datenhaltung
  • Redundante Datenhaltung (benötigt sehr viel Speicherkapazität)
  • Skalierbarkeit von Blockchain-Anwendungen, da Blockgröße auf 1 Megabyte begrenzt ist und somit auch nur eine begrenzte Anzahl an Transaktionen durchführbar ist
  • Häufige Proof-Verfahren für Transaktionen, Komplexität der heutigen Wertschöpfungsketten und -netzwerken erfordert einen multidimensionalen Ansatz
  • Quantifizierung von Vertrauen

Ein weiteres Risiko ergibt sich unmittelbar durch die Public-Key Kryptographie. Wird ein privater Schlüssel gestohlen, so sind die kor-respondierenden Inhalte unweigerlich nicht mehr verwendbar.

 

 

Portrait

Daniel Joseph

Practice Lead Germany
Technology, Data, Digital, Strategy & Change

Morgan Philips Executive Search Germany

 

 

Quellen:

  • Blockchain-Technologie revolutioniert das digitale Business, Februar 2017, Prof. Norbert Pohlmann, Westfälische Hochschule
  • Die Blockchain-Revolution verstehen!, Juni 2018, Deutsche Bank Research
  • A reality check for blockchain in com-modity trading, August 2018, BCG
  • Does your supply chain need a block-chain?, März 2018, BCG
  • Are Blockchain and the Internet of Things made for each other?, Juli 2018, BCG
  • Blockchain-Technologien und ihre Im-plikationen, Prof. Dr. Peter Roßbach
  • PwC-Survey: Blockchain in Financial Services, PwC
  • Die Blockchain (R)evolution – Die Schweizer Perspektive, Februar 2017, Deloitte
  • Blockchain – Enigma. Paradox. Oppor-tunity, 2016, Deloitte
  • Vorstellung der Blockchain-Technologie “Hallo, Welt!”, März 2016, Deloitte
  • Blockchain und Smart Contracts: Tech-nologien, Forschungsfragen und An-wendung, November 2017, Fraunhofer FIT
  • Blockchain: Grundlagen, Anwendungen und Potenziale, 2016, Schlatt, V., Schweizer, A., Urbach, N., and Fridgen, Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer-Instituts für Ange-wandte Informationstechnik FIT
  • The promise of blockchain, März 2017, McKinsey & Company
  • Blockchain – How this technology could impact the CFO, 2017, EY
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