Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Motivation und Relevanz des Themas
1.2 Zielsetzung und Aufbau der Bachelorarbeit
2. Einführung in die Blockchain-Technologie
2.1 Historie und Grundlagen
2.1.1 Eigenschaften der Blockchain
2.1.2 Kryptografie
2.1.3 Konsens-Algorithmen
2.1.4 Funktionsweise der Blockchain
2.1.5 Kritische Betrachtung der Blockchain-Technologie
2.2 Smart Contracts
2.2.1 Definition
2.2.2 Funktionsweise der Smart Contracts
2.2.3 Oracles
2.2.4 Kritische Betrachtung der Smart Contracts
2.2.5 Smart Contracts vs. traditionelle Verträge
3. Smart Contracts in der Logistik
3.1 Kriterien für die Anwendung von blockchainbasierten Smart Contracts
3.1.1 Anwendbarkeit
3.1.2 Optimierung der Logistik
3.2 Problemstellungen
3.2.1 Implementierungshürden
3.2.2 Rechtliche Bestimmungen zur Nutzung von Smart Contracts
3.3 Lösungsansätze
3.3.1 Ethereum
3.3.2 IOTA
3.3.3 Solana
3.4 Praxisbeispiele
3.4.1 IBM und Maersk
3.4.2. Coca-Cola
4. Beurteilung von Smart Contracts in der Logistik
5. Fazit
Literaturverzeichnis
Management Summary
In Anbetracht der voranschreitenden Digitalisierung und immer weiterwachsenden Globalisierung, steht die Logistikbranche vor Herausforderungen, die zukünftig bewältigt werden müssen. Die Blockchain und ihre Smart Contracts sind eine Technologie, die mit ihren Eigenschaften der Dezentralität, Transparenz, Unveränderbarkeit und der automatischen Ausführung von Bedingungen das Potenzial aufweisen, Logistikprozesse zu optimieren und die Herausforderungen zu stemmen.
Das Ziel der Arbeit ist es, die Anwendungsmöglichkeiten von Smart Contracts im Rahmen der Nutzung der Blockchain-Technologie in der Logistik zu identifizieren und zu analysieren wie sich die Logistik dadurch optimieren lässt. Im Rahmen der Forschung soll auf die bevorstehende Umgestaltung der Logistikbranche aufmerksam gemacht werden, um zwischen den Beteiligten und der Technologie eine Beziehung, basierend auf Akzeptanz und Vertrauen, zu fördern.
Es ist zu erwarten, dass die Blockchain-Technologie für die Akteure der Logistik unbekannt ist. Daher wird zunächst die Technologie hinter der Blockchain und den Smart Contracts erklärt und kritisch betrachtet. Anschließend werden die Smart Contracts in Bezug auf die Logistikbranche analysiert. Es werden die zu erfüllenden Kriterien für die Implementierung aufgestellt, Anwendungs- und Optimierungsmöglichkeiten analysiert, technische und rechtliche Hürden dargestellt und drei Lösungsansätze vorgestellt. Es folgen zwei Beispiele von Unternehmen, die mit den Smart Contracts arbeiten, um einen vorstellbaren Bezug zur Praxis herzustellen.
Die Dezentralität, Transparenz, Unveränderbarkeit und die automatisierte Ausführung von Bedingungen helfen der Logistik dabei, ihre Informations-, Material- und Finanzflüsse effektiv zu gestalten. Es wird eine offene Kommunikation gefördert und eine Datenintegrität gewährleistet, die Risiken abwägen lässt, Verzögerungen entlang der Supply-Chain vermeidet und die Flexibilität bezüglich unerwarteter Veränderungen steigert. Die Automatisierung von Prozessen eliminiert zentrale Instanzen und wirkt sich effizienter und kostengünstiger auf die Logistik aus.
Es wird noch einige Jahren dauern, bis die Technologie vollständig ausgereift ist. Bis dahin hat die Logistik die Aufgabe, ihren Akteuren die Technologie der Blockchain und der Smart Contracts näher zu bringen und ein Bewusstsein für die Potenziale in der Logistik zu schaffen.
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildungsverzeichnis
Die Abbildungen 3 - 5 wurden aus urheberrechtlichen Gründen von der Redaktion entfernt
Abbildung 1: Zentrales, dezentrales Netzwerk und P2P
Abbildung 2: Kryptografie
Abbildung 3: Verkettung der Blöcke
Abbildung 4: Prozessablauf eines Smart Contracts
Abbildung 5: Oracles-Funktion
1. Einleitung
Seit einigen Jahren verbreitet sich die Digitalisierung unaufhaltsam aus und findet in der Wirtschaft und Gesellschaft Anklang.1 Mit der Digitalisierung gehen auch neue Technologien einher. Allerdings sind die meisten Technologien von zentralen Instanzen abhängig. Aufgrund dessen spielt die Blockchain-Technologie hier eine bedeutsame Rolle. Die Blockchain besitzt das Potential, die Verwaltung und Speicherung von Daten zu dezentralisieren, um die Prozesse in beliebigen Branchen zu vereinfachen und Bereiche von Wirtschaft und Gesellschaft zu optimieren. Zudem ermöglicht die Blockchain-Technologie die Ausführung von intelligenten Verträgen, die sogenannten Smart Contracts (SC).2
Die Smart Contracts sind Programme auf der Blockchain, die auf einer Wenn-Dann- Logik basieren. Somit ist deren vordefinierte Aktion an zuvor festgelegte Ereignisse gebunden.3 Damit können Smart Contracts den Grundstein für die Verbindung der virtuellen und realen Welt legen und für das Internet of Things (IoT) genutzt werden.4
1.1 Motivation und Relevanz des Themas
Obwohl die Blockchain-Technologie relativ neu ist und weiterhin Forschungsbedarf besteht, wird die Blockchain bereits intensiv genutzt.5 Insbesondere die Finanzbranche hat diese Technologie effizient in ihre Geschäftsprozesse integrieren können. Aber auch die Logistik kann von den Vorteilen der Blockchain profitieren. Ein digitaler Umschwung der ganzen Logistikbranche steht somit bevor und ist zu erwarten. Diese fortschreitende Veränderung setzt eine weitreichende Akzeptanz der Akteure der Logistik voraus und führt zu einer Auseinandersetzung mit unbekannten und ungewissen Themengebieten. Neue Technologien werfen neue Fragen auf, fordern neue Kompetenzen und stellen das Rechtssystem auf die Probe, wodurch möglicherweise Änderungen und Ergänzungen veranlasst werden müssen.6
Die Blockchain-basierten Smart Contracts wirken sich für die Logistik ebenfalls rentabel aus. Vertragsprozesse können automatisiert und somit die Verwaltungskosten reduziert werden, Vertragsabläufe werden transparent und minimieren die Vertragsrisiken.7 Rechtliche Fragen sind bislang umstritten und mögliche Anwendungsfelder erfordern weitere Forschungsmaßnahmen, um die Blockchain und die Smart Contracts optimal in der Logistik integrieren zu können. Es ergeben sich Fragen inwieweit Smart Contracts rechtskonform sind, ob sie mit herkömmlichen Verträgen gleichzusetzen sind, oder ob sie eine vollkommen neue Art von Verträgen darstellen. Die Blockchain-Technologie bringt neben einigen Nachteilen, auch sehr viele Vorteile, wie die Transparenz und die Unveränderbarkeit, mit sich und weist somit ein enormes wirtschaftliches Potential auf.
1.2 Zielsetzung und Aufbau der Bachelorarbeit
Die Integrierung der Blockchain-Technologie in der Logistik liegt noch in seinen Anfängen. Umso wichtiger ist dessen Erforschung, um die Potenziale herauszufinden, mit denen künftige Arbeitsprozesse optimiert werden können. Es gilt zu klären, wo diese Technologie Anwendung finden kann, ob und inwieweit die Logistik modifiziert werden kann und wie die nötigen, rechtlichen Bestimmungen gestaltet werden müssen. Der Fokus dieser Bachelorarbeit (BA) liegt in der Identifizierung der Anwendungsmöglichkeiten von Blockchain-basierten Smart Contracts in der Logistik. Technische und rechtliche Hürden werden thematisiert und Lösungsansätze untersucht. Im Rahmen der Forschung soll auf die bevorstehende Umgestaltung der Logistikbranche aufmerksam gemacht werden, um zwischen den Beteiligten und der Technologie eine Beziehung, basierend auf Akzeptanz und Vertrauen, zu fördern.
Um die gesetzten Ziele zu erfüllen, ist ein umfassendes Grundverstehen der Blockchain- Technologie und der Smart Contracts eine essenzielle Voraussetzung. Aufgrund dessen, werden im zweiten Kapitel die technologischen Grundlagen der Blockchain und der Smart Contracts näher betrachtet. Es werden wichtige Bestandteile und Eigenschaften erläutert und deren Funktionsweise erklärt. Zudem werden die jeweiligen Technologien kritisch betrachtet und die Smart Contracts mit herkömmlichen Verträgen verglichen.
Mit diesem Kapitel wird es dem Leser ermöglicht, die Technologie zu verstehen und das darauffolgende Kapitel besser in den Sachverhalt einzuordnen. Die Optimierungsmöglichkeiten und die Implementierungshürden werden somit nachvollziehbar und fördern den Gewinn neuer Erkenntnisse.
In Kapitel 3 wird die Thematik rund um die Smart Contracts in der Logistik beleuchtet. Dazu wird dieses Thema in drei Kategorien gegliedert: Anforderungen, Problemstellungen und Lösungsansätze.
Unter dem Punkt „Anforderungen“ wird die Anwendbarkeit von Smart Contracts in der Logistik geprüft und welche Anforderungen das System erfüllen muss. Zudem wird dargestellt, inwiefern sich die Logistik durch Smart Contracts optimieren lässt und welche Vorteile dadurch entstehen. Das Unterkapitel „Problemstellungen“ thematisiert die technischen, physischen und rechtlichen Implementierungshürden. Es wird deutlich gemacht, vor welchen Herausforderungen sich die Logistik befindet und welche Schwierigkeiten bewältigt werden müssen. Anschließend folgen innovative und etablierte Lösungsansätze, die sich mit der Gewährleistung der Anforderungen und der Bewältigung der Hürden beschäftigen. Die Lösungsansätze werden durch Systeme angeboten, von denen Ethereum, IOTA und Solana innerhalb dieser Arbeit vorgestellt werden. Das Kapitel „Lösungsansätze“ endet mit zwei Praxisbeispielen aus der Logistik, die mit der Blockchain-Technologie und Smart Contracts erfolgreich arbeiten.
Im vierten Kapitel werden die Anwendungsmöglichkeiten, die durch diese Arbeit herauskristallisiert worden sind, erläutert und anschließend bewertet. Hier werden die Anwendungsmöglichkeiten hinsichtlich ihrer Vorteile, Nachteile, Risiken und Chancen analysiert. Dadurch wird ein breitgefächertes Wissen vermittelt, das im Zusammenhang mit dem Grundwissen aus Kapitel 2 einen facettenreichen Blickwinkel fördert.
Im fünften und letzten Kapitel wird ein Fazit gezogen. Die Ergebnisse der BA werden abschließend präsentiert und es erfolgt die Beantwortung der Forschungsfrage, welche Anwendungsmöglichkeiten von Smart Contracts im Rahmen der Nutzung der Blockchain-Technologie sich in der Logistik ergeben und wie diese zu beurteilen sind. Nach der umfassenden Bearbeitung der Thematik rund um Blockchain und Smart Contracts in der Logistik, kann eine Erfüllung der zuvor definierten Ziele gewährleistet werden.
2. Einführung in die Blockchain-Technologie
Dieses Kapitel beschäftigt sich mit den notwendigen und wichtigsten Grundlagen bezüglich der Blockchain-Technologie und der Smart Contracts. Hier wird die Basis des Wissens geschaffen, die für die darauffolgenden Kapitel von Wichtigkeit ist, um Erkenntnisse und Zusammenhänge nachzuvollziehen.
2.1 Historie und Grundlagen
Die Anfänge der Blockchain-Technologie reichen bis ins Jahr 1991, als S. Haber und W. Stornetta die erste Software, zur Zeitstempelung von digitalen Dokumenten, programmierten. Im Jahr 2004 wurde das Reusable Proof-of-Work (RPoW) vom Informatiker Hal Finney entwickelt, dass das Problem der doppelten Ausgabe löste. Das System RPoW registrierte den Besitz von Token auf vertrauenswürdigen Servern, sodass die Richtigkeit global in Echtzeit überprüft werden konnte.8 Es wird als wichtiger und früher Prototyp für die heutige Blockchain verstanden. Das Konzept der Blockchain als dezentralisierte Datenbank wurde am 01. November 2008 von dem Pseudonym Satoshi Nakamoto in seinem Bitcoin-Whitepaper veröffentlicht. Die technischen Grundlagen für den Bitcoin und Kryptowährungen auf Basis der Blockchain-Technologie, wurden in diesem Dokument dargelegt.9
Bei der Blockchain handelt es sich um eine Ausprägung der Distributed-Ledger- Technologie (DLT).10 Unter dieser Technologie versteht man ein System mit mehreren Benutzern, welches ohne zentrale Steuerungsinstanz funktioniert.11 Die getätigten Transaktionen werden in einem Ledger (Hauptbuch) gespeichert, der sich dezentral und redundant auf die unabhängigen Rechner der Teilnehmer verteilt.12 Die Transaktionen bei der Blockchain werden in Form von Informationsblöcken miteinander verknüpft und bilden somit das Aneinanderketten von Blöcken, wodurch die Reihenfolge der Transaktionen zeitlich geordnet ist. Aufgrund dessen, ist eine nachträgliche Veränderung der Daten nicht möglich. Da jeder Benutzer die Transaktionen pseudonymisiert durchführen und validieren kann, wird auf ein Intermediär, wie eine Bank, verzichtet.13
Die Entwicklung der Blockchain-Technologie wird in drei verschiedene Phasen unterteilt. Blockchain 1.0 umfasst dabei die Zahlungsabwicklung mit Kryptowährungen. Die Abwicklung und Erfassung von Smart Contracts im Finanzsektor, werden der Blockchain 2.0 zugeordnet. In der Blockchain 3.0 finden die Smart Contracts, als dezentrale autonome Organisationseinheiten (DAO), Anwendung außerhalb der Finanzbranche, unteranderem in der Logistik.14
2.1.1 Eigenschaften der Blockchain
Die Blockchain lässt sich durch drei wesentliche Eigenschaften kennzeichnen, die der Technologie zu ihrem wirtschaftlichen Potential verhelfen: Dezentralität, Transparenz und Unveränderbarkeit.
Dezentralität
Einer der wichtigsten Eigenschaften der Blockchain-Technologie ist die dezentrale Organisation. Die Dezentralität kann einen vertrauenswürdigen Dritten in Geschäftsprozessen ersetzen und verzichtet demnach auf eine zentrale Kontrollinstanz.15 Die Kontrolle und Koordinierung des Systems werden nicht von einem Intermediär, der unter den Teilnehmern als Zwischenglied fungiert, übernommen, sondern von den einzelnen Teilnehmern - auch Knoten genannt - im Netzwerk selbst.16
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Zentrales, dezentrales Netzwerk und P2P
Quelle: Wittenberg 2020, S. 20
Die Kommunikation innerhalb der Teilnehmer ist die Voraussetzung, für eine reibungslose Koordination. Die Kommunikation wird durch ein Peer-to-Peer-Netzwerk (P2P) gewährleistet.17 Dieses Netzwerk besteht aus einzelnen Knoten, die alle gleichberechtigt sind und sich untereinander Speicherkapazität und Rechenleistung zur Verfügung stellen.18 Die Daten der Blockchain sind auf alle Knoten verteilt, womit das Risiko eines Systemausfalls mit zunehmender Anzahl an Knoten abnimmt. Abbildung 1 verdeutlicht die Vorteile von P2P gegenüber zentralen und dezentralen Netzwerken. Fällt ein zentraler Knoten im zentralen Netzwerk aus, so sind alle anderen Knoten auch vom Kommunikationsausfall betroffen. Bei Ausfällen im dezentralen Netzwerk, werden Teile des Systems lahmgelegt, während andere Knoten die Kommunikation fortführen können. Im P2P können alle Knoten alternative Verbindungen zu anderen Knoten aufbauen und werden somit nicht von der Kommunikation abgeschottet.19
Transparenz
Die Blockchain-Technologie bietet eine vollständige Transparenz, da jeder Teilnehmer auf alle Transaktionen der Blockchain zugreifen kann. Ermöglicht wird dies durch das P2P-Netzwerk, da alle Daten der Blockchain auf jedem Knoten gespeichert werden.20 Jede Transaktion kann exakt zurückverfolgt werden, allerdings ist nicht einsehbar welche Person daran beteiligt war, da persönliche Daten außen vorgelassen werden. Diese Transparenz dient als Grundbaustein des Vertrauens und sorgt für eine hohe Nachvollziehbarkeit und eine Belastbarkeit der Daten.21
Unveränderbarkeit
Mit der Blockchain-Technologie geht auch der Begriff der Unveränderbarkeit einher. Allerdings gilt zu beachten, dass es theoretisch möglich wäre die Blockchain im Nachhinein zu verändern, praktisch gesehen ist das aber unmöglich. Jede Transaktion wird in einem Informationsblock gespeichert und über kryptografische Verfahren mit dem davorliegenden und dem darauffolgenden Block verkettet. Wer die Daten nachträglich verändern will muss nicht nur den einen Block austauschen, in dem die Daten gespeichert sind, sondern auch alle darauffolgenden Blöcke. Dafür wird nicht nur eine riesige Menge an Rechenleistung benötigt, derjenige trägt auch die Kosten für alle folgenden Blöcke, die verändert werden müssen.22 Die Kosten für die Veränderung von Tage, Wochen oder Monate alte Daten liegen schnell bei mehreren Milliarden Euro. Die Kosten überwiegen somit in den meisten Fällen dem Wert der neueingetragenen Daten.23 Die verketteten Blöcke werden auf alle Knoten des Netzwerks gespeichert und wenn es zu einer Veränderung eines Blockes auf einem Knoten kommt, entspricht diese Blockchain nicht mehr der, der anderen Knoten. Das System erkennt diese Unstimmigkeit und der veränderte Knoten wird ungültig. Der Zugriff zum Netzwerk wird verwehrt und gewährleistet somit die Manipulationssicherheit.24
2.1.2 Kryptografie
Die Kryptografie ist ein Wirtschaftszweig, der sich unter anderem, mit der Verschlüsselung von Daten beschäftigt. Somit kann sie zur Verschlüsselung von Transaktionen genutzt werden, die auch nur vom richtigen Empfänger wieder entschlüsselt werden können. Dabei kann der Sender nur Transaktionen von
Vermögenswerten und Rechten tätigen, die sich in seinem Besitz befinden.25 Mit Hilfe kryptografischer Methoden kann der Zugriff auf Daten von unberechtigten Dritten vermieden werden.26
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Kryptografie
Quelle: Egloff und Turnes 2019, S. 41
Bei der Blockchain-Technologie kommen zwei kryptografische Methoden zum Einsatz.
Dabei handelt es sich einerseits um Hashing und andererseits um Private-Public-Key- Paare.
Hashing-Algorithmus
Daten unterschiedlicher Länge werden mit Hilfe einer Hashfunktion in eine Zeichenkette mit einer immer gleichen bleibenden Länge umgewandelt und dienen als Fingerabdruck für eine Nachricht. Diese Zeichenkette besteht aus einer Folge von Bytes, die in der Hexadezimaldarstellung repräsentiert und mit den Ziffern 0-9 und A-F dargestellt wird. Das Hash-Verfahren ermöglicht die genaue Identifizierung einer Nachricht, ohne den
Inhalt zu offenbaren und die Überprüfung, ob die Nachricht im Nachhinein verändert wurde. Das gängigste Hashverfahren in der Blockchain ist SHA-256. Der Hashwert beim SHA-256, wird bei der kleinsten Veränderung der Nachricht komplett geändert.27 Am folgenden Beispiel wird das deutlich:
Nachricht: „Blockchain“
Hashwert: „625da44e4eaf58d61cf048d168aa6f5e492dea166d8bb54ec06c30de07db57“ Nachricht: „Blockchain1“
Hashwert: „0fc6e34f6899f5e2ca06688e49bb42cc104a45d5bb86c55eafe8c7d588204a“ Nachricht: „blockchain“
Hashwert: „ef7797e13d3a75526946a3bcf00daec9fc9c9c4d51ddc7cc5df888f74dd434“
Die Hashfunktion hinterlegt einen individuellen und eindeutigen Fingerabdruck in jedem Block. Dieser ist auch auf dem nächsten Block gespeichert, wodurch die Blöcke miteinander verkettet werden und eine unbemerkbare Manipulation verhindert.28
Private-Public-Key-Paare
Bei dem Private-Public-Key handelt es sich um eine asymmetrische Verschlüsselung, bei der jeder Teilnehmer des Netzwerks jeweils einen öffentlichen und privaten Schlüssel erhält.29 Es wird ein geheimer Private Key erstellt und gleichzeitig mathematisch ein zugehöriger Public Key generiert. Hierbei ist die Berechnung vom Public Key anhand des Private Keys nicht besonders schwierig, die Bestimmung des Private Keys mit Hilfe des Public Keys ist allerdings unmöglich. Mit dem Public Key kann eine Nachricht verschlüsselt werden und mit dem Private Key wieder entschlüsselt werden. Zudem lassen sich mit dem Private Key auch Informationen kreieren, die mit dem zugehörigen Public Key gelesen werden können.30
Auf der Methode der asymmetrischen Verschlüsselung basiert die digitale Signatur. Dokumente mit einer digitalen Signatur können von allen Teilnehmern gelesen werden, aber es wird gewährleistet, dass das Dokument nach der Übertragung von niemanden verändert wurde. Das funktioniert indem mit Hilfe einer Hashfunktion eine Prüfsumme aus dem Text gebildet wird. Diese Prüfnummer, der Hash-Wert, wird verschlüsselt und ans Ende der Nachricht beigefügt. Die digitale Signatur bezeichnet somit den verschlüsselten Hash-Wert. Der Empfänger kann mit dem Public Key des Absenders die Signatur entschlüsseln und erhält den berechneten Hash-Wert des Absenders. Der Empfänger ermittelt nach dem gleichen Verfahren ebenfalls einen Hash-Wert. Sind beide Hash-Werte identisch, dann ist die Nachricht unverändert.31
2.1.3 Konsens-Algorithmen
In der Blockchain, bei der es keine vertrauenswürdige zentrale Instanz und nur gleichberechtigte Knoten gibt, muss es bestimmte Regeln und ein Konsensmodell geben, um das Netzwerk zu koordinieren und eine Integrität der Daten bei allen Teilnehmern gewährleisten zu können. Damit ein Eintrag in der Blockchain validiert werden kann, muss es zu einem Konsens kommen. Es muss die Mehrheit, also über 50% der Teilnehmer, den Eintrag bestätigen.32 Folgende Konsens-Algorithmen sind die gängigsten:
Proof-of-Work (PoW)
PoW zählt zu den gebräuchlichsten Konsens-Algorithmen und dient als Grundlage für einige Kryptowährungen wie zum Beispiel Bitcoin. Der Algorithmus funktioniert, indem Rechenleistung zum Lösen eines kryptografischen Rätsels eingesetzt wird und sich damit eine sogenannte Nonce ermitteln lässt. Diese Nonce bildet in Kombination mit dem neu generierten Block einen Hash-Wert, der als Beweis für geleistete Arbeit dient.33 Nur mit diesem Arbeitsnachweis kann der Miner, der für die Blockerstellung zuständig ist, eine offene Transaktion verifizieren und einen neuen Block generieren. Der Miner der als erstes die Nonce errechnet und somit den neuen Block erstellt, wird mit der jeweiligen Kryptowährung bezahlt. Dank der Entlohnung wird das Befolgen der Regeln attraktiver und fördert das korrekte Verhalten unter den Knoten.34
Proof-of-Stake (PoS)
Während beim PoW das Vertrauen durch das Lösen eines Rätsels mit Rechenleistung hergestellt wird, wird das Vertrauen bei PoS über ein Anteilsnachweis bereitgestellt. Der PoS-Algorithmus verfolgt ebenfalls das Ziel, Transaktionen zu verifizieren und einen Konsens zu bilden. Anders als beim PoW, geht es beim PoS nicht darum als erster ein Rätsel zu lösen, um somit den Block generieren zu können und entlohnt zu werden, sondern um eine gewisse Menge an der jeweiligen Kryptowährung nachweisen zu können. Beim PoS wird der Miner nicht entlohnt, allerdings dürfen die anfallenden Transaktionsgebühren für das Validieren der Transaktion einbehalten werden. Es wird ein monetärer Anreiz und eine Beteiligung am Konsens-Mechanismus geschaffen.35
2.1.4 Funktionsweise der Blockchain
Der Grundbaustein der Blockchain ist der sogenannte „Block“. Dieser ist die Datenstruktur, der alle wichtigen Informationen beinhaltet.36 Jeder dieser Blöcke umfasst einen eigenen Hash-Wert als digitalen Fingerabdruck, den digitalen Fingerabdruck des vorherigen Blocks, den Nonce-Wert, einen Zeitstempel und die Daten zu den Transaktionen, die im Block gespeichert sind.37
https://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Anlage/DG/blockchain-gutachten.pdf?__blob=publicationFile S. 32
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Abbildung 3: Verkettung der Blöcke
Quelle: BMVI 2019, S. 32
Damit eine Transaktion überhaupt erst in einem Block integriert werden kann, muss ein gewisser Prozess durchlaufen werden. Nachdem eine Transaktion generiert wurde, wird diese auf die verteilten Rechner übermittelt und auf ihre Gültigkeit geprüft.38 Der Sender der Transaktion muss diese mit einer digitalen Signatur versehen, indem er mit dem Private Key den dazugehörigen ermittelten Hash-Wert verschlüsselt und an die Transaktion beifügt. Der Empfänger entschlüsselt mit dem Public Key den Hashwert und vergleicht ihn mit seinem selbst ermittelten Hashwert.39 Die Transaktion wird von den sogenannten Miner überprüft, indem sie ein individuelles kryptografisches Rätsel lösen. Der Miner der das Rätsel als erster löst und die Nonce herausfindet, führt die Blockbildung aus. Die Nonce wird als Beweis für die Lösung präsentiert und dient gleichzeitig als Arbeitsnachweis, um die Belohnung einfordern zu können.40 Anschließend wird die Transaktion mit anderen geprüften Transaktionen in einen Block gefasst und zur Validierung freigegeben. Die Teilnehmer des Netzwerks verifizieren den Block, indem ein Konsens durch Proof-of-Work oder Proof-of-Stake gebildet wird. Welcher Algorithmus genutzt wird, ist von Blockchain zu Blockchain unterschiedlich. Jedem Block wird ein Hash-Wert zugeordnet, der auch auf dem nächsten Block gespeichert ist, wodurch die Blöcke chronologisch miteinander verknüpft werden und sich eine Kette bildet.41 Sobald der neue Block in der Blockchain verankert ist, werden alle Knoten im Netzwerk benachrichtigt und alle Miner hören mit der Berechnung dieses Blocks auf und wenden sich dem darauffolgenden Block zu. Dafür wird der Hash-Wert des aktuellen Blocks benötigt und der beschriebene Prozess wiederholt sich.42
2.1.5 Kritische Betrachtung der Blockchain-Technologie
Aufgrund der Dezentralität, Transparenz und Unveränderbarkeit, wird die Blockchain meistens mit einem positiven Zusammenhang in Verbindung gebracht. Trotz den Vorteilen der Dezentralität, der Transparenz und der Manipulationssicherheit, ist eine kritische Betrachtung der Blockchain-Technologie notwendig.
Beim Verwenden des Konsens-Algorithmus Proof-of-Work darf der Energieverbrauch nicht außer Acht gelassen werden. Für das Lösen des kryptografischen Rätsels von mehreren Knoten, dass nur einer gewinnen kann, wird eine große Menge an Rechenleistung verschwendet. Dabei dient das gelöste Rätsel lediglich als Arbeitsnachweis und steuert somit keinen Nutzen bei. Die sogenannte Difficulty bei dem PoW-Algorithmus ist ebenfalls ein Nachteil. Die Schwierigkeit des zu lösenden Rätsels erhöht sich, wenn neue Miner dem Netzwerk beitreten und dadurch die Gesamtrechenleistung steigt. Die zunehmende Anzahl an Miner steigert nicht die Transaktionsgeschwindigkeit, sondern die Rätselschwierigkeit, damit die Erstellung eines Blocks zeitlich konstant bleibt. Neben der Schwierigkeit steigt auch der Energieverbrauch. Anzumerken ist, dass der hohe Energieeinsatz die Blockchain zusätzlich vor Angriffen schützt, da eine nachträgliche Änderung eine Rechenleistung von mindestens 50% der gesamten Rechenleistung voraussetzt.43
In Bezug auf die Blockchain muss die Skalierbarkeit ebenfalls kritisch betrachtet werden. Die Skalierbarkeit umfasst die Fähigkeit des Netzwerks, seine Leistungsfähigkeit an eine steigende Anzahl an Transaktionen anzupassen. Die eingeschränkte Skalierbarkeit der Blockchain hängt mit der Größe und Anzahl der Blöcke zusammen. Bei der Kryptowährung Bitcoin wird aktuell etwa alle 10 Minuten ein neuer Block generiert, der auf ein Megabyte begrenzt ist und somit Kapazität für 2.000 Transaktionen bietet. Bei der Ethereum-Blockchain wird alle 15 Sekunden ein neuer Block abgespeichert mit 50-150 Transaktionen. Herkömmliche zentrale Systeme stocken ihre Rechenkapazität beim Anstieg der Belastung auf und sind somit skalierbar. Während Zahlungsanbieter wie VISA etwa 65.000 Transaktionen pro Sekunde oder Paypal etwa 193 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, beschränkt sich die Transaktionsgeschwindigkeit der BitcoinBlockchain auf 3-4 Transaktionen pro Sekunde und der Ethereum-Blockchain auf ungefähr 15 Transaktionen pro Sekunde.44
Der eigentliche Vorteil der Unveränderbarkeit der Blockchain kann zugleich auch ein Nachteil sein. Fehlerhafte Daten können im Nachhinein nicht verändert werden und führen im Geschäftsalltag zu Problemen und Zeitverlusten. Um Transaktionen rückgängig zu machen, muss eine neue Transaktion in entgegengesetzter Richtung getätigt werden, um den Ursprungszustand zu erreichen. Die Blockchain bringt erhöhte Anschaffungskosten und steigende Betriebskosten für Strom, Wartungen und Updates mit sich. Diese Kosten steigen mit der Anzahl der arbeitenden Knoten in dem jeweiligen Blockchain-Netzwerk. Zudem fallen Transaktionsgebühren an, die für jede getätigte Transaktion an die Miner abzuführen sind, um eine schnelle Aufnahme der Transaktion in einen Block und anschließend in die Blockchain zu gewährleisten.45
2.2 Smart Contracts
Unter dem Kapitel 2.2 werden alle Grundlagen und Eigenschaften der Smart Contracts zusammengefasst. Es werden Chancen und Risiken, die Funktionsweise und der Vergleich zu traditionellen Verträgen behandelt.
2.2.1 Definition
Smart Contracts sind elektronische selbstausführende Verträge, die durch eine Transaktion in der Blockchain verknüpft werden. Es können unterschiedliche Vertragsbedingungen definiert werden, die durch bestimmte Auslöser, hinterlegte Aktionen ausführen. Somit können automatische Auszahlungen getätigt werden, sobald die vereinbarten Vertragsbedingungen erfüllt sind.46 Die Bedingungen werden demnach vom Smart Contract selbst überprüft und müssen von keiner dritten Person kontrolliert werden, weshalb diese unabhängig von einer zentralen Instanz agieren. Die Transparenz der Blockchain macht den digitalen Vertrag für alle Knoten im Netzwerk zwar einsehbar, lässt aber eine nachträgliche Änderung nicht zu. Die Ausführung der Smart Contracts erfolgt lediglich auf Blockchains, die auch für SC entwickelt wurden sind. Die Populärste Blockchain für die Verwendung von SC ist die Ethereum-Blockchain.47
2.2.2 Funktionsweise der Smart Contracts
Der Prozessablauf der Smart Contracts lässt sich in den vier Phasen Vereinbarung, Auslösung, Ausführung und Abwicklung unterteilen. Diese Schritte werden im Folgenden anhand eines Warenkaufs beschrieben.
https://www.haufe.de/controlling/controllerpraxis/bilderserie-blockchain-technologie-im-accounting- prozessablauf/blockchain-prozessablauf-schritt-4_112_469352_469360.html
Bild 4
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Abbildung 4: Prozessablauf eines Smart Contracts
Quelle: Schaumann und Bunn 2018
[...]
1 Vgl. Statista 2020
2 Vgl. Egloff und Turnes 2019, S. 15f.
3 Vgl. Wilkens und Falk 2019, S. 4
4 Vgl. Prinz und Schulte 2017, S. 22
5 Vgl. Bitcoin Whitepaper 2008
6 Vgl. Jakob et al. 2018, S. 1
7 Vgl. Meier und Fill 2020, S. 91f.
8 Vgl. Binance Academy 2018
9 Vgl. Helbig 2019, S. 22
10 Vgl. Bundesnetzagentur 2019, S. 5
11 Vgl. Hinckeldeyn 2019, S. 5
12 Vgl. Lanquillon 2019, S. 5
13 Vgl. Howarth 2019, S. 4
14 Vgl. Horwath 2019, S. 4
15 Vgl. Prinz und Schulte 2017, S. 8
16 Vgl. Drescher 2017, S. 43
17 Vgl. Drescher 2017, S. 33
18 Vgl. Meinel et al. 2018, S. 25
19 Vgl. Wittenberg 2020, S. 20
20 Vgl. Lanquillon 2019, S. 5
21 Vgl. Wieninger 2020, S. 153
22 Vgl. Lanquillon 2019, S. 23
23 Vgl. Hosp 2021, S. 58
24 Vgl. Lanquillon 2019, S. 6
25 Vgl. Egloff und Turnes 2019, S. 13
26 Vgl. Lanquillon 2019, S. 8
27 Vgl. Meinel et al. 2018, S. 22
28 Vgl. Lanquillon 2019, S. 9
29 Vgl. ebd., S. 10
30 Vgl. Hosp 2021, S. 40
31 Vgl. Lanquillon 2019, S. 9f.
32 Vgl. Meinel et al. 2018, S. 44
33 Vgl. Lanquillon 2019, S. 18
34 Vgl. Hosp 2021, S. 46
35 Vgl. Lanquillon 2019, S. 21
36 Vgl. Meier und Fill 2020, S. 10
37 Vgl. Helbig 2019, S. 30
38 Vgl. Egloff und Turnes 2019, S. 12
39 Vgl. Burgwinkel 2016, S. 7
40 Vgl. Meier und Fill 2020, S. 11
41 Vgl. Meinel et al. 2018, S. 37
42 Vgl. Helbig 2019, S. 30
43 Vgl. Lanquillon 2019, S. 20
44 Vgl. Wittenberg 2020, S. 110
45 Vgl. ebd., S. 112
46 Vgl. Mitschele 2019
47 Vgl. Haapio et al. 2019, S. 5