Diese Arbeit zielt darauf ab, die kritischen Erfolgsfaktoren für den Einsatz der Blockchain Technologie für digitale Geschäftsmodelle in der Logistik zu ermitteln. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Blockchain Konzept umfassend beschrieben, sowie dessen Einsatz für die Digitalisierung in der Logistikbranche basierend auf aktuellen Beispielen aus Praxis vorgestellt. Ausgehend von theoretischen Grundlagen, werden innovative Prinzipien der Blockchain Technologie zusammengefasst, sowie die allgemeinen Chancen und Risiken der Blockchain analysiert. Basierend auf letzteren und betrachteten Beispielen werden abschließend kritische Erfolgsfaktoren abgeleitet.
Als Einführung, wird in dieser Arbeit der Begriff „digitale Geschäftsmodelle“ genauer beleuchtet, sowie die Grundelemente der Digitalisierung vorgestellt. Ausgehend von diesen Betrachtungen werden die Hauptaugenmerke der Digitalisierung festgehalten. Weiterführend wird der aktuelle Stand der Digitalisierung der Geschäftsmodelle und der digitalen Transformation in der Logistik betrachtet. Das Ziel ist dabei die Erkenntnisse darüber zu gewinnen, welche Erwartungen im Allgemeinen an den Einsatz der Technologie bei der Digitalisierung der Geschäftsprozesse in der Logistik gestellt werden und welche realen Vorteile diese dann bringt.
Danach folgt eine detaillierte Betrachtung der Blockchain Technologie selbst, mit entsprechender Erklärung der gängigen Terminologie (Blockchain, Distributed Ledger Technologie etc.). Dieser Teil ist daher wichtig, weil eine Vielzahl, zum Teil inkonsistenter Definitionen in unterschiedlichen Quellen gefunden werden kann. Im Weiteren werden die technischen Grundlagen der Blockchain erläutert und die vielfältigen Ausgestaltungsmöglichkeiten betrachtet, worauf aufbauend die innovativen Prinzipien der Technologie zusammengefasst werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen, wird im anschließenden Kapitel auf die Chancen und Risiken für den Einsatz der Blockchain Technologie eingegangen und diese dann auf die Logistikbranche projiziert. Als Leitbeispiel wird dabei die Bitcoin Blockhain, welche sich durch ihre hohe Medienpräsenz sehr gut als anschauliches Beispiel eignet.
Inhalt
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Zielsetzung der Arbeit
1.2 Aufbau der Arbeit
2 Digitalisierung der Geschäftsmodelle in der Logistik
2.1 Begriff digitales Geschäftsmodell. Vier Grundelemente der Digitalisierung
2.2 Aktueller Stand der Digitalisierung der Geschäftsmodelle und der digitalen Transformation in der Logistik
3 Theoretische Grundlagen der Blockchain Technologie
3.1 Begriffsabgrenzung Blockchain vs. Distributed Ledger Technology
3.2 Basis-Technologie und Funktionsweise der Blockchain
3.3 Blockchain Klassifizierung
3.4 Zusammenfassung der innovativen Prinzipen von Blockchain
4 Blockchain- basierte Geschäftsmodelle
4.1 Blockchain im Einsatz nach Branchen
4.2 Blockchain-basierte Digitalisierungsansätze der Geschäftsmodelle in der Logistik
4.2.1 Digitalisierungsansätze im weltweiten Handel für schnellere und schlankere Logistik
4.2.2 Digitalisierungsansätze in der Lieferkette zur Verbesserung der Transparenz und Rückverfolgbarkeit
4.2.3 Digitalisierung- und Automatisierungsansätze kommerzieller Prozesse
4.2.4 Digitalisierungsansätze gepaart mit IoT und Blockchain
5 Erfolgsfaktoren der Blockchain für digitale Geschäftsmodelle
5.1 Chancen und Risiken der Blockchain Technologie
5.2 Kritische Erfolgsfaktoren
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Anhang
Quellenverzeichnis
Eidesstattliche Erklärung
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung
1.1 Zielsetzung der Arbeit
Digitalisierung gehört aktuell zu einem der Topthemen bei der deutschen Bundesregierung sowie in der Wirtschaft. Wesentliche Treiber der Digitalisierung sind die gestiegenen Anforderungen der Kunden, die nach mehr Transparenz, Lieferfähigkeit, sowie nach individualisierten Produkten oder Leistungen fordern. Logistik, als wichtiger Wirtschaftszweig muss diesem Entwicklungstrend folgen und sich damit den neuen informationstechnischen Herausforderungen stellen, um Anforderungen gerecht zu werden. Von diesem Standpunkt aus, muss die digitale Logistik in der Lage sein, interaktiver, schneller, sicherer und zuverlässiger operieren und kommunizieren können.1 Transformation analoger Informationen in eine digitale Form gehört zu einer der wichtigsten Maßnahmen auf dem Weg der digitalen Transformation der Geschäftsmodelle. Digitalisierung ist für die Logistik deshalb interessant, weil es in dieser Branche eine Vielzahl von Daten gibt, die immer noch in analoger Form gehandhabt werden und deren Management ein enormes Potenzial zur Effizienzsteigerung, Kostensenkung sowie zur Beschleunigung der Abwicklungsprozesse aufweist. Eine viel versprechende Technologie in diesem Kontext ist Blockchain, die neuartige Lösungen bietet. Viele bereits laufende Projekte und Initiativen aus verschiedenen Branchen, die Blockchain nutzen, zeigen beträchtliches Potential im Hinblick auf Kostensenkung, Schnelligkeit und Flexibilität. Auch in der Logistikbranche hat die Technologie theoretisch das Potenzial die Lieferketten einfacher und robuster zu gestalten, sowie die Herausforderungen wie fehlende Datentransparenz, der papierbasierte Datenaustausch, oder fehlende Integration der Geschäftsprozessbeteiligten erfolgreich zu meistern.
Aktuell zieht der Logistikbereich eine Vielzahl von Start-Up Unternehmen an, die innovative Blockchain basierte Konzepte für die Branche entwickeln. Die ersten Pilotanwendungen zeigen das Potenzial dieser Technologie bei Digitalisierung der Geschäftsmodelle. Zu beachten ist allerdings, dass die Blockchain in der Logistikbranche noch in einer frühen Entwicklungsphase befindet und bei der Anwendung der Technologie in der Praxis viele Aspekte berücksichtigt werden sollen, welche den Einsatz abbremsen könnten.
Diese Arbeit zielt darauf ab, die kritischen Erfolgsfaktoren für den Einsatz der Blockchain Technologie für digitale Geschäftsmodelle in der Logistik zu ermitteln. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Blockchain Konzept umfassend beschrieben, sowie dessen Einsatz für die Digitalisierung in der Logistikbranche basierend auf aktuellen Beispielen aus Praxis vorgestellt. Ausgehend von theoretischen Grundlagen, werden innovative Prinzipien der Blockchain Technologie zusammengefasst, sowie die allgemeinen Chancen und Risiken der Blockchain analysiert. Basierend auf letzteren und betrachteten Beispielen werden abschließend kritische Erfolgsfaktoren abgeleitet.
1.2 Aufbau der Arbeit
Als Einführung, wird in dieser Arbeit der Begriff „digitale Geschäftsmodelle“ genauer beleuchtet, sowie die Grundelemente der Digitalisierung vorgestellt. Ausgehend von diesen Betrachtungen werden die Hauptaugenmerke der Digitalisierung festgehalten. Weiterführend wird der aktuelle Stand der Digitalisierung der Geschäftsmodelle und der digitalen Transformation in der Logistik betrachtet. Das Ziel ist dabei die Erkenntnisse darüber zu gewinnen, welche Erwartungen im Allgemeinen an den Einsatz der Technologie bei der Digitalisierung der Geschäftsprozesse in der Logistik gestellt werden und welche realen Vorteile diese dann bringt.
Danach folgt eine detaillierte Betrachtung der Blockchain Technologie selbst, mit entsprechender Erklärung der gängigen Terminologie (Blockchain, Distributed Ledger Technologie etc.). Dieser Teil ist daher wichtig, weil eine Vielzahl, zum Teil inkonsistenter Definitionen in unterschiedlichen Quellen gefunden werden kann. Im Weiteren werden die technischen Grundlagen der Blockchain erläutert und die vielfältigen Ausgestaltungsmöglichkeiten betrachtet, worauf aufbauend die innovativen Prinzipien der Technologie zusammengefasst werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen, wird im anschließenden Kapitel auf die Chancen und Risiken für den Einsatz der Blockchain Technologie eingegangen und diese dann auf die Logistikbranche projiziert. Als Leitbeispiel wird dabei die Bitcoin Blockhain, welche sich durch ihre hohe Medienpräsenz sehr gut als anschauliches Beispiel eignet.
Um die kritischen Erfolgsfaktoren identifizieren zu können, werden in Kapitel 4 mehrere Projekte als Praxisbeispiele aus der Logistik betrachtet. Dabei wird aufgezeigt, mit welchen Schwerpunkten die Technologie bei der Digitalisierung der Geschäftsmodelle eingesetzt wird. Hierfür werden einführend verglichen, in welchen Branchen die Blockchain aktuell im Einsatz ist, worauf aufbauend gezeigt wird, welche Relevanz die Logistik als Einsatzgebiet im Vergleich zu anderen Branchen einnimmt.
Im letzten Kapitel werden die Blockchain Technologien und die Digitalisierungsansätze im Hinblick auf deren Einsatz bei den Geschäftsmodellen in der Logistik analysiert, und entsprechende Erfolgsfaktoren definiert. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefast.
2 Digitalisierung der Geschäftsmodelle in der Logistik
Dieses Kapitel widmet sich der Betrachtung des Begriffs „digitales Geschäftsmodell“ und der Grundelemente der Digitalisierung. Weiterhin wird auf den aktuellen Stand der Digitalisierung in der Logistik eingegangen, im Hinblick auf die Erwartungen von Unternehmen in der Branche, sowie durch die Digitalisierung erhofften Vorteile.
2.1 Begriff digitales Geschäftsmodell. Vier Grundelemente der Digitalisierung
In der Fachliteratur wird der Begriff „digitales Geschäftsmodell“ vielseitig definiert. Als digitales Geschäftsmodell wird von Christian Hoffmeister „eine Transaktion, die über digitale Technologien abgewickelt wird“2 bezeichnet. Unter einer Transaktion wird ein „Austausch von einer Leistung und einer Gegenleistung, die zwischen einem nachfragenden und einem anbietenden System nach exakten Regeln über eine definierte technische Schnittstelle hinweg abläuft“3 verstanden. Es muss jedoch die Möglichkeit bestehen, dass die Transaktionen wiederholt werden können. So beinhaltet ein digitales Geschäftsmodell folgende Elemente, wodurch die Geschäftsmodelle beschrieben werden können:
- eine Transaktion (Austausch), die sich wiederholt
- Ein anbietendes und ein nachfragendes digitales System
- Eine (digitale) Leistung und eine Gegenleistung (in monetärer oder nicht monetärer Form).
Hinzu kommen Besonderheiten, wie:
- Transaktionen finden immer zwischen Digitalsystemen statt
- Auf allen in einer Transaktion beteiligten Seiten wird digitale Ausstattung benötigt.
Dazu betont Hoffmeister, dass digitale Geschäftsmodelle selbststeuernd, als ohne operatives Zutun des Menschen, stattfinden können (z.B. automatisiertes Handeln von Werbeplätzen). Digitale Geschäftsmodelle können aber auch Geschäftsmodelle unterstützen, die materielle Leistungen anbieten (z.B. E-Commerce-Plattformen).
Dr. Christopher Schulz definiert digitale Geschäftsmodelle als „Business Modelle in deren Zentrum reine virtuelle Leistungsversprechen des Anbieters gegenüber den Kunden stehen. Für die Erbringung durch den Anbieter bzw. Nutzung durch den Kunden ist zwingend Informationstechnik erforderlich.“4
Gemäß Prof. Dr. Gassmann,5 basiert die Digitalisierung auf vier Grundelementen:
1. E-Business: Kernvoraussetzung eines weitreichenden digitalen Wandels
2. Internetbasierte Wertversprechen: Produkt- und Servicelogik und impliziert tief greifende Veränderungen zum Kunden hin
3. Intelligente Wertkette: Flexible, dezentrale und effiziente Steuerung inter- und intraorganisationaler Kernprozesse bei gleich bleibenden Produkten
4. Digitales Geschäftsmodell: Zusammenführung aller vorherigen Elemente auf Basis intelligenter Wertketten.
Im ersten Element „E-Business“, werden bestehende Prozesse und Produkte in elektronischer Form abgebildet und der Gewinn besteht in der Optimierung von:
- Kosten: über die Reduzierung der Prozesskosten durch elektronische Unterstützung
- Zeiten: durch Reduzierung von Prozesszeiten
- Qualität: Aktualität von Daten, globale Reichweite und verbesserte Kollaborationsbedingungen.
Im zweiten Element „internetbasierten und digitalen Wertversprechen“, werden Dienstleistungs- und Kundenorientierung von Produkten, Services und Geschäftsprozessen mit digitalen Technologien verbunden, woraus sich Nutzenstifter wie bessere Transparenz und direkte Kundenintegration sowie Interaktion ergeben. Aus der Sicht der Endkunden, die Internetbasierte Dienstleistungen nutzen, ist neben der einfachen Nutzbarkeit auch die Garantie einer sicheren, verschlüsselten Online-Kommunikation wichtig.
Das dritte Element „Intelligente Wertkette“ führt zu einer Veränderung der Prozesslogik von inter- und intraorganisationalen Prozessen von Unternehmen. Intelligente Wertkette umfasst gemäß Gassmann die Informatisierung6 von Fertigung und Logistik. Durch Lösungen für intelligente Wertketten kann ein Vernetztes Unternehmen sowohl interne als auch externe Prozesse flexibler, dezentraler und effizienter steuern.
Das zentrale Element „digitales Geschäftsmodell“ fasst die drei zuvor beschriebenen Elemente zusammen und stellt deren logische Vernetzung dar.
Aus den betrachteten Ansätzen zur Definition eines „digitalen Geschäftsmodells“ geht hervor, dass ein digitales Geschäftsmodell sich primär auf eine Automatisierung von Prozessen entlang der gesamten Wertschöpfungskette eines Unternehmens fokussiert. Digitalisierung kann zudem zu einer flexibleren Gestaltung der Prozesse, einer direkten Einbindung von Kunden und Mitarbeitern, sowie besseren Transparenz durch lückenlose digitale Dokumentation der Herstellungsprozesse beitragen.
Daraus geht auch hervor, dass an die Digitalisierung der Geschäftsmodelle ohne passende Technologie kaum zu denken ist. Die Technologie stellt somit die Voraussetzung für erfolgreiche Digitalisierung dar. Eine weitere Voraussetzung ist, dass die Technologie einen Reifegrad erreicht haben soll, welcher diese massentauglich macht. Durch den Einsatz digitaler Technologien können die Prozesskosten gesenkt und die Effizienz gesteigert werden. Digitalisierte Prozesse eröffnen zudem zusätzliche Chancen auf neue Wachstumsfelder. Des Weiteren, kann eine digitale Ausrichtung des Geschäftsmodells eine neue Positionierung auf dem Markt erlauben.
2.2 Aktueller Stand der Digitalisierung der Geschäftsmodelle und der digitalen Transformation in der Logistik
Logistik spielt eine zentrale Rolle für die digitale Transformation industrieller Prozesse, bzw. für Industrie 4.0. Denn, Logistik verbindet hier über Material- und Informationsflüsse die verschiedenen Akteure in Wertschöpfungsnetzwerken. Die Etablierung der Logistik, als digital-basierte Vernetzung der Wertschöpfung innerhalb und zwischen Unternehmen (Logistik 4.0 oder Supply Chain Management 4.0), ist daher entscheidend für eine funktionsfähige und erfolgreiche Industrie 4.0.7 Dabei wird von Logistik 4.0 eine Vereinfachung von Koordination im Wortschöpfungsnetzwerk erwartet, d.h. eine schnittstellenfreie, vernetzte Kommunikation innerhalb von Material- und Warenflüssen unterstützt durch die Nutzung von Echtzeitdaten (deren intelligente Aufbereitung, Verknüpfung, Auswertung und Nutzung für logistische Entscheidungen) und den Einsatz cyber-physischer Systeme. Das bedeutet schnellere, sicherere und zuverlässigere Kommunikationsfähigkeit in der Logistik, um die Ansprüche von Industrie 4.0 unterstützen zu können.
Leistungsfähige Logistik wird heutzutage als essenzieller Bestandteil des von Unternehmen angebotenen Leistungsumfanges gesehen, während Supply Chain Management als entscheidender intergreller Bestandteil eines wettbewerbsfähigen Unternehmens gilt. Digitalisierung legt den Grundstein für einen Austausch von Daten über die Wertschöpfungsstufen hinweg. Dabei gilt das Erstellen von definierten Schnittstellen sowie eines einheitlichen Systems als größte Herausforderung in den komplexen Wertschöpfungsnetzwerken. Generell, wird das Thema Digitalisierung als eins der größten Herausforderungen für Unternehmen mit Logistikprozessen angesehen. Ganze 74 Prozent der 508 Teilnehmer, der im Jahr 2017 von High-Tech-Verband Bitkom durchgeführten Befragung, geben es so.8 59 Prozent der Befragten, in von Mieschke Hofmann und Partner durchgeführten Umfrage, schätzen die Bedeutung der Zusammenarbeit mit der IT für die Logistik als sehr hoch und 35 Prozent als hoch ein.9 Für ein Logistikunternehmen beuten die betrachteten Entwicklungen im Zusammenhang mit Digitalisierung, dass die digitale Transformation zum festen Bestandteil der künftigen Strategie werden muss, wenn das Unternehmen weiterhin wettbewerbsfähig bleiben soll.
Auch eine von Bundesvereinigung Logistik (BVL) in Auftrag gegebene Studie bestätigt, dass die Digitalisierung das Trendthema in der Logistik ist. Demnach, messen 52 Prozent der befragten Unternehmen der Digitalisierung der Geschäftsprozesse in der Logistik und Supply Chain Management hohe Relevanz zu. Dabei stellt Gewährleistung der Transparenz entlang der gesamten Wertschöpfungskette ein hoch relevantes Thema für Unternehmenserfolg dar, was 55 Prozent der Teilnehmer der Befragung bestätigen.10 So muss beim Teilen der Daten zwischen Partnern die Transparenz noch geschaffen werden, bzw. es besteht noch Optimierungspotenzial. Denn, die gewünschten Daten fehlen oftmals, insbesondere was Bestandsdaten, Bedarfsprognosen oder Daten über Materialflussstörungen angeht; die Schnittstellen sind nicht und nur unzureichend definiert und Qualität der Daten ist unzureichend. Hier kann die Digitalisierung neue Möglichkeiten schaffen.11 Dennoch, findet die digitale Transformation der Geschäftsmodelle nicht umfassend statt. Fast die Hälfte (46,8 Prozent) aller Unternehmen haben noch nicht geplant deren Geschäftsmodelle digital zu transformieren und lediglich 2,5 Prozent haben es vor. Wohingegen, eine geringfügige oder teilweise Transformation eines bestehenden nicht digitalen in ein digitales Geschäftsmodell bereits bei 35 Prozent aller Unternehmen stattgefunden hat.12
Durch digitale Transformation erschließen sich neue Chancen. Von 73 Prozent der Befragten Unternehmen werden die Chancen, die sich durch digitale Transformation ergeben als hoch bis sehr hoch eingeschätzt. Wobei, mehr als die Hälfte der Unternehmen noch abwarten wollen, bis erprobte Lösungen vorliegen.13 Die schon genannte Umfrage von Bitkom zeigt, dass digitale Technologien von 89 Prozent aller Unternehmen mit Logistikprozessen als Chance zu einer langfristigen Senkung der Logistikkosten gesehen werden. Weitere 86 Prozent stimmen der Aussage zu, dass durch digitale Technologien die Transportkette von Produkten beschleunigt wird und 72 Prozent sagen, dass dadurch die Fehleranfälligkeit gesenkt werden kann. In der Lieferkette könnte die Digitalisierung folgende Vorteile bringen: Vernetzung der Prozesse miteinander, automatisierte Datenübermittlung, Verbesserung der Entscheidungsprozesse durch Bereitstellung wichtiger Informationen, flexiblere Integration von Teilnehmern, Verbesserung von Transparenz entlang der Lieferkette.14
Internet of Things (IoT), übersetzt Internet der Dinge, ist ein Schlüsselelement für die Digitalisierung bzw. digitale Transformation, und bezeichnet die Vernetzung der Gegenstände untereinander über das Internet. Dabei werden Objekte, Alltagsgegenstände oder Maschinen mit Prozessoren und eingebetteten Sensoren ausgestattet, um die Kommunikation der Dinge miteinander über IP-Netze zu ermöglichen.15 Aktuell greifen 15 Milliarden Geräte auf das Internet zu, und es wird prognostiziert, dass es im Jahr 2020 weltweit 50 Milliarden vernetzte Geräte geben wird.16 Auch die Investitionen von Unternehmen in IoT-Projekte im Jahr 2018 zeigen steigende Tendenz, so die Studie von IDG.17 In der Logistik, ist IoT ebenso ein aktuelles Thema. So halten 72 % der Firmen aus der Transport- und Logistikbranche IoT für „sehr wichtig“ oder „eher wichtig“. 83 % der europäischen Unternehmen in der Transportbranche werden ihre Ausgabe im Bereich IoT in den kommenden drei Jahren erhöhen. Im Vergleich zu den anderen Branchen, wie Maschinen- und Anlagenbau oder Produktion, nimmt die Logistik hinsichtlich der aktuellen und der künftigen IoT-Reife die führende Position ein.18 Als Faktoren, die Logistik Unternehmen motivieren die Investitionen für IoT zu tätigen, wurden von 77 % der Befragten der Effizienzdruck, von 73 % die notwendige Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit und von 71 % die Erhöhung der Agilität und Flexibilität genannt.
Die digitale Transformation ist ohne einen praktischen Einsatz von technologischen Konzepten undenkbar. In der Logistik werden bereits viele digitale Technologien und Anwendungen eingesetzt. Einen Überblick bietet die Studie von Bitkom (Stand 2017, mit 508 befragten Unternehmen mit Logistikprozessen), die in der Abbildung 1 zusammengefasst ist.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Eingesetzte und geplante Technologien & Anwendungen in der Logistik.19
Der Einsatz neuer Technologien treibt die Veränderungen in Wertschöpfungsketten voran, was die Etablierung neuer Geschäftsmodelle ermöglicht. Dabei wird IT als ein notwendiger Bestandteil bei der Gestaltung der Prozesse gesehen. Wie bereits am Anfang dieses Unterkapitels erwähnt, nimmt das Thema Transparenz, bzw. Forderung nach einer Verfolgbarkeit vom Ausgangsprodukt bis zum Endprodukt in der Supply Chain zu, was neue umfangreiche technische Lösung notwendig macht. Eine der vielversprechendsten Lösungen für diese Herausforderungen stellt die Blockchain Technologie dar. Basierend auf der bereits erwähnten Studie von BVL, werden die Relevanz sowie der aktuelle Stand der Umsetzung der Technologiekonzepte im Bericht auf der Seite 25 veranschaulicht und zusammengefasst.20 Wie in der entsprechenden Abbildung dargestellt, ist der aktuelle Stand der Umsetzung von Blockchain Technologie noch relativ gering, auch die aktuelle Relevanz wird als mittel eingeschätzt. Dennoch, 2 Prozent der befragten Unternehmen mit Logistikprozessen setzen die Technologie bereits ein und von weiteren 3 Prozent wird deren Einsatz geplant (Abbildung 2.1). Das Interesse an der Blockchain Technologie wächst, und es wird erwartet, dass sich die Investitionen der Unternehmen in Blockchain-Lösungen, zwischen 2017 und 2021, weltweit mehr als verzehnfachen werden.21 Was steht hinter dieser Technologie, in welchen Branchen allgemein und wo insbesondere in der Logistik wird sie eingesetzt, was sind die Erfolgsfaktoren der Technologie für digitale Geschäftsmodelle in der Logistik? Diesen Fragen widmen sich die nachfolgenden Kapitel dieser Arbeit.
3 Theoretische Grundlagen der Blockchain Technologie
Im Folgenden wird auf die Grundlagen der Blockchain Technologie eingegangen. Wobei eine Abgrenzung zwischen den Begriffen Blockhain und Distributed Ledger Technology gemacht wird. Weiterführend, wird die grundlegende Funktionsweise der Blockchain Technologie und der unterschiedlichen Blockchain Arten erläutert. Darauf basierend werden die innovativen Prinzipien der Blockchain Technologie zusammengefasst.
3.1 Begriffsabgrenzung Blockchain vs. Distributed Ledger Technology
Seit der Entstehung der Blockchain als technische Grundlage für Kryptowährungen gibt es bisher noch keine einheitliche Definition des Begriffs Blockchain. Die Begriffe Distributed Ledger Technology (DLT) oder abgekürzt Distributed Ledger (DL), auf Deutsch „Verteiltes Kontobuch“, oder auch dezentrales Transaktionsregister,22 werden oftmals als Synonyme für die Blockchain verwendet.23
Unter Distributed Ledger versteht man „verteilte Kontoführungssysteme, bei denen digitale Daten über mehrere Standorte gemeinsam genutzt, repliziert und synchronisiert werden.“24 Die wichtigsten Merkmale der DLT:
- Die Daten werden von einem geteilten oder "verteilten" Netzwerk von dessen Teilnehmern und nicht von einer zentralisierten Einheit verwaltet. Das bedeutet, dass es kein zentral verwaltetes Validierungssystem25 gibt.
- Die Verwendung eines Konsensmechanismus. Ein Algorithmus der die Übereinkunft (Konsens) zwischen seinen Teilnehmern (vernetzten Computern) über die Reihenfolge von zu hinzufügenden, bzw. zu speichernden Datensetzen erzielt. Wobei der gesamte Verlauf kontinuierlich in einem fortlaufenden Journal dokumentiert wird. Dieses Mechanismus stellt sicher, „dass alle Teilnehmer des Netzwerkes eine identische Kopie der verteilten Datenbank besitzen.“26 Sämtliche Änderungen und Ergänzungen des Datensatzes werden sofort automatisch in allen Kopien vorgenommen.
- Jeder im verteilten Ledger gespeicherte Datensatz ist mit einem Zeitstempel versehen und besitzt eine eigene kryptografische Signatur.
Strenggenommen ist die DLT der Überbegriff für die gesamte Technologie im Allgemeinen und die Blockchain ist eine besondere Ausprägung von Distributed Ledger, wie z.B. Blockchain für Kryptowärungen.27 Wenn in einem verteilten Netzwerk (dem so genannten Peer-to-Peer Netzwerk) durch Proof-of-Work (PoW) oder Proof-of-Stake (PoS) der Konsens28 erreicht wird, dann spricht man von einer Blockchain.29 In einer Blockchain werden die Daten die während Transaktionen anfallen in einzelnen Blöcken zusammengefasst. Diese werden dann an alle Knoten im Netzwerk verteilt und anschließend von diesen an deren lokal vorhandenen Ketten von verifizierten Transaktionen angehängt. Somit wird die Reihenfolge der Blöcke anhand einer Kette dokumentiert, bei der die Blöcke nicht mehr verändert werden können. Daher kommt auch der Name Blockchain.30 Eine zentrale Rolle zur Bildung der Blockchain spielt die Verwendung der kryptografischen Hashfunktion31, welche eine fälschungssichere Abbildung, Bestätigung und Speicherung von Transaktionen ermöglicht. Auf weitere Technologien, insbesondere im Zusammenhang mit der Funktionsweise der Blockchain wird im nachfolgenden Unterkapitel 3.2 näher eingegangen.
Die Blockchain ist somit eine Form, ein DL zu organisieren, welche sich aber auch für komplexere Einsatzszenarien eignet. Somit ist DLT Oberbegriff für Kontenbücher oder Datenbanken mit einer dezentralen, verteilten Struktur und stellt das technologische Rahmengerüst für die Blockchain dar. Die Blockchain Technologie selbst liegt dabei auf der zweiten Ebene und bildet die Basis Technologie für komplexe Systeme, wie z.B. Währungen. Auf der nächsten Ebene liegt das Protokoll, welches das gesamte Regelsystem und die Programmiersprache für die Systeme festlegt. Diese Systeme werden für bestimmte Anwendungen der Blockchain Technologie eingesetzt wie, z.B. Kryptowährung Bitcoin, die mittels Software programmiert werden.32 Diese Abgrenzung ist schematisch anhand eines Schichtenmodells in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Schichtenmodell der Distributed Ledger Technologie mit Blockchain als Organisationsform der Distributed Ledger.
Hierbei ist anzumerken, dass nicht jeder DL unbedingt eine Blockkette verwendet, wie dies beispielsweise bei IOTAs (Internet of Things Association, zu Deutsch Verein für das Internet der Dinge), Tangle oder Hashgraph der Fall ist.33 Da die gängigsten Anwendungen jedoch auf der Blockchain Technologie basieren, wird im Weiteren auf deren Basis Technologie und Funktionsweise näher eingegangen.
3.2 Basis-Technologie und Funktionsweise der Blockchain
Die Blockchain Technologie wird vor allem dafür geschätzt, dass sie die Integrität, Konsistenz und Transparenz der Datenübertragung gewährleistet, sowie einen großen Beitrag zur Fälschungssicherheit der Daten liefert. Um zu verstehen durch welche Technologie dies alles erreicht wird, wird an dieser Stelle die Funktionsweise der Blockchain Technologie, am Beispiel von der Bitcoin (digitale Währung) Blockchain, erläutert.
P2P Netzstruktur. Wie bereits im vorherigen Unterkapitel erwähnt, basiert eine Blockchain in der Regel auf einer P2P Netzwerk Architektur. Zum einen gibt’s es in dieser Netzstruktur keinen zentralen Knoten, welcher die Datenbank oder das Kontenbuch verwaltet, und zum anderen ist jeder Teilnehmer34 im Netz mit beliebig vielen anderen Teilnehmern verbunden. Jeder Teilnehmer in einem P2P Netz agiert sowohl als Client als auch als Server. So dass, jeder Knoten (Node)35 über die gesamte Kette von Blöcken verfügt und gleichzeitig über dieselben Rechte, neue Blöcke zu erzeugen.36 Die Stabilität und Widerstandsfähigkeit des Netzwerkes ist proportional zu der Anzahl der Netzwerkbeteiligten (Knoten). Es gilt, je mehr, desto besser, d.h. bei dem Wegfall eines Nodes besteht somit keine Gefahr des Stillstandes der gesamten Kommunikation. Weiterhin, schützt die Redundanz der Datenbank vor einseitigen Manipulationen, technischen Ausfällen und einseitiger Macht, im Gegensatz zu zentralisierten Ansätzen, wo jederzeit das Risiko des Single Point of Failure besteht.37 Daneben sorgt ein P2P Netzwerk für Transparenz der Transaktionen, da diese, wie z.B. im Falle von Bitcoin Blockchain, öffentlich und für jeden einsehbar und überprüfbar sind.38 Dieser verteilte Ansatz des Netzwerkes eliminiert somit die Notwendigkeit an Intermediären, weil die Transaktionen direkt über Validierungsprozesse zwischen Personen oder Organisationen durchgeführt werden. Wobei bereits wenige technologische Ansätze, wie Konsensmechanismus und kryptographische Verfahren, ausreichend sind um die Sicherheit der Transaktionen zu gewährleisten.
Um einen Überblick zu schaffen, bei welchen Prozessschritten welche Technologien ihre Verwendung finden und wie diese bei der Bildung einer Blockchain ineinandergreifen, wird an dieser Stelle die Erzeugung einer Blockchain (siehe Abbildung 3) als Prozess39 vorgestellt, bevor es zur Vorstellung der Konsensmechanismen und kryptografischer Verfahren geht.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Erzeugung einer Blockchain.
- Phase 1 – Initiierung. In dieser Phase wird ein Austausch von Werten oder Information zwischen Anbieter und Empfänger über die Blockchain vereinbart (z.B. Gewährleistung von Zugriff auf bestimmte Dokumente), was als eine Transaktion definiert wird. Um eine Transaktion durchzuführen, wird zuerst eine digitale Signatur benötigt. Diese wird mit Hilfe eines durch Public-Key-Kryptographie Verfahren erzeugten Schlüsselpaares gemacht. Die Nachricht vom Absender wird mit dem nur ihm bekannten privaten Schlüssel (funktioniert wie ein Passwort) kombiniert und somit signiert an Empfänger versendet, der nun mit dem öffentlichen Teil des Schlüssels (stellt eine eindeutige Adresse dar) die erhaltene Nachricht prüft. Stimmen die Signaturen überein ist die Authentizität der Nachricht verifiziert.
Durch eine digitale Signatur wird:
- Die Authentizität der Nachricht belegt, weil nur Absender den privaten Schlüssel (für die korrekte Erzeugung der Signatur) kennt.
- Verhindert die Manipulation seitens des Absenders, da bei Änderungen die Signatur neu erzeugt werden muss (nicht mehr möglich ohne den privaten Schlüssel des Absenders).
- Inhaltliche Integrität gewährleistet, denn jegliche Änderung wird erkennbar.40
- Phase 2 – Überprüfung der Transaktion vom Netzwerk (Verifikation durch Nodes). Ist eine Transaktion verifiziert, wird diese in das Blockchain Netzwerk übertragen, wo sie zusammen mit anderen Transaktionen in eine Warteschlange kommt und basierend auf den vereinbarten Regelungen von Mitgliedern des Netzwerks geprüft (verifiziert) wird. In dieser Phase wird bei der Verifizierung die Frage „erstellen wir das Produkt richtig?“ gestellt.
- Phase 3 – Blockchain Bildung und Signierung. Hierbei werden die verifizierten Transaktionen zu einem Block gebündelt und durch Hash signiert. So ein Hash enthält auch eine Referenz zum vorhergehenden Block, dies wird mit Hilfe kryptografischer Verfahren erreicht. Dadurch entsteht die eindeutige Verkettung der Blöcke, bzw. deren Zuordnung innerhalb der Kette.
- Phase 4 – Validierung und Blockchain Mining. Bei diesem Schritt müssen sich alle Knoten auf einen neuen Block als Erweiterung der Kette einigen. Die Einigung wird über einen Konsensmechanismus erreicht, im Falle von Bitcoin, durch PoW Konzept. Die Lösung des entsprechenden PoW wird durch die Miner (siehe weiter bei PoW Erklärung) erzeugt.
- Phase 5 – Verteilung des Blocks. Nach erfolgreicher Validierung wird der Datenblock an alle Knoten verteilt und deren Kopie der Kette hinzugefügt. Somit wird eine Blockchain gebildet, die stetig wächst. Durch diese Art der Speicherung kann man von jedem Knoten aus, jederzeit alle jemals getätigten Transaktionen einsehen.
- Phase 6 – Sicherheit. Will ein Teilnehmer nachträglich eine Transaktion ändern, so ändert sich auch der entsprechende Hash des betreffenden Blocks, was zu einem Konflikt mit den nachfolgenden Blocks führt, da diese den originalen Hash beinhalten. Dieser Schutzmechanismus macht es unmöglich die bereits validierten Blöcke nachträglich zu ändern. Schließlich ist die Transaktion41 zwischen Anbieter und Nachfrager als valide bestätigt.
Generell, können die Transaktionen nicht nur Informationen zu Zahlungen, wie bei Bitcoin, sondern auch Programmcodes, z.B. zur Prozesskoordination, beinhalten. In einer Blockchain kann alles, was mathematisch dargestellt werden kann, modelliert, gesichert und gehandelt werden. So wurde die Erweiterung der Blockchain um so genannte Smart Contracts für die Ethereum Blockchain entwickelt. Hierbei handelt es sich um automatisch ausführbare Programme, bei dem unterschiedliche, vordefinierte Bedingungen, bzw. Transaktionsregeln im Programmcode festgelegt werden.42 Sobald ein entsprechender Auslöser (beispielsweise Erfüllung von definierten Konditionen, wie der Verkauf vorliegt, wird eine Aktion (z.B. Auszahlung oder Datenaustausch) selbständig ausgeführt. Die Möglichkeiten für Anwendungen von Smart Contracts sind enorm: Speicherung von Daten, autonom und in Echtzeit, Empfang und Sendung von Transaktionen, Interaktion mit anderen Contracts etc.43
Durch den Einsatz von Konsensmechanismen wird die Einheitlichkeit und durch Kryptographie wird die Fälschungssicherheit einer Blockchain gewährleistet.
Konsensmechanismus
Mit Hilfe eines Konsensmechanismus erfolgt eine Einigung aller Knoten über eine Erweiterung der Datenbank mit Blöcken, die neue Transaktionen beinhalten. Ebenso, können dadurch Änderungen der einzelnen Blöcke in einer Blockchain durchgeführt welche folglich von allen Knoten übernommen werden. Der Einsatz vom jeweiligen Konsensmechanismus hängt von der Art und der Ausgestaltung der Blockchain.44 Die weitverbreitetsten davon sind: Proof-of-Work, Proof-of-Stake und Ripple Consensus.
Proof-of-Work (PoW) – Nachweis durch Arbeit. Diese Ausprägung des Konsensmechanismus findet seine Anwendung insbesondere in der Bitcoin Blockchain: bei dem Anhängen von neuen Einträgen in Form eines Blocks. Hierbei muss Miner nachweisen, dass ein kryptografisches Rätsel von ihm gelöst wurde, bzw. ein Hashwert errechnet wurde. Dabei gilt, wer als erster das Rätsel löst, d.h. in der Regel die stärkere Rechenleistung besitzt, verteilt die Lösung der Aufgabe,45 inklusive Einträge des Blocks, an das gesamte Netzwerk. So können andere Teilnehmer weiter auf diesem Block aufbauen und nächsten Block mit neuen Einträgen anhängen.46 Das Erzeugen eines Blocks wird als Mining47 genannt, bei dem mit jedem angehängten Block, Bitcoins (oder andere Coins ) geschaffen werden, die als Belohnung für Miner dienen. Im Bitcoin Netzwerk erfolgt die Überprüfung, ob es neue und korrekt erstellte Blocks gibt, alle 10 Minuten48 um sicherzustellen, dass jeder Knotenpunkt alle neuen Transaktionen erhalten hat und die Reihenfolge korrekt ist. Dieser Vorgang, um einen Block zu verifizieren, erweist sich als sehr zeit-, und energieintensiv, was derzeit zu sehr kontroversen Diskussionen über die Zukunft von Kryptowährungen auf Grund des enormen Energieverbrauchs führt. Auf der anderen Seite, erfolgt dann die nachfolgende Validierung schnell und unkompliziert, ohne dass sich die Teilnehmer gegenseitig vertrauen müssen.49 Dank dieses Konzeptes wird eine nachträgliche Veränderung der historischen Transaktions- und Blockdaten verhindert, denn um diese zu manipulieren, müsste ein potenzieller Angreifer über mehr als 50 Prozent der Rechenleistung des gesamten Netzwerks verfügen was bei großen Netzwerken wie Bitcoin mit enormen Kosten verbunden wäre.
Proof-of-Stake (PoS) – Nachweis ökonomischer Interessen. Diese Art der Übereinstimmung wird demnächst bei der Ethereum Blockchain angewandt. Im Gegensatz zum PoW, der mit einem extrem hohem Rechenaufwand verbunden ist, müssen hier die validierenden Teilnehmer sehr einfache Rechenaufgaben lösen. Hierbei, werden tendenziell (bedingt zufällig) diejenigen Knoten ausgewählt, die einen höheren Wert (z.B. Menge der Kryptowährung) in dem System aufweisen und somit einen höheren Rang haben. Diese Knoten dürfen dann die Validierung durchführen.50. Dies zielt darauf ab, dass es im eigenen Interesse der Teilnehmer ist für die Funktionalität und Stabilität des Netzwerks sorgen und es nicht zu manipulieren.51 Allerdings besteht hier das Risiko, dass die Bestätigung von Blocks, auf Grund hoher Konzentration der Werteverteilung innerhalb des Netzwerkes, Reiche Parteien zu sehr bemächtigen wird. Ein weiterer Unterschied zu PoW besteht darin, dass es hier kein Mining gibt, d.h. es werden keine Coins (wie bei Bitcoin) geschaffen. Der Teilnehmer bekommt seine Entlohnung erst dann, wenn von ihm errechnete Block tatsächlich an die Blockchain hinzugefügt wurde. Die Belohnung fällt proportional zu dem von ihm auf eine erfolgreiche Validierung gewetteten Wert aus. Andernfalls, verliert der Validator den Betrag.52 Somit kann ein PoS Verfahren dank eines weniger aufwendig gestalteten Validierungsverfahrens effektiv zur Reduktion von Energie- und Betriebskosten (für z.B. Hardware) beitragen.
Ripple Protocol Consensus Algorithm (RPCA). Die Funktionsweise des RPCA, der seine Verwendung bei Ripple und Hyperledger findet, basiert auf einem rekursive Ansatz, „bei dem sich die Knoten gemeinsam und zeitgleich auf den nächsten Block einigen“.53 Die noch nicht im Ledger aufgenommenen Transaktionen werden hier zu sogenannten Kandidaten, die dann dem Bündel an Kandidaten (Candidate Set) hinzugefügt werden. RPCA sorgt hier für eine Einigung der Knoten auf eine gemeinsame Teilmenge der Kandidaten, die letztlich dem Ledger iterativ, d.h. über mehrere Runden hinzugefügt werden.54 Es werden diejenigen Transaktionen in den Candidate Set von den jeweiligen Knoten zur Erzeugung des neuen Blocks aufgenommen, die eine bestimmte Schwelle der Akzeptanz in dem Netzwerk erreicht haben. Dieser Prozess läuft innerhalb wenigen Sekunden und erweist sich aus praktischer Sicht als vorteilhaft. Um auszuschließen, dass die Knoten unterschiedliche Blöcke erzeugt haben, werden unter den Teilnehmern die Hashwerte ausgetauscht und verglichen. Die nicht aufgenommenen Transaktionen, die im Candidate Set verbleiben, gehen mit neuen Transaktionen in den nächsten Konsensprozess über.
Alternativ zu den genannten Konsensmechanismen existieren noch weitere Ansätze, die auf den Ideen von PoW und PoS aufsetzen, wie z.B. Proof-of-Activity (kombiniert beide Ansätze), Proof-of-Importance (Basiert auf PoS) und einige weitere Varianten.55 Obwohl die Konsensverfahren unterschiedlich funktionieren, bleiben die Kernziele eines Mechanismus immer gleich. Durch diese Technologie wird erreicht, dass:
- Nur ein Block in die Kette schafft und alle Teilnehmer die identische Datenbasis verwenden.
- Die unberechtigten Änderungen in der Blockchain und das Erzeugen von mehreren unterschiedlichen Blöcke verhindert werden.
Kryptographische Verfahren.
Die Blockchain Technologie basiert auf folgenden kryptografischen Elementen:
- Hashfunktionen, die die Transaktionen strukturieren.
- Digitale Signaturen (oft auch Public-Key-Kryptographie genannt), die den vertrauenswürdigen Austausch von Informationen zwischen den Handelsparteien ermöglichen.56
Über eine Hashfunktion werden die eingehenden Daten (z.B. Information), die ein einem Transaktionsblock erhalten sind, vor dessen Speicherung in einer Blockchain, in einen Ausgabewert, nämlich in ein Hashwert transformiert. Wird auch nur 1 bit Information nachträglich geändert, führt dies zu einer signifikanten Änderung des Hashwertes. Deshalb wird der Hashwert gerne mit einem Fingerabdruck verglichen und dient somit als Fälschungssicherung gegen die Informationsmanipulation. Dabei hilft auch die Tatsache, dass die Bestimmung des ursprünglichen Informationsinput nur aus dem vorliegenden Hashwert mit einem sehr großen Aufwand verbunden ist.
Durch die Verwendung kryptografischer Verfahren lassen sich die Transparenz sowie Integrität der Datenübertragungen gewährleisten. Dies erlaubt den Netzwerkteilnehmern zusammenzuarbeiten, ohne dass sie sich kennen und vertrauen müssen. Da für die Durchführung der Transaktion außer den Schlüsseln keine weiteren Informationen benötigt werden, wird somit die Anonymität der Teilnehmer gewahrt.57 Durch die Public-Key-Kryptographie können sensiblen Informationen von unbefugten Dritten weder eingesehen, noch nach eigenem Belieben verändert werden.
Obwohl die verschiedenen Blockchain Technologien unterschiedliche Konsensmechanismen verwenden, bleibt die Funktionsweise der Blockchain im Kern immer gleich: die Transaktionen werden verschlüsselt, zu Blöcken zusammengefasst, validiert und der Kette hinzugefügt. Die Blockchain Ansätze können dennoch unterschiedlich aufgebaut werden aufgrund der Flexibilität der Ausgestaltung der verschiedener Charakteristika der Blockchain,58 die im Folgenden nach ausgewellten Kriterien klassifiziert werden.
3.3 Blockchain Klassifizierung
Für eine Blockchain Klassifizierung können mehrere Kriterien eingesetzt werden. Tabelle 1 zeigt eine Auswahl von möglichen Merkmalen samt deren Ausprägungen.
Bei dem Ansatz einer verteilten Blockchain, existiert eine Vielzahl von Blockchain Kopien, die weltweit auf mehreren Rechnern gespeichert wird. Als Gegensatz, kann eine Blockchain auch lokal als unabhängige, isolierte Instanz vorkommen. Bei einer Mischform werden einzelne Komponenten innerhalb einer Instanz installiert und nur spezifische Informationen, wie z.B. Hashwert, gelangen in eine globale Blockchain (z.B. Guardtime Blockchain).
Bei dem Umfang der Programmiersprache (Scripting Fähigkeiten) geht es um die Programmiermöglichkeiten des Blockchain Quellcodes. Bei der limitierten Scripting Sprache, wie Bitcoin Blockchain, wird das Sprachkonstrukt einfach gehalten, mit der Absicht, die Blockgröße minimal zu halten. Wird bei einer Blockchain vollständige Programmiersprache benutzt, so ist die Abbildung von vielseitigen Programmkonstrukten möglich, wie z.B. verteilte Applikationen oder Smart Contracts, wie es bei Ethereum und Hyperledger der Fall ist. Zusätzlich, lassen sich die Applikationen, die auf der Hyperledger Blockchain aufgebaut wurden, im Vergleich zu anderen Blockchains, in die Legacy59 - oder Cloud Applikationen der Unternehmen integrieren.60
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1: Blockchain Klassifizierungsmerkmale mit den dazugehörigen Ausprägungen.
Die Blockchains unterscheiden sich auch in der Ausgestaltung des Zugangs zum Netzwerk und der Validierung innerhalb des Netzwerkes. Die Zugangsmöglichkeit kommt in der Dimensionen öffentlich (public) und private vor.61
- In einer öffentlichen Variante, kann jeder dem Netzwerk beitreten oder es ver-lassen. Es gibt keine Zugangsbeschränkung für das Lesen der Daten. Die Blockchain kann vom jedem gelesen und für Transaktionen genutzt werden.
- Ist einer privat Variante, hat nur eine vordefinierte, vertrauenswürdige Gruppe von Netzwerkteilnehmer den Zugang zu der Blockchain. Jeder Teilnehmer ver-fügt die über eine Kopie des Ledgers und 62 kann neue Transaktionen vorschlagen, die Schreibberechtigung bleibt jedoch zentralisiert. Hier handelt es sich um ein geschlossenes System, „das als geteiltes System unter mehreren Koopera-tionspartnern oder rein firmenintern als Alternative zu existierenden Technologien betrieben werden kann.“
Die Validierungsmöglichkeit, d.h. die Bestätigung neuer Transaktionen, kommt in Di-mensionen permissioned (genehmigungsbasiert) und permissionless (genehmigungsfrei) vor.
- In einer permissioned Variante, dürfen nur berechtigte Teilnehmer die Transaktionen verarbeiten, bzw. neue Blöcke bilden und der Blockchain hin-zufügen. Alle anderen Teilnehmer haben nur Leseberechtigung.
- In einer permissionless Variante, hat jeder Teilnehmer sowohl Schreib- als auch Leseberechtigung.
Ausgehend von diesen Ausprägungen kann eine Blockchain je nach Einsatzzweck 63 auch als Mischform aufgebaut werden, z.B. permissioned privat oder permissionless öffentlich. Bei permissioned privaten Blockchains (z.B. MONAX, Multichain ), dürfen nur ausgewählte Parteien über eine Kopie verfügen, Informations- und Bearbeitungszugriff haben und nur an bestimmte Parteien wird der lesende Zugriff in der Blockchain gewährt. Diese Variante, eignet sich durch sein geschlossenes Konzept insbesondere für Unternehmen, welche die Verteile der Blockchain nutzen wollen, jedoch keine Einsicht in ihre Transaktionen, bzw. Daten geben möchten und deren Prozesse auf einen hohen Durchlauf an Daten ausgerichtet sind. Hier können mit bekannten und leistungsfähigen Partnern schnell und flexibel Anwendungen entwickeln und eingesetzt werden. 64 Zu dieser Kategorie gehören auch sogenannte Consortium Blockchains, wo mehrere Unternehmen sich zusammenschließen, wie z.B. R3 Consortium, EWF (Energie), B3i (Versicherung), Corda u.a. Die Blockchain Ausdehnung ist hier begrenzt sowohl durch die teilnehmenden Netze als auch durch die Tatsache, dass alle Anwendungen zuerst durch das gesamte Konsortium genehmigt werden müssen. Die Generierung der Datenblöcke kann hier sowohl zentral 65 als auch dezentral laufen. In der permissioned öffentlichen Variante (z.B. Ripple, Hyperledger) sind die Blöcke für jeden einsehbar. Allerdings, dürfen nur durch die Organisation ausgewählte Knoten die Einträge vornehmen, wohingegen in permissionless öffentlichen Variante (z.B. Bitcoin, Ethereum), verfügt jeder Teilnehmer sowohl über die Lese- als auch über die Schreibberechtigung. In der privaten permissionless Variante, 66 hat jeder der den Zugriff auf die Blockchain erhält auch volle Rechte. Da diese Art am wenigsten verbreitet ist, wird sie im Folgenden nicht im Betracht gezogen. Die beschriebenen Blockchain Mischvarianten sind in der Abbildung 4 zusammenfassend dargestellt. 67 Für weitere Details bezüglich der Unterscheidungsmerkmale von öffentlichen und privaten Blockchains, sowie deren Vor- und Nachteile können dem Anhang 1 entnommen werden.68
Im Weiteren unterscheiden sich die Blockchains durch die Konsensmechanismen (siehe hierfür Kapitel 3.2), dessen Wahl mit der Wahl der Zugangsberechtigung zusammenhängt. PoW wird meistens in permissionless öffentlichen Blockchains eing-esetzt, da für die Validierung kein gegenseitiges Vertrauen zwischen den Teilnehmer notwendig ist. Bei permissioned öffentlichen Varianten kommen in der Regel PoS oder RPCA zum Einsatz, wo der Konsensmechanismus weniger komplex sein kann, weil das Vertrauen bereits durch die Zugriffserlaubnis der Teilnehmer zum Netzwerk geschaffen wird. In einer privaten Blockchain kommen oft Proof-of-Authority PoA oder Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) zum Einsatz.69
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4: Blockchains Klassifizierung nach Zugangskontrolle und Validierung.
[...]
1 Vgl. (BVL, 2017, S. 4)
2 (Hoffmeister, 2015)
3 Vgl. ebd.
4 Vgl. (Schulz, 2017)
5 Vgl. (Gassmann & Sutter, 2016, S. 17-23)
6 Bedeutet, dass über die Objekte und Akteure Informationen digital zur Verfügung stehen. Vgl. (Bousonville, 2017, S. 5)
7 Vgl. (Stölzle & Burkhardt, 2016, S. 59)
8 Vgl. (Bitkom, 2017, S. 2)
9 Vgl. (Mieschke Hofmann und Partner (MHP), 2014, S. 34)
10 Vgl. (BVL, 2017, S. 19)
11 Vgl. ebd., S. 22
12 Vgl. ebd., S. 55-56
13 Vgl. ebd., S. 14
14 Vgl. (Axit, 2016, S. 6)
15 Vgl. (o.V., Internet of Things, 2018)
16 Vgl. (Wittpahl, 2016, S. 53)
17 Vgl. (IDG, 2018, S. 23)
18 Vgl. (Pfliegl, 2018); Vgl. (Gorter, 2016)
19 (Bitkom, 2017, S. 8-9)
20 Die Abbildung ist der Studie von BVL zu entnehmen. (BVL, 2016, S. 25)
21 Vgl. (IDC, 2018)
22 Vgl. (SAP , 2018)
23 Vgl. (Wittpahl, 2016, S. 17)
24 Vgl. (Bühl, 2017, S. 140)
25 Validierungsprozess bedeutet eine Überprüfung auf Korrektheit und Zulässigkeit der Vorgänge
26 Vgl. (Metzger, Konsensmechanismus, 2017)
27 Vgl. (Metzger, Distributed Ledger Technology, 2018)
28 Mit der Entwicklung der Blockchain Technologie entwickeln sich auch unterschiedliche Varianten des Konsensmechanismus. Auf den bekanntesten wird im Unterkapitel 3.2 näher eingegangen
29 Vgl. (Negin, Distributed Ledger Technologie (DLT) ist mehr als Blockchain. Blockchainwelt, 2018); (Bühl, 2017, S. 140)
30 In Anlehnung an ebd.; (Condos, Sorrell, & Donegan, 2016, S. 3); (Walport, 2016, S. 17); (Böcker, 2017, S. 13); (Burgwinkel, 2016, S. 1); (Deutsche Bundesbank, 2017, S. 37); (Swan, 2015, S. 1); (Deloitte, 2016, S. 9)
31 Damit wird ein Hashwert berechnet. Hashwert ist eine Prüfsumme, die für die Verschlüsselung von Nachrichten mit variabler Länge verwendet wird, Vgl. (Milde, 2015)
32 In Anlehnung an ebd.; (Horch, Was zu Ledger – Teil 1: Distributed-Ledger-Technologie vs. Blockchain, 2018)
33 Vgl. (Negin, Distributed Ledger Technologie (DLT) ist mehr als Blockchain. Blockchainwelt, 2018); (Horch, Was zu Ledger – Teil 2: IOTAs Tangle und Hashgraph, 2018)
34 Gesamtheit der Transaktionsberechtigten, welcher keine komplette Transaktionshistorie benötigt und bei der Bestätigung der Transaktion oder Berechnung keine Rolle spielt. Vgl. (BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V., 2017, S. 15)
35 Computer im Bitkoin-Netzwerk, welche komplette Transaktionshistorie speichern, prüfen die Transaktionen, Validität der Signaturen. So haben sie eine Prüffunktion, ob die Miner die Berechnungen korrekt durchgeführt haben (siehe weiter im Punkt Proof-of-Work). Vgl. ebd. S.15
36 Bestehende Einträge sind jedoch schreibgeschützt und können nachträglich nicht verändert werden. Vgl. (Hasse, 2016, S. 5)
37 Vgl. (Roßbach, Blockchain-Technologien und ihre Implikationen. Teil 1: „Was verbirgt sich hinter der Blockchain-Technologie?, 2016, S. 3-4)
38 Die weiteren Blockchains Varianten sind im Unterkapitel 3.3. erläutert
39 Die Phasen wurden in Anlehnung an folgende Autoren erstellt: vgl. (Burgwinkel, 2016, S. 3-6); (Hasse, 2016, S. 4); (Roßbach, Blockchain-Technologien und ihre Implikationen. Teil 1: „Was verbirgt sich hinter der Blockchain-Technologie?, 2016, S. 3-6); (Deloitte, 2017, S. 8); (Neumann, Demidova, & Kohlhoff, 2017, S. 21); (BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V., 2017, S. 13)
40 Vgl. (Schlatt, Schweizer, Urbach, & Fridgen, 2016, S. 8); (Voshmgi, 2016, S. 13)
41 Um die Transaktionen zu speichern kommen zusätzliche Verfahren zum Einsatz, worauf allerdings in dieser Arbeit nicht eingegangen wird
42 Vgl. (Voshmgi, 2016, S. 14); (Mitschele, 2016)
43 Vgl.(Junge, Grunow, & Straube, 2018, S. 58)
44 Vgl. (BaFin, 2017)
45 Errechnung einer Hashwert aus dem Block, der einem bestimmten Muster entspricht. Vgl. (Stein & Richter, 2017); (Lang & Karlstetter, 2017); (Kiezler, 2016, S. 115)
46 Vgl. (Metzger, Konsensmechanismus, 2017)
47 Dabei kann jeder Privatperson, mit der normalen Rechner-Central Processing Unit CPU und den entsprechender Grafikkarte Graphics Processing Unit GPU an das Mining teilnehmen. Vgl. ebd.
48 D.h. dass die Sicherung der Zustände der Daten erst nach 10 Minuten erfolgt. Vgl. (Ploom, 2016, S. 132)
49 Vgl. (Kiezler, 2016, S. 115); (Roßbach, Blockchain-Technologien und ihre Implikationen. Teil 3: Konsens-Mechanismen, 2016)
50 Vgl. (Laurence, 2018, S. 80)
51 Vgl. (Metzger, Konsensmechanismus, 2017); (Roßbach, Blockchain-Technologien und ihre Implikationen. Teil 3: Konsens-Mechanismen, 2016)
52 Vgl. (Lang & Karlstetter, 2017)
53 Vgl. (Roßbach, Blockchain-Technologien und ihre Implikationen. Teil 3: Konsens-Mechanismen, 2016)
54 Für mehr Informationen, wie genau dieser Konsensprozess im Hintergrund abläuft wird an dieser Stelle auf die Artikel von Roßbach, P. ebd. verwiesen.
55 Vgl. (Verhoelen, 2017)
56 Vgl. (Narayanan, Bonneau, & Felten, 2016, S. 23ff.)
57 Wobei mittels Datadamining die Zuordnung des Schlüssels zum Person möglich ist, jedoch mit vielem Aufwand verbunden. Vgl. (Voshmgi, 2016, S. 13)
58 je nach in der Anwendung erwünschtem Ziel durch entsprechende Programmierung der Blockchain mit der zugehörigen Protokoll
59 Eine Anwendung, die für ein früheres Betriebssystem oder eine frühere Hardwareplattform geschrieben wurde, Vgl. (o.V., Definition of: legacy application, 2018)
60 Vgl. (Ploom, 2016, S. 133)
61 Vgl. (Burgwinkel, 2016, S. 8-9); (Schlatt, Schweizer, Urbach, & Fridgen, 2016, S. 11-12); (Ploom, 2016, S. 123-124); (TeleTrusT – Bundesverband IT-Sicherheit e.V., 2017 , S. 10)
62 Vgl. (Roßbach, Blockchain-Technologien und ihre Implikationen. Teil 2: Anwendungsbereiche der Blockchain-Technologie , 2016, S. 2); (o.V., Blockchains & Distributed Ledger Technologies, 2018)
63 Vgl. (Roßbach, Blockchain-Technologien und ihre Implikationen. Teil 2: Anwendungsbereiche der Blockchain-Technologie , 2016, S. 2)
64 Vgl. (BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V., 2017, S. 20)
65 Vgl. (o.V., Blockchains & Distributed Ledger Technologies, 2018)
66 Vgl. (TeleTrusT – Bundesverband IT-Sicherheit e.V., 2017 , S. 14)
67 Vgl. (International Bank for Reconstruction and Development, 2017, S. 13)
68 Vgl. (BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V., 2017, S. 18)
69 Für nähere Informationen zu dieser Konsensmechanismus vgl. (Kiezler, 2016, S. 117-118); (o.V., Blockchains & Distributed Ledger Technologies, 2018)
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