Das Potential der Blockchain-Technologie. Welche Anwendungsmöglichkeiten gibt es in der Industrie 4.0 und im Internet der Dinge?

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Glossar

Abstract

1 Einführung
1.1 Problemstellung
1.2 Methodik
1.3 Ziel der Arbeit

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Industrie 4.0
2.2 Simplifizierte Funktionsweise der Blockchain
2.3 Ethereum
2.4 Smart Contracts
2.5 Dezentrale Anwendungen (DApps)
2.6 Klassifizierung von DApps

3 Potentiale und Risiken der Blockchain-Technologie
3.1 Potentiale der Blockchain-Technologie
3.2 Risiken der Blockchain-Technologie

4 Mögliche Anwendungen der Blockchain innerhalb der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge
4.1 Potentielle Einsatzgebiete
4.2 Hands-on Vechain

5 Handlungsempfehlung und Fazit

Literaturverzeichnis

Vorwort

Ich möchte die Gelegenheit nutzen und mich bei allen bedanken, die mich während meines Studiums und dem Erstellen dieser Bachelorarbeit unterstützt und motiviert haben. Als erstes gebührt mein Dank Herrn Prof. Dr. Helmut Kohlert, der sich bereiterklärte mich bei dieser Arbeit zu betreuen und stets mit konstruktiver Kritik, Rat und Anmerkungen zur Seite stand. Ebenfalls will ich mich bei meinen Kommilitonen und Freunden bedanken. Ohne deren Hilfe hätte sich mein Studium nicht annähernd so positiv gestaltet. Namentlich möchte ich Patrick Howlett erwähnen, der mich Beginn des Studiums ununterbrochen unterstützt hat. Ebenfalls möchte ich Hugo Pessoa Correia, für die sehr lehrreichen und interessanten Gespräche zu diesem Thema und über meine Bachelorarbeit, danken. Zudem noch eine Danksagung an meinen alten Freund Andreas Horn, welcher mich motiviert hat, dieses Studium zu beginnen und mir stets gute Ratschläge gab und gibt. Als letztes gilt mein Dank noch meiner Familie, meiner Schwester und meiner Mutter. Ohne Euren Rückhalt wäre das Studium von Anfang an nicht möglich gewesen. Danke, dafür dass ihr immer an meiner Seite seid und mir in guten sowie in schlechten Zeiten den Rücken stärkt.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Schematische Darstellung Methodik

Abbildung 2 Die vier Phasen der Industriellen Revolution

Abbildung 3 Das Industrie 4.0 Haus

Abbildung 4 Die ersten 10 Kryptowährungen absteigend nach MarketCap

Abbildung 5 Chart der Marktentwicklung des Kryptomarkts nach MarketCap von April 2017 bis März 2018

Abbildung 6 Klassifizierung der Blockchain

Abbildung 7 Einfache Transaktion

Abbildung 8 Verkettete Transaktion

Abbildung 9 Verkettete Transaktion II

Abbildung 10 Verteiltes Kontobuch

Abbildung 11 Synchronisation der Kontobücher Schritt 1: Anmeldung der Transaktion

Abbildung 12 Synchronisation der Kontobücher Schritt 2: Validierung der Transaktion

Abbildung 13 Funktionsablauf eines Smart Contracts

Abbildung 14 Zentrale und dezentrale Applikationen im Vergleich

Abbildung 15 Vergleich des Vertrauens in innovative Technologien

Abbildung 16 Übersicht der Verteilung der Hashrate des Bitcoins (Nijui, P. 2018)

Abbildung 17 Einsatzgebiete der Blockchain in der Industrie 4.0 und dem IoT

Abbildung 18 Aufbau VeChain Foundation

Abbildung 19 Stimmrechte der Stakeholder

Abbildung 20 Ablauf des Datenhandels schematisch

Abbildung 21 Ablauf des Datenhandels detailliert

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Glossar

Adresse

Eine auf den ersten Block zufällige Abfolge von Buchstaben und Ziffern wie in etwa Beispielsweise „1A3vP4QfGfeDmtpTl5Slmv63DivfNa“. Der Besitz von Bitcoins ist immer mit einer Adresse verbunden. Diese Adressen sind offene Schlüssel (siehe Glossar Public Key), für die man den nötigen privaten Schlüssel (siehe Glossar Private Key) benötigt. Adressen können von der Blockchain generiert werden. Die Adresse ist somit quasi die Kontonummer des Kryptokontos bzw. Wallets (siehe Glossar Wallet) (vgl. Conrad, P. 2013 S56).

Altcoin

Ist die Bezeichnung für alternative Coins und dient als Sammelbegriff für alle Coins außer dem Bitcoin. Viele dieser Altcoins beruhen zwar bis auf einige kleine Änderungen auf dem Bitcoin werden aber dennoch als Altcoin kategorisiert. Mittlerweile gibt es über 1000 Altcoins (laut Coinmarket Cap, Stand 04.05.2018) und es werden täglich mehr (vgl. Conrad, P. 2013).

ASICS

Unter Asics versteht man Application-Specific-Integrated Circuits. Dies sind speziell fürs Mining entwickelte Schaltkreise in Form eines Computer Chips. Seine einzige Aufgabe liegt in der Lösung Rechenaufgaben des SHA-256 (siehe Glossar SHA-256) Algorithmus (vgl. Conrad, P. 2013).

Block

Der Block einer Blockchain enthält eine Referenz des vorherigen Blocks, einen Zeitstempel, dazu eine Nonce, dies ist eine Variabel innerhalb eines Hashwerts (siehe Glossar Hash). Dazu die Datensätze, Ereignisse, Transaktionen, welche ebenfalls durch das Hashing zusammengefasst werden.

Die Aneinanderkettung von den Blöcken geschieht entweder durch PoW (siehe Glossar Proof of Work) oder PoS (siehe Glossar Proof of Stake) (vgl. Brooimans, K./Eisenhofer, A. 2018).

Contract Account

Siehe Kapitel 2.5

Coin

Ein Coin ist eine Form einer digitalen Münze und die Werteinheit einer Kryptowährung (vgl. o.V. o.J.a).

DApp (Dezentrale App)

Siehe Kapitel 2.6

DLT (Distributed Ledger Technology)

Eine auf dem Konsens basierte Datenbank, ein verstreutes Transaktionsbuch. Die Daten innerhalb dieser Datenbank sind alle redundant. Das heißt jeder Nutzer besitzt alle Daten. Unter diesem Begriff versteht man auch die allgemeine Technologie des Bitcoins bzw. der meisten Kryptowährungen (vgl. Brooimans, K./Eisenhofer, A. 2018: Glossar).

EOA (External Operation Account)

Siehe Kapitel 2.5

Exchange

Dies sind in den meisten Fällen Webseiten, bzw. Online-Börsen, auf denen man Kryptowährungen kaufen oder verkaufen kann. Manche Exchanges bieten viele Tools des Tradings, wie ein regulärer Online Broker an, andere haben nur die rudimentären Funktionen wie kaufen und verkaufen. Nach heutigem Stand werden die meisten Transaktionen von Kryptowährungen mit Bitcoin als Basis geführt. Dem zu Folge ist der Bitcoin die Leitwährung. Das heißt ein Coin (siehe Glossar Coin) hat einen entsprechenden Gegenwert in Bitcoin. Für das erwerben dieses Coins muss man sich vorher Bitcoins kaufen. Manche Exchanges bieten die Möglichkeit Bitcoin gegen Fiatgeld (siehe Glossar Fiatgeld) zu erwerben. Die meisten jedoch beschränken sich auf das Handeln von Kryptowährungen untereinander. Es gibt noch verschiedene andere Paare, wie etwa ETH. Das bedeutet, dass eine Kryptowährung einen ETH Wert hat und nur gegen ihn gehandelt werden kann. Nach und nach werden jedoch immer mehr Fiatgeld-Paare angeboten, also das jeder Coin direkt mit Fiatgeld gekauft werden kann und kein Umweg mehr über den Bitcoin gegangen werden muss (vgl. o.V. o.J.a).

Fiatgeld

Aus dem Lateinischem abgeleitet bedeutet fiat „es werde“. Das soll zum Ausdruck bringen, dass das Geld durch die Notwendigkeit Geld zu besitzen, einfach entsteht. Es ist ein Objekt ohne eigentlichen Wert, das aber als Tauschmittel dient. Als Gegenstück hierfür gibt es das Warengeld, als Güter wie Reis, Gold usw. (vgl. o.V. o.J.a).

Fork

Dieser Begriff kommt aus der Informatik und beschreibt die Aufteilung eines Projekts in verschiedene Folgeprojekte. Es gibt zwei verschiedene Arten des Forks. Zu dem einem den Soft Fork, bei dem nur vorangegangene Blöcke und Transaktionen ungültig gemacht werden. Zum anderen den Hard Fork. Dabei wird die Blockchain gespalten, nachdem das Protokoll geändert wurde. Dieses Vorgehen ist durchaus schwierig und benötigt einigen Aufwand (vgl. o.V. o.J.a).

Hashwert

Jeder Block in einer Blockchain trägt einen kryptografischen Hashwert, wodurch alle Blöcke verkettet werden. Dieser Hashwert entsteht durch den Blockchain-Algorithmus. Dieser Wert wird durch eine zufällige Zeichenfolge mit fixer Länge umgewandelt. Eine Veränderung der Eingangsdaten führt zu einem Hashwert, der extrem von dem ursprünglichen abweicht. Manipulation lässt sich somit leicht entdecken.

Dieser Wert beschreibt im Prinzip die Rechenkraft des Netzwerkes. Zum Beispiel erreicht die Bitcoin Blockchain den Hashwert von 10TH/s, schafft sie 10 Billionen Berechnungen pro Sekunde. Es zeigt also quasi die Geschwindelt der Blockchain oder einzelner Komponenten wie etwa Miningrigs (siehe Glossar Mining) (vgl. Brooimans, K./Eisenhofer, A. 2018: Glossar).

Hyperledger

Das Hyperledger Projekt ist eine Open Source Blockchain mit mehreren Releases wie etwa Fabric. Es ist eine Kooperation von verschiedenen Namenhaften Unternehmen aus allen möglichen Industrien und Wirtschaftszweigen. Sie wird von der Linux Foundation betrieben und versteht sich als Entwicklungshub für Blockchain Technologien (vgl. Burgwinkel, D. 2016).

ICO (Initial Coin Offering)

Die Bezeichnung lehnt an den Initial Public Offerings bei Wertpapieren an. Dort werden die Aktien das erste Mal für Investoren angeboten. Dasselbe sind ICOs aber im Blockchain Universum. Es ist eine neue Form der Unternehmensfinanzierung. Anders jedoch als bei den Finanzierungen des Börsenganges können die Investoren bei einer ICO mit Kryptowährungen eine bestimmte Menge an Coins von dem neuen Unternehmen erwerben. Mit dem Geld aus den initiierten Token (siehe Glossar Token) bzw. Coin Sale finanzieren die Entwickler dann ihre Unternehmung (vgl. o.V. o.J.a).

Konsensverfahren

Das bedeutet, dass ein Konsens über etwas herrscht. Im Falle der Blockchain, dass er Konsens über die Validität einer Transkation oder Operation innerhalb der Miner (siehe Glossar Mining) oder Nodehalter (siehe Glossar Node) herrscht. Der Konsens ist nötig für das Schreiben weiterer Blocks (vgl. o.V. o.J.a).

Kryptographie

Kryptographie ist ein Fachgebiet aus der Mathematik, mit dem mathematische Beweise erstellten werden können und ein enormes Maß an Sicherheit garantieren. Innerhalb des Online-Handels und bei Banken wird die Kryptographie bereits verwendet. Bei der Blockchain-Technologie wird die Kryptographie für die Gewährleistung der Datensicherheit eingesetzt. Es soll verhindern, dass jemand die Blockchain manipuliert oder dass jemand Zugriff auf ein Wallet (siehe Glossar Wallet) erhält (vgl. o.V. o.J.a).

Ledger

Der Begriff bedeutet so viel wie Kontobuch oder Transaktionsverzeichnis. Der Ledger beinhaltet Informationen über die Finanztranskationen, aber auch darüber hinaus. Im Falle der Blockchain Technologie wird jedoch meistens über Distributed Ledger (siehe Glossar DLT) gesprochen (vgl. o.V. o.J.a).

Mining

Im Blockchain-Kontext werden mit Mining die Aktivität der Berechnung von den Hashwerten und das Lösen des Algorithmus mit seinen Rechenaufgaben bezeichnet. Mining wird es deshalb genannt, da es dem Abbau einer Ressource ähnelt. Es erfordert Anstrengungen und bringt einen neuen Wert hervor. Der Vergleich von Bitcoin mit Gold ist hierbei der Ursprung (vgl. o.V. o.J.a). Als Miningpool versteht man den Zusammenschluss von verschiedenen Minern, wohingegen eine Mining Rig die kleinste Einheit ist. Ein Rig ist ein einzelner Computer der für das Minen eingesetzt wird. Coins die auf dem Proof of Work (siehe Glossar PoW) Prinzip basieren und geminet werden, werden durch das Mining erzeugt. Es gibt verschieden Formen des Minings, wie etwa Cloud Mining oder Dynamisches Mining (vgl. Burgwinkel, D. 2016).

Node

Die Node ist eine Bezeichnung für einen Netzwerkknotenpunkt. Eine alternative Bezeichnung ist auch Client. Die Möglichkeit seinen Rechner zu einer Node zu machen besteht grundsätzlich für jeden. Damit kann der Rechner ein Teil der Blockchain werden und speichert auch Daten auf diese. Die Node ist in diesem Fall in der gleichen Funktion wie ein Miner (siehe Glossar Miner). Die auf die Blockchain gespielten Daten werden von den Nodes des Blockchain-Netzwerkes empfangen und gesendet. Bei vielen Blockchains gibt es verschiedene Formen der Nodes. Zum Beispiel Full Nodes oder Master Nodes. Diese haben noch extra Funktionen innerhalb des Netzwerkes und bekommen für diese Aufgaben einen Teil der Transaktionsgebühren, welche von den Nutzern entrichtet werden müssen. In der Regel erhält man eine solche Node für das staken (zu Deutsch sammeln, in dem Fall für das Lagern in einem Wallet) von einer bestimmten Anzahl von Coins (vgl. o.V., o.J.b).

P2P (Peer to Peer)

Eine Netzwerkstruktur, bei der zwei Peers (Nutzer) direkt miteinander kommunizieren. Diese Peers sind alle gleichberechtigt und können die Dienste des Netzwerkes in Anspruch nehmen oder anbieten. Auf die Blockchain-Technologie übertragen, kann jeder Nutzer die Transaktionen des anderen empfangen ohne eine dritte Instanz als Zwischenhändler (vgl. o.V. o.J.a).

Private Key (privater Key/Schlüssel)

Der private Key ist ein verschlüsselter Datensatz, mit Hilfe dessen man das Recht erhält auf die Coins in einem Wallet zuzugreifen. Die Verschlüsselung erfolgt bei der Blockchain durch eine kryptographische Signatur. Es ist der Pin für das Bankkonto oder Schließfach innerhalb der Blockchain-Technologie (vgl. o.V. o.J.a).

Proof of Stake

Der PoS, wie der Proof of Stake in seiner Kurzform heißt, ist ein Algorithmus eines Blockchain-Netzwerkes das auf einen dezentralisierten Konsens abzielt. Im Vergleich zu PoW (siehe Glossar Proof of Work) Kryptowährungen wie etwa dem Bitcoin, bei dem Aufgaben gelöst werden müssen, wird bei PoS die Anzahl der Coins (siehe Glossar Coins) gewichtet. Je mehr Coins man hält, desto höher ist die Partizipation beim Validieren der Operationen auf der Blockchain (vgl. o.V. o.J.a).

Proof of Work

Unter dem Kürzel PoW versteht man in der Informatik die Methodik, die einen übermäßigen Gebrauch von Diensten, wie etwa massenhaftes Versenden von Emails oder ähnlichem, zu unterbinden. In der Blockchain-Technologie stellt dieser Mechanismus in Form eines Algorithmus sicher, dass die Transaktionen bestätigt und validiert werden und innerhalb des nächsten Blocks an die Kette hinzugefügt werden. Die Miner (siehe Glossar Miner) konkurrieren miteinander, um die Transaktionen auf der Blockchain durchzuführen und die Belohnung (in Form von Transaktionsgebühren zu erhalten) (vgl. o.V. o.J.a).

Public Key (öffentlicher Key/Schlüssel)

Der Public Key dient bei den Kryptowährungen bzw. den dazugehörigen Wallets (siehe Glossar Wallet) dazu, dem Initiator von Transaktionen zu zeigen, wohin diese ausgeführt werden soll. Im Vergleich zum Bankwesen stellt der Public Key quasi die Bankverbindung dar (vgl. o.V. o.J.a).

Satoshis

Diese Bezeichnet die kleinsten Untereinheiten bei der Bepreisung der Kryptowährungen. Der Name ist an den Vornamen des Bitcoin Vaters Satoshi Nakamato angelehnt. Zum Beispiel sind 0,00000001 BTC in dem Fall 1 Satoshi und 0,00000100 BTC wären dann Einhundert Satoshis (vgl. o.V. o.J.a).

SHA 256 Algorithmus

Der Secure Hash Algorythm 256 ist der dem PoW (siehe Glossar Proof of Work) Algorithmus des Bitcoins. Er wird ebenfalls beim Erstellen von neuen Wallets (siehe Glossar Wallet) und den dazugehörigen Adressen (siehe Glossar Adressen) benutzt. Er ist ein standardisierter Algorithmus zum Verschlüsseln vom Daten, welcher von der NSA (National Security Agency) in den USA ins Leben gerufen wurde (Giese, P. 2018).

Smart Contracts

Siehe Kapitel 2.5

Token

Die Bezeichnung Token wird oft vermischt oder verwechselt mit dem Begriff des Coins oder der Kryptowährung an sich. Doch es gibt zwischen diesen fundamentale Unterschiede. Von einer Kryptowährung bzw. einem Coin wird gesprochen, wenn diese eine für sich alleinstehende Lösung ist, wenn es sich also um eine eigene Blockchain, beziehungsweise einer Blockchain-ähnlichen Datenstruktur handelt. Das diesen Kryptowährungen zugrundeliegende Protokoll mag zwar auf einer anderen Kryptowährung basieren, jedoch übt die zuvor existierende Kryptowährung nur eine Vorbildfunktion aus. Etwas konkreter ausgedrückt: Litecoin oder auch Bitcoin Cash können unabhängig von Bitcoin, auf dessen Code beide Protokolle basieren, existieren und benötigen Bitcoin nicht. Um einzelne Kryptowährungen bildet sich ein Ökosystem aus Nodes, Minern (sofern der Konsens auf der Basis von Proof-of-Work gefunden wird), Entwicklern und regulären Usern.

Token, im Gegensatz zu Kryptowährungen, können nicht ohne eine zugrundeliegende Kryptowährung existieren. Sie existieren beispielsweise auf der Ethereum-Blockchain und können aber unabhängig von dieser nicht existieren. Der große Vorteil von Token ist, dass es für diese keine neue Infrastruktur mit eigenen Nodes und Minern braucht. Außerdem sind sie deutlich einfacher zu generieren als Kryptowährungen (Giese, P. 2018).

Wallet

Ein Wallet ist eine Art online Bankkonto oder eine digitale Geldbörse. Man kann sich das wie einen Ordner vorstellen, in dem eine Reihe von privaten Schlüsseln liegen, die direkt mit der korrespondierenden Blockchain kommunizieren. Mit dieser digitalen Geldbörse und den darin enthaltenen privaten Schlüsseln hat man das Recht, am korrespondierenden Blockchain-Netzwerk teilzunehmen, also Transaktionen auszuführen und den aktuellen Stand sowie die bisherigen Transaktionen einzusehen.

Die Besonderheit an einem Wallet ist die schnelle „Instant-Zahlung“. Auch den normalen Zahlungsverkehr kann man zumeist darüber abwickeln. Die bekanntesten Wallet Anbieter für Euro- und Dollar-Transaktionensind PayPal, Skrill und Neteller. Daneben gibt es noch andere Anbieter wie etwa AdvCash, PerfectMoney, Payza, Payeer und viele mehr. Für Coins bzw. ein Blockchain-Netzwerk gibt es entweder direkt von der Community entwickelte Wallets, oder auch von privaten Organisationen angebotene Wallets. Sehr beliebt sind auch Wallet-Anbieter, die mehrere Wallets auf einmal zusammenfassen wie z.B. Exodus (o.V. o.J.a).

Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die bestehenden Möglichkeiten und das vorhandene Potential der Blockchain-Technologie im Umfeld der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge. Die Arbeit ist in 3 große Themenblöcke bzw. Kapitel untergliedert. Im ersten theoretischen Grundlagenkapitel werden die nötigen Hintergründe und die technischen Details der Technologie erläutert. Dazu werden relevante Begriffe definiert und behandelt. Das nächste Kapitel behandelt die möglichen Potentiale und die sich daraus ergeben Möglichkeiten der Technologie. Das letzte Kapitel behandelt die aktuelle Ist-Situation und in wie weit diese in der Praxis aussehen kann. Dies geschieht anhand eines Use-Cases.

The present thesis provides an overview about the existing possibilities and the potential of the blockchain technology in the environment of the Industry 4.0 and the Internet of Things. The thesis is divided in three main chapters. The first provides the theoretical basics and the technological details of the blockchain. Therefore, the main terms are defined and explained. The next chapter talks about the potentials and the caused possibilities of the technology. The last chapter is about the actual situation and how it can look in the real world. Therefore, a use-case is discussed.

1 Einführung

1.1 Problemstellung

Wir befinden uns noch am Anfang der Entwicklung der Industrie 4.0 oder dem Internet der Dinge. Die Verschmelzung der physischen und digitalen Welt verändert unsere komplette Lebensweise aber auch unser Arbeitsumfeld und kann als wesentlicher Treiber der ökonomischen und gesellschaftlichen Entwicklung des einundzwanzigsten Jahrhunderts gesehen werden.

Tagtäglich gehen immer mehr Maschinen, Häuser, Autos und Alltagsgegenstände online. Laut Morgan Stanley und dem Statistischen Bundesamt werden für das Jahr 2020 ca. 70 Milliarden internetfähige Geräte erwartet, über drei Milliarden Smartphones und dazu mehr als sieben Milliarden Internetnutzer (vgl. Gentner, A./ Gramatke, M. 2016: Folie 5)

Diese Zahlen verdeutlichen das vorhandene Potential des Internet der Dinge oder der Industrie 4.0. Es kann den kompletten Alltag, wie wir ihn bisher kennen fundamental verändern. Daher wird in diesem Zusammenhang auch von der 4. industriellen Revolution, oder von der digitalen Revolution geredet. Nicht nur im Alltag, sondern gerade auch in der Industrie gibt es ein enormes Potential und viele Umwälzungen durch die Digitalisierung. Angefangen von RFID-Chips innerhalb der Produktion oder der Supply Chain-Kette zur Verfolgung der Wertschöpfung, bis hin zum Sicherstellen der Qualität der produzierten Waren. Die Digitalisierung schreitet in allen Bereichen voran. Das industrielle Internet der Dinge verknüpft lernfähige Maschinen, Big Data Technologien, Sensortechnik, Machine to Machine (M2M), Kommunikation- und Automatisierungstechnik, welche schon seit Jahren in dem industriellen Umfeld koexistieren.

Die treibende Kraft hinter diesen beiden Themen der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge, sind smarte Maschinen. Diese sind effizienter als Menschen z.B. beim akkuraten Gewinnen, aufzeichnen und kommunizieren von riesigen Datenmengen (vgl. Brekle, K. 2016). Mithilfe dieser großen Datenmengen lassen sich enorme Vorteile erzielen, bzw. bieten den Unternehmen die Möglichkeiten, viel schneller auf inneffiziente Prozesse zu reagieren. Diese sind die Grundvorrausetzungen und bereiten den Boden für neue Lösungen und Ansätze.

“The one thing that’s missing, but that will soon be developed, is a reliable e‐cash, a method whereby on the Internet you can transfer funds from A to B, without A knowing B or B knowing A. That kind of thing will develop on the Internet and that will make it even easier for people to use the internet.” (Friedman, M 1999).”

Anknüpfend an diese Aussage von Milton Friedman, getätigt bereits in dem Jahre 1999, entstand ein neuer und ebenfalls revolutionärer Ansatz - die Blockchain Technologie. Das Konzept der Blockchain wie wir sie kennen, wurde 2008 von Satoshi Nakamoto begründet und in seiner Arbeit „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ (vgl. Nakamoto, S. 2008) veröffentlicht. Diese Peer-to-Peer Technik erlaubt es, eine elektronische Transaktion direkt von einem Transaktionsteilnehmer zum anderen zu senden und dies ohne einen Mittelsmann, wie etwa einer Bank. Das Problem der Vertrauenswürdigkeit wird mithilfe von digitalen Signaturen innerhalb verschiedener, dezentraler Blöcke gelöst. Der ursprüngliche Zweck der finanziellen Transaktionen wurde im Laufe der Jahre um verschiedene Anwendungsgebiete ergänzt. Dies geschah durch das Einführen der sogenannten Smart Contracts (vgl. Crosby, M./ Nachiappan, P./ Sanjeev, V./ Kalyanaraman, V. 2015). Das System bzw. das Netzwerk der Peer-to-Peer Transaktionen erlaubt es der Blockchain-Technologie Vertrauen zwischen verschiedenen Transaktionsteilnehmern herzustellen. Auf Blockchain basierende Internet of Thing Devices können somit als vertrauenswürdige Handelspartner auftreten und interagieren. Das Ganze passiert aufgrund der Entfernung des Mittelsmanns kostengünstig. Ein weiterer Vorteil der damit einhergeht, ist die erhöhte Geschwindigkeit des Austausches zu nennen.

Die Blockchain stellt aber nicht nur Vertrauen zwischen Transaktionsteilnehmern oder günstige bzw. schneller Transaktionen sicher, sondern gibt ebenfalls Anonymität, stellt dezentralen Speicher zur Verfügung und erlaubt Zugriff auf nicht manipulierbare Daten der Blockchain (vgl. Nakamoto, S. 2008).

Diese Eigenschaften ermöglichen es der Blockchain auf nahezu alle Industrien angewandt zu werden. Noch ist nicht abzusehen welche Auswirkung die Blockchain-Technologie in Zukunft haben wird, aber das Potential ist enorm. Die Blockchain-Technologie-Treiber sind unter anderem so genannte Kryptowährungen. Diese befinden sich in den meisten Fällen noch in der Frühphase ihrer Entwicklung. Bei einigen fortgeschrittenen Projekten sind jedoch bereits große und namenhafte Unternehmen als Kooperationspartner und potentielle Kunden involviert. Die Liste reicht von PWC über Bosch bis hin zu IBM. Aber auch die Automobilhersteller wie Volkswagen und BMW sind dabei (Ackermann, T 2018). Dies zeigt auf, welchen Stellenwert diese noch sehr junge Technologie bereits besitzt. Aufgrund der Aktualität und dessen Neuheit, ist der Forschungsstand zu diesem Thema noch sehr jung und im Vergleich zu vielen anderen Forschungsgebieten relativ überschaubar. Durch die Dynamik der Blockchain-Technologie ist so manche Fachliteratur bereits nach kurzer Zeit nicht mehr aktuell. Viele namenhafte Unternehmen betreten mit der Blockchain Neuland und beginnen langsam erst das vorhandene Potential zu erkennen. In diesem spannenden Umfeld versucht diese Bachelorarbeit das Potential und die damit einhergehenden Möglichkeiten der Blockchain auszuloten, aber auch die Risiken und die Grenzen verdeutlichen.

1.2 Methodik

Im Folgenden werde ich die der Arbeit zugrunde liegende Forschungsmethodik vorstellen. Diese basiert im Prinzip aus zwei verschiedenen Ansätzen. Als erstes wurde mit der systematischen Methode gearbeitet und als Ergänzung wurde die unsystematische Methode eingesetzt. Der Ansatz mit zwei unterschiedlichen Methoden zu Arbeiten wurde gewählt um sich nicht zu einseitig mit der Thematik zu beschäftigen. Als Grundlage für diese Methodik dient der Leitfaden von Brink Alfred, Anfertigung wissenschaftlicher Arbeiten (vgl. Brink, A. 2013). Die Quellen werden nach bestimmten Schlüsselwörtern durchsucht um geeignete Literatur ausfindig zu machen. Die Kernpunkte von einer systematischen Literaturrecherche sind das Ausarbeiten von wissenschaftlichen Fragestellungen, Definieren von Schlüsselwörtern, Wahl von geeigneten und relevanten Quellen und abschließend eine Ein- bzw. Ausgrenzung der Literatur anhand von sinnvollen Kriterien.

Die in dieser Arbeit aufgestellten Fragen sind:

- Was steckt hinter dem Begriff der Blockchain?
- Welche Technologie liegt der Blockchain zu Grunde?
- Welche Möglichkeiten und Potentiale bietet der Einsatz der Blockchain in Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge?
- Welche Vorteile und Nachteile bietet der Einsatz der Blockchain in Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge?
- Wie sehen konkrete Fallbeispiele anhand von bereits existierenden Lösungen aus?

Anschließend an die Formulierung der Forschungsfragen werden entsprechende Quellen ausgesucht und benutzt. Für diese Arbeit wurden folgende Kataloge, Datenbanken und Suchmaschinen in Anspruch genommen:

- Google
- Google Scholar
- SpringerLink
- EBSCO Host-Datenbank
- Bibliothek Chulalongkorn University

Durch die oben aufgeführten Quellen war es möglich breit gefächerte Literatur abzudecken.

Als nächstens mussten die Schlüsselbegriffe für die Suche definiert werden. Anhand dieser wurden die Quellen durchforstet. Hierfür nutzte ich folgende Begriffe: „Internet der Dinge“, Internet of Things“, „Industrie 4.0“, „Industrial Internet of Things“, „Blockchain“, „Blockchain-Technologie“, „Blockchain technology“, „Blockchain + Industrie 4.0“, „Blockchain + Internet der Dinge“. Diese Liste wird je nach Bedarf oder neuen Erkenntnisstand geändert oder ergänzt.

Zum Abschluss wurden noch Ausschlusskriterien definiert, nachdem die Literatur selektiert wurde.

- Erscheinungsdatum vor dem Jahr 2008
- Nicht Deutsch- oder Englischsprachig
- Nur als Printausgabe verfügbar
- Nicht kostenlos

Neben der systematischen Literaturrecherche wurde auch die unsystematische Literaturrecherche durchgeführt. Das bedeutet nach Abschluss der systematischen Literaturrecherche lagen mehrere Exemplare relevanter Literatur vor. Diese wurden dann analysiert und es wurden die in diesen Arbeiten verwendeten Quellen und Fußnoten durchsucht und gesichtet. Diese Methodik führt relativ schnell zu einer großen Anzahl an Quellen. Die dort gefunden Quellen wurden daraufhin wiederrum auf Fußnoten und Literaturverzeichnis überprüft.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 Schematische Darstellung Methodik (in Anlehnung an Brink, A 2013)

1.3 Ziel der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist es die potentiellen Einsatzgebiete der Blockchain-Technologie innerhalb der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge zu erkennen und aufzuzeigen. Das mit der Technologie einhergehende Potential und Risiko soll ebenfalls betrachtet werden.

Um dies zu erreichen wird im Grundlagenteil auf die verschiedenen Hintergründe eingegangen. Dies ist nötig, um dem Leser ein Grundverständnis, für die auf den ersten Blick durchaus kompliziert wirkende Technologie zu schaffen. Die Technik wird simplifiziert betrachtet, da auch ein Leser ohne IT Hintergrund das Konzept verstehen soll. Zudem wird in die Krypto-Ökonomie eingeführt um das Bild abzurunden. Im zweiten Teil wird dann auf das Potential und die Vorteile der Blockchain an sich eingegangen. Auf der anderen Seite werden aber auch die Risiken die mit der Technologie einhergehen betrachtet. Der dritte Teil zeigt die möglichen Einsatzgebiete für die Blockchain. Zum Ersten allgemein ohne Einschränkung. Darauf werden Use Cases für die Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge vorgestellt. Im vierten Abschnitt, einem Hands on, wird eine konkrete Kryptowährung bzw. Blockchain besprochen und der aktuelle reale Einsatz untersucht. Der fünfte Teil beinhaltet die Diskussion und der Ausblick der Blockchain und deren Einsatz im Internet der Dinge bzw. der Industrie 4.0. Im Ganzen soll diese Arbeit dem Leser vergegenwärtigen was die Blockchain an sich ist, wo ihre Stärken aber auch ihre Schwächen liegen. Zudem soll er einen Einblick in die Praxis erhalten und sehen wofür die Blockchain heute schon eingesetzt wird.

2 Theoretische Grundlagen

Es wird in wenigen Jahrzehnten kaum mehr Industrieprodukte geben, in welche die Computer nicht hineingewoben sind

– Karl Steinbruch, Informatikpionier 1966

Innerhalb dieses Kapitels sollen die einzelnen relevanten Begrifflichkeiten für die Bachelorarbeit erklärt und prägnant beschrieben werden. Zu Beginn findet eine Beschreibung der Grundlagen bzw. eine Definition der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge statt. Danach wird noch eine Abgrenzung der beiden Begriffe vorgenommen. Danach wird die Brücke zur Blockhain-Technologie geschlagen. Für das Verständnis dieser werden im Folgenden die zwei relevantesten Kryptowährungen behandelt. Zudem wird das technische Prinzip grob umrissen, um ein Verständnis dafür zu schaffen.

2.1 Industrie 4.0

Das Schlagwort Industrie 4.0 ist in aller Munde. Laut Analysen verschiedenster Seiten wird die Anzahl der mit dem Internet verbundenen Geräte rasant weiterwachsen. Gründe hierfür sind die drastisch fallenden Preise für Sensoren, neue Möglichkeiten, die sich durch das IPv6 Protokoll ergeben und die Fähigkeit, durch Big Data enorme Datenmengen in Echtzeit zu analysieren.

Die Begrifflichkeit der Industrie 4.0 spielt auf die vierte industrielle Revolution an und wurde ursprünglich auf dem nationalen IT-Gipfel der deutschen Bundesregierung am Hasso-Plattner-Institut (HPI) in Potsdam verwendet. Maßgeblich wurde der Begriff von Prof. Dr. Henning Kagermann, dem Präsidenten der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften, geprägt. Ziel der Bundesregierung war es, die Qualität und Wettbewerbsfähigkeit der Informations- und Technologiestandortes Deutschland im internationalen Wettbewerb weiter zu verbessern. Als Ergebnis des Arbeitskreises wurde eine „Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0“ von Herrn Kagermann an die deutsche Bundesregierung übergeben (vgl. Kagerman, H. 2013) Diese beschreibt die Auswirkungen des Internet der Dinge auf die Produktion und somit auf die Fabriken.

Die erste industrielle Revolution begann im 19. Jahrhundert mit der Erfindung der Dampfmaschine und läutete den Beginn des Maschinenzeitalters ein. Gefolgt wurde diese von der durch Fließbänder und elektrischer Energie ermöglichte Massenfertigung und mündete in der digitalen Revolution Ende des 20. Jahrhunderts, welche sich durch die Digitalisierung und die computergesteuerte Automatisierung der Industrie auszeichnet (siehe Abb. 2). Diese neue industrielle Ära wird durch die sogenannten „Cyber-Physikalischen Systeme“ (CPS) geprägt. Diese verbinden die virtuelle Welt mit der realen und vernetzten diese weltweit. Dadurch können in der Produktion zum Beispiel Maschinen, Lagersystem und Betriebsmittel autonom Informationen untereinander austauschen, Aktionen auslösen und oder sich gegenseitig selbständig steuern. Dies führt zu einer gesteigerten Effizienz und Qualität sowie einer Optimierung der vorhandenen Geschäftsprozesse (vgl. Huber, D./ Kaiser, T. 2013: Seite 18).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 Die vier Phasen der Industriellen Revolution (Huber, D./ Kaiser, T. 2013: Seite 19)

2.1.1 Definition Industrie 4.0

Aufgrund der Neuheit des Begriffs der Industrie 4.0 und der Tatsache, dass es sich um ein junges und neues Forschungsgebiet handelt, gibt es keine einheitliche Definition. Eine Möglichkeit um die Ideen und Ansätze der Industrie 4.0 zu verdeutlichen, ist das sogenannte Industrie 4.0 Haus. In diesem wird ein Überblick über die einzelnen relevanten Komponenten und Technologien in ihrem Zusammenwirken und Zusammenhang geschaffen (vgl. Siepmann, D. 2016: Seite 22).

2.1.2 Stufe 1 Cyber-physische Systeme (CPS)

Die Bezeichnung Cyber-physische System meint eine Kombination von Software- und Hardwaresystemen, die zu einem komplexen und intelligenten Verbund verschmelzen. In diesem besitzt jedes einzelne physische Objekt eine eigene Identität. Abbildung 3 verdeutlicht die Zusammensetzung des CPS und zeigt die drei technologischen Bausteine. Ubiquitous Computing (allgegenwärtiges Rechnen), Internet der Dinge und Dienste sowie Cloud-Computing. Das Ubiquitous Computing stattet alle Objekte innerhalb eines Systems mit der Fähigkeit aus, Daten und Informationen zu verarbeiten und zu versenden. Das Ganze wird durch entsprechende Mikroelektronik, Sensorik, Kommunikationsmodulen und Ausstattung mit Rechenleistung ermöglicht. Objekte, ausgestattet mit dieser Informationstechnologie kommen zum Beispiel in Form von intelligenten Produkten, Produktionsmittel oder kompletter Produktionsmaschinen zum Einsatz. Durch Kombination mit dem Internet der Dinge und den Diensten werden diese Objekte mit der erforderlichen Fähigkeit der Kommunikation ausgestattet. Das IoT agiert hier also als Schnittstelle zwischen den intelligenten physischen Objekten und dem Internet. Für die Kommunikation miteinander muss jedes Objekt eine eigene Identität besitzen. Durch die Umstellung aus Internet Protocol Version 6 (IPv6) ist das nun machbar. Zuvor war es mit dem IPv4 nur möglich 4.3 Milliarden IP Adressen zu generieren. Mit IPv6 generiert man 340 Sextillionen (eine Zahl mit 39 Stellen) und somit mehr als genug für das aufkommende Wachstum an Internetfähigen Geräten (o.V. 2012: Reiter 4). Somit können innerhalb der Industrie 4.0 die intelligenten Produktionsmittel direkt über das Internet kontaktiert und benötigte Daten abgefragt werden. Ebenfalls ist die anschließende Verarbeitung und Rücksendung an die Geräte problemlos möglich (vgl. Siepmann, D. 2016: Seite 23).

Durch diese Technologisierung der Produktion wird eine enorme Erweiterung der Infrastruktur notwendig. Dies erfolgt mithilfe des Cloud-Computing. Die Wartung, Steuerung und Kontrolle der CPS wird durch Echtzeitauswertung unterstützt. Diese ist Vorrausetzung für Dienste wie Big Data und Analytics. Das ermöglicht eventuell benötigte Rechenleistung um die Cloud auszulagern und zu nutzen.

2.1.3 Stufe 2 Cyber-physische Produktionssysteme (CPPS)

In der zweiten Stufe des Industrie 4.0 Hauses wird der Einsatz von CPS im Verbund mit CPPS beschrieben. Die CPPS steuern die Produktion dezentral und kontextadaptiv über die Grenzen der Unternehmen hinweg. Für die in vollen Umfang funktionsfähige Vernetzung und Kommunikation zwischen den jeweiligen Anlagen, Komponenten eines CPPS, sowie dem Menschen, wird der Einsatz geeigneter Schnittstellen zwingend notwendig (vgl. Siepmann, D. 2016: Seite 24).

Es ist zum einen der Einsatz einer geeigneten Struktur für die M2M-Kommunkation erforderlich. Dies gilt als unabdingbar für die Realisierung der eigentlichen dezentralen und automatisierten Fertigungsteuerung. Zum anderen sind, zwecks Überwachung und Steuerung, geeignete Technologien der Mensch-Maschine-Interaktion notwendig. Virtual Reality (VR) oder Augmented Reality (AR) bieten sich hier als passende Schnittstellen zwischen Maschine und Mensch an. Das ermöglicht dem Menschen, als letzte Instanz in die Planung und Steuerung der Produktion mit einbezogen zu werden.

2.1.4 Stufe 3 Industrie 4.0

Für die Umsetzung der CPPS innerhalb eines Unternehmens wird neben den technologischen Grundkomponenten auch eine auf Managementebene visionäre Denkweise benötigt. Die Industrie 4.0 ist nicht nur die Entwicklung der Produktion unter technologischen Gesichtspunkten, sondern auch eine Zukunftsvision für das ganze Unternehmen. Für dessen Verwirklichung die Strategie auch neujustiert werden muss, inklusive Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und –Prozesse (vgl. Siepmann, D. 2016: Seite 24).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 Das Industrie 4.0 Haus (Siepmann, D. 2016: Seite 22)

2.1.5 Internet der Dinge

Das Internet der Dinge und der darum entstandene Hype, beruht auch auf der Tatsache, dass es für diese Thematik eine Menge verschiedener Erklärungsansätze gibt. Dennoch sind sich die meisten Definitionen und Ansätze in einem einig, denn das Internet der Dinge sorgt für die Integration der physischen Welt in die virtuelle Welt des Internets. Zudem sind sich auch die meisten Autoren darüber einig, dass das Internet der Dinge die nötigte Infrastruktur zur Verfügung stellt, um den Austausch von Daten zwischen verschiedenen Geräten und Dingen zu ermöglichen.

Wichtiger als die allgemeine Definition ist es, ein Verständnis zu bekommen, was diese Dinge sind, die den Namen prägen und wie ihre unmittelbare Beziehung untereinander aussieht.

Die Notwendigkeit physikalische Gegenstände oder Dinge zu tracken, wuchs in den letzten Jahren kontinuierlich. Diese Objekte können alles Mögliche sein, wie etwa Container, Kleider, Autos, Nahrungsmittel oder auch elektronische Geräte. Auch Gebäude oder Räume können als Dinge betrachtet werden, ebenso wie Flüsse oder das Meer (vgl. Tsiatsis, V./ Gluhak, A./ Bauge, T./ Montagut, F./ Bernat, J./ Bauer, M./ Villalonga, C./ Barnaghi, P./ Krco, S 2010: S 247). Zur Überwachung dieser Dinge sind Geräte notwendig. Diese werden über das Internet der Dinge miteinander verknüpft. Ein Ding muss letzten Endes aber lesbar und erkennbar sein. Zudem muss es zu orten sein, sowie ansprechbar. Als letztes muss es die Daten auch verarbeiten und dynamisch auf Veränderungen reagieren können. Das Ganze muss autonom und ohne Eingriff des Menschen stattfinden. Sofern diese Kriterien erfüllt sind, spricht man von einem Ding im Sinne des Internets der Dinge (vgl. Weber, R. 2010: S 22-30).

2.1.6 Einführung Krypto-Ökonomie

Der 31 Oktober im Jahre 2008. Das war der Tag an dem das Projekt der Blockchain-Technologie das erste Mal der Öffentlichkeit präsentiert wurde. Einen Tag später veröffentlichte ein gewisser Satoshi Nakamoto einen Blog Eintrag mit dem Titel „Bitcoin P2P e-Cash Paper“ (Nakamoto, S 2008). Der Bitcoin war geboren und mit ihm die erste Kryptowährung. Nakamoto, dessen Identität bis heute ungeklärt ist, veröffentlichte das Whitepaper (Beschreibung einer Leistung von IT-Themen) „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ in dem er die Funktionsweise und die technischen Hintergründe näher erläutert.

Um das Thema besser zu verstehen, ist es wichtig, dass man das Thema der Blockchain nicht nur auf den Bitcoin reduziert, auch wenn dieser den Weg für die Blockchain-technologie bereitet hat. Die zugrundeliegende Technik geht um ein Weites darüber hinaus und kann mehr als nur etwa die Durchführung einfacher Transaktionen von Kryptowährungen.

Vereinfacht gesagt, lag die ursprüngliche Hauptfunktion im Tauschen und Speichern von einem Wert auf Basis digital verschlüsselter Informationen. Die Sicherheit des Netzwerkes wird durch die sogenannten Miner gewährleistet. Diese stellen sicher, dass jede Transaktion mehrfach verifiziert wird. Jede dieser Transaktionen wird, sobald sie einmal durchgeführt wurde, auf der Blockchain abgelegt. Dadurch entsteht dann eine Art riesiges Kontobuch. Dieser Prozess gewährleistet Vertrauen und Sicherheit auch ohne einen Mittelsmann, wie etwa einer Bank, was eines der wesentlichen Vorteile der Blockchain-Technologie darstellt.

Seit dem Start des Bitcoins hat sich eine Menge getan, dazu sind neben diesem auch unzählige andere Kryptowährungen entstanden. Laut CoinMarketCap, der Referenz für das Tracking des Krypto-Marktes, gibt es 1551 verschiede Kryptowährungen. Bei dieser Zahl ist zu beachten, dass viele dieser Währungen mittlerweile bereits „tot“ sind, d.h. gar nicht mehr gehandelt werden oder dass die Blockchain nicht mehr in Betrieb ist. Auch gibt es eine Menge Währungen, die nicht für den freien Handel gedacht sind und daher auch nicht auf CMC auftauchen. Dennoch gibt CMC einen guten Überblick über den Markt. Das aktuelle Marktvolumen (MarketCap) beträgt 383.874.582.966 Dollar (Stand 10.03.2018). Das bedeutet nicht etwa, dass diese Zahl an herkömmlichen Geld (Fiatgeld) in den Markt geflossen ist. Diese Zahl berechnet sich durch die Multiplikation des gesamten sich im Umlauf befindenden „Supplies“ (Anzahl der Coins der einzelnen Kryptowährungen) und den aktuellen Preisen der Währungen. Das 24h Volumen in Abbildung 4 beschreibt die gehandelte Menge der letzten 24 Stunden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4 Die ersten 10 Kryptowährungen absteigend nach MarketCap (CMC stand 10.03.2018)

J.P. Morgen geht in einer Studie zu diesem Thema davon aus, dass bei dem Market Cap von 330 Billionen Dollar nur etwa 6 Billionen Dollar an Fiatgeld in den Markt geflossen ist (Durdan, T. 2017). Dies entspricht nur einem Anteil von ca. 1,8% an Fiatgeld, welches sich tatsächlich im Markt befindet. Das zeigt den zum Teil höchst spekulativen Charakter dieses noch relativ jungen Marktes. Es verdeutlich aber auch, dass noch nicht viel institutionelles Geld in den Markt geflossen ist. Dieser stieg zwischenzeitlich im Januar (innerhalb von zwei Wochen) auf über 800 Billionen Dollar. Daraufhin brach der Markt medienwirksam auf zwischenzeitlich 322 Billionen Dollar ein. Mitte März (10.03.2018) hat er sich auf ca. 380 Billionen konsolidiert. Dennoch zeigt der immense Anstieg von ungefähr 12 Billionen Dollar, die wachsende Relevanz der Blockchain-Technologie im allgemeinen und der Kryptowährungen im speziellen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5 Chart der Marktentwicklung des Kryptomarkts nach MarketCap von April 2017 bis März 2018 (CMC stand 10.03.2018)

Die längste Zeit nach seiner Entwicklung fristeten der Bitcoin und die meisten anderen Kryptowährungen zunächst ein Schattendasein und waren der Allgemeinheit nicht bekannt. Zudem erschütterten mehrere Skandale die noch junge Krypto-Ökonomie. Hier zu nennen sei der Diebstahl von 25000 Bitcoins von der Plattform Mt. Gox im Jahre 2014, der damals größten Handelsplattform für Bitcoins. Dieser Skandal hatte Jahre der Stagnation des Marktes zur Folge (Bruehl, J /Huber, M 2014). Ein anderes Beispiel ist die Verwendung von Bitcoins auf der illegalen Handelsplattform Silkroad, auf der unter anderem Waffen und Drogen gehandelt wurden. Dank der relativen Anonymität der Kryptowährungen konnten dort die Transfers risikolos vonstattengehen. Diese Plattform wurde 2014 schließlich vom FBI geschlossen (o.V. 2014). Diese zwei Negativbeispiele haften dem Ruf der Kryptowährungen bis heute an. Für viele gilt die Kryptowährung daher immer noch als unsicher und als Währung für illegale Aktivitäten.

2.1.7 Klassifizierung der Blockchain

Blockchain-Systeme können anhand Ihrer Organisationsform und ihrer unterschiedlichen Implementierungen unterschieden und klassifiziert werden (vgl. Prinz, W./ Rose, T./ Osterland, T./ Putschli, C. 2018: Seite 316). Als eines der grundlegenden Klassifizierungsmerkmale gilt der Dezentralisierungsgrad des Netzwerkes. Die graduelle Abstufung beginnt bei einer zentralen Datenbank und kann bis zur vollständigen dezentralisierten Blockchain reichen. Genau wie herkömmliche Datenbanken kann die Organisationsform von Blockchains entweder privat, wie etwa die Porsche Blockchain, oder öffentlich, wie zum Beispiel der Bitcoin sein. Für diese Definition ist relevant, wer am Ende als Nutzer wirklich Transaktionen hinzufügt. Braucht er etwa die Autorisierung von einer Organisation oder Konsortiums, handelt es sich um eine private Blockchain.

Wenn man jedoch selber neue Informationen einspielen darf, handelt es sich um eine öffentliche Blockchain.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6 Klassifizierung der Blockchain (in Anlehnung an Prinz, W./ Rose, T./ Osterland, T./ Putschli, C. 2018 : Seite 316)

Bei öffentlichen Blockchains gibt es zudem verschiedene Abstufungen. Wer darf Transaktionen zu Blöcken zusammenfassen und diese validieren? Bei System ohne Autorisierung kann dies jeder Nutzer tun und wird dafür finanziell entschädigt (meist in Form von Transaktionsgebühren, welche vom Nutzer entrichtet werden). Bei Blockchains mit einer erforderlichen Autorisierung dürfen nur bestimmte Teilnehmer neue Blöcke generieren und hinzufügen bzw. validieren. Die Festlegung dieser Teilnehmer geschieht durch die Organisation oder dem Konsortium. Die Vertrauensbasis liegt hierbei nicht bei den regulären Nutzern, sondern bei den vorher autorisierten Nutzern. Die Validierung basiert hier oft auf einem vereinfachten Prozess, wie etwa Proof-of-Stake anstatt Proof-of-Work.

Des Weiteren findet noch eine Unterscheidung anhand der Implementierung statt. Dabei geht es um den Zweck, den sie verfolgen. Sind sie als reine Kryptowährungen wie der Bitcoin, zum Durchführen von einfachen Transaktionen gedacht oder sind es sogenannte Plattform-Lösungen. Diese Plattformen, z.B. Ethereum, bieten die Möglichkeit mit Smart-Contracts zu arbeiten. Daneben gibt es noch so genannte Hyperledger. Dies sind industriell ausgerichtete Blockchain-Plattformen (vgl. Prinz, W./ Rose, T./ Osterland, T./ Putschli, C. 2018: Seite 317).

2.2 Simplifizierte Funktionsweise der Blockchain

Die Funktionsweise von der Blockchain-Technologie beruht auf drei Säulen. Die erste dieser Säulen ist die des offenen Kontobuches (Public Ledger). Um die Funktionsweise zu verdeutlichen, wird das Beispiel einer Transaktion gewählt. Diese sind bisher immer durch einen Mittelsmann zustande gekommen, in den meisten Fällen einem Dienstleister oder einer Bank. Das könnte sich mit der Blockchain ändern.

Folgendes Beispiel verdeutlicht die Funktionsweise auf Basis von Proof-of-Work einer dezentralen Blockchain und ist zudem stark simplifiziert (vgl. Karacic, D. 2017).

2.2.1 Offenes Kontobuch

Am Anfang hat Person A 100 Einheiten und verschickt davon 50 an B. Dieser sendet 30 an C und von dort aus werden 10 an D weitergeleitet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7 Einfache Transaktion (in Anlehnung an Karacic, D 2017)

Diese oben aufgezeigten Transaktionen aus einem Kontobuch, können nun protokolliert werden.

Das würde dann so aussehen:

Der Anfangsbestand von A beträgt 100 und danach folgen die einzelnen Transaktionen. Diese werden miteinander verkettet (blauen Kreise).

Daraus resultiert dann folgendes Bild (vgl. Karacic, D. 2017).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8 Verkettete Transaktion (in Anlehnung an Karacic, D 2017)

Diese verketteten Transaktionen lassen schon auf den Namen Blockchain (Englisch für Blockkette) schließen. Dieses Prinzip besagt, dass alle Mitglieder in diesem Netzwerk (in diesem Beispiel A, B, C und D) Einblick auf das offene Kontobuch haben. Dadurch ermöglicht es den Teilnehmern, die Echtheit der Transaktionen zu prüfen. Demgemäß ist auch ein Betrug ausgeschlossen. Würde B versuchen 100 zu versenden, würde jeder sehen, dass ist nicht möglich, da er von A nur 50 erhalten hat (vgl. Karacic, D. 2017).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9 Verkettete Transaktion II (in Anlehnung an Karacic, D 2017)

2.2.2 Verteiltes Kontobuch

Eine weitere Säule auf dem die Blockchain-Technologie aufbaut, ist die der Dezentralität. Das offene Kontobuch im obigen Beispiel steht dort noch an zentraler Stelle. Das Prinzip des verteilten Kontobuches (distributed ledger) sagt aus,dass jeder Teilnehmer eine Kopie der Transkationshistorie erhält (vgl. Karacic, D. 2017).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10 Verteiltes Kontobuch (in Anlehnung an Karacic, D 2017)

Durch diese Maßnahme ist die Dezentralität gewährleistet. Das wiederum birgt ein neues Problem. Wie wird die Authentizität der einzelnen Kontobücher für jeden Teilnehmer gewährleistet? Dies wird bei vielen Kryptowährungen durch die sogenannten Miner oder Nodehalter erreicht.

2.2.3 Synchronisation der Kontobücher

Das wird anhand des vorherigen Beispiels von Schritt 2 deutlich. A übermittelt B von seinen 100 Einheiten 50 Einheiten. Als nächstes hat B vor, 30 Einheiten an C zu senden. Um diese Aktion durchführen zu können, muss B nun seine Absicht, nämlich die 30 Einheiten zu versenden, anmelden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11 Synchronisation der Kontobücher Schritt 1: Anmeldung der Transaktion (in Anlehnung an Karacic, D 2017)

Die Transaktion bzw. das Vorhaben von B die 30 Einheiten an C zu schicken, sind noch nicht validiert worden. Das bedeutet, sie steht noch nicht in den Kontobüchern der anderen Teilnehmer. Für die Validierung sind die Miner zuständig. Diese sind Teilnehmer dieses Netzwerkes und in unserem Beispiel C und D. Diese beteiligen sich an der Ausschreibung der Transaktionen und wollen diese validieren. In diesem Beispiel erhält D den Zuschlag (vgl. Karacic, D. 2017).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12 Synchronisation der Kontobücher Schritt 2: Validierung der Transaktion (in Anlehnung an Karacic, D 2017)

Eine Validierung der Transaktion, wie hier durch D, ist eine Haupttätigkeit der Miner. Dies passiert bei vielen Kryptowährungen über das Lösen von komplexen mathematischen Aufgaben.

Derjenige von den Minern, der diese Aufgaben als erstes gelöst hat, wird mit der Erlaubnis belohnt, diese Transkation zu validieren und mit der Blockchain zu verketten. Dadurch erhält der Miner in der Regel eine Vergütung in der zugrunde liegenden Kryptowährung, welche von dem Transaktionsinitiator als Gebühr entrichtet wird.

Sobald ein Miner sich für die Eintragung der Transaktion in die Blockchain qualifiziert hat und diese durchgeführt wurde, hat jeder Teilnehmer jetzt den gleichen Stand und die Transaktion ist abgeschlossen (vgl. Karacic, D. 2017).

2.3 Ethereum

Ethereum ist eine offene Blockchain Plattform, die im Jahre 2014 von den drei Programmierern Vitalik Buterin, Gavin Wood, Jefrey Wilcke ins Leben gerufen wurde (vgl. Marr, 2018). Sie ermöglicht das Ausführen, Anlegen und das Verwalten von dezentralen Applikationen (sogenannten Decentralized Apps, auch als DApps bezeichnet) auf einer Blockchain. Im Gegensatz zu der Bitcoin-Technologie, soll die Ethereum Plattform laut Entwicklern aber flexibel und adaptierbar sein. Zudem soll es sehr einfach sein, neue Anwendungen innerhalb der Ethereum Plattform zu erstellen. Mit diesen Funktionalitäten hebt sich Ethereum, welches mittlerweile die auf Basis der Marktkapitalisierung zweitwertvollste Kryptowährung ist, entschieden vom Bitcoin ab. Neben der Funktion des Werttransfers und den oben beschriebenen dezentralen Anwendungen, hat die Ethereum Plattform zudem die Möglichkeit Smart Contracts aufzusetzen. Diese sind, vereinfacht gesagt in der Lage, vordefinierte Vertragsmodalitäten automatisiert zu überwachen und falls nötig Aktionen auszuführen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei allen Anwendungen bei denen Sicherheit, Vertrauen und Permanenz wichtige Kriterien sind, die Ethereum Plattform in Zukunft eine wesentliche Rolle spielen könnte (vgl. Martindale, J. 2018). Die neu entstandenen Möglichkeiten der DApps und Smart Contracts führten dazu, dass viele namenhafte Firmen sich mit der Ethereum Technologie auseinandersetzen. Dazu wurde die Ether Alliance gegründet. Zu dessen Mitglieder gehören unzählige Unternehmen aus verschiedenen Branchen und Industriezweigen. Darunter fallen Beispielsweise AMD, Intel oder auch Deloitte, Credit Suisse und Microsoft, sowie die Santander Bank, Shell oder Toyota (vgl. o.V. 2018). Diese Allianz hat sich als Ziel gesetzt, auf Basis von Ethereum einen Standard zu entwickeln, der in der Zukunft als Open Source Blockchain Plattform dienlich sein soll. Das alles zeigt, die enorme Relevanz der Ethereum Technologie (vgl. o.V. 2018).

2.4 Smart Contracts

Die Programmierbarkeit der Ethereum Plattform basiert auf der Fähigkeit Smart Contracts zu erstellen und auszuführen. Die Bezeichnung Smart Contract wurde das erste Mal von Nick Szabo im Jahre 1996 verwendet (vgl. Christidis, K./ Devetsikiotis, M. 2016). Diese beschreiben ein Packet an Versprechen in spezifischer digitaler Form. Innerhalb dieser Form gibt es Protokolle, an die sich die Vertragspartner halten (vgl. Gord, M. 2016). Die Smart Contract Alliance, definiert in ihrem Whitepaper über Smart Contracts, folgenden vier Bedingungen, welche erfüllt werden müssen, damit es sich um einen Smart Contract hanbdelt (vgl. Smart Conracts Alliance 2016).

1 Eine Reihe von Versprechungen

Diese Versprechungen müssen sich auf die erstellten Bedingungen und Regeln des der Vertragspartner erstellten Vertrages beziehen. Sie sollen von den Vertragspartnern für den von ihnen angestrebten Austausch akzeptiert werden.

2 Spezifische digitale Form

Dies bedeutet, dass der Smart Contract elektronisch bzw. digital arbeitet und seine Bedingungen und ausgeführten Operationen alle in einem Software-Code geschrieben werden.

3 Protokolle

Die Protokolle definieren die Regeln in Form eines Algorithmus, die jeder Vertragspartner einhalten muss, um die definierte Operation auszuführen (z.B. Freigabe einer Zahlung)

4 Eigenständigkeit

Hiermit soll die Eigenständigkeit eines Smart Contracts hervorgehoben werden. Alle Operationen werden autonom ausgeführt und sind nach Ausführung in der Regel nicht mehr rückgängig zu machen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Smart Contracts Vereinbarungen zwischen Vertragspartnern sind, welche mithilfe eines Computercodes geschrieben und programmiert werden. Sie laufen autonom und führen bestimmte Operationen aus, sofern vordefinierte Bedingungen erfüllt wurden. Dies alles kann innerhalb einer Blockchain integriert stattfinden. Die Ethereum Plattform stellt die hierfür nötigen Verifikationen und die Integrität zur Verfügung.

2.4.1 Funktionsweise Smart Contracts

Um zu verstehen wie Smart Contracts funktionieren, ist es wichtig zu verstehen, wie die Ethereum Plattform funktioniert und wie die Smart Contracts dort ihre Verwendung finden. Die Basiseinheit bei Ethereum ist der Account. Der Status des Accounts wird auf der Blockchain überwacht. Jedes Mal, wenn es zu einem Austausch an Informationen oder Werten zwischen Accounts kommt, werden diese Veränderungen auf der Blockchain festgehalten. Es gibt zwei Arten von Accounts. Zum einen den Externally Owned Account (EOA) und zum anderen den Contract Account. Die EOAs werden von Private Keys kontrolliert, die Usern gehören. Contract Accounts werden von ihrem eigenen Code kontrolliert. Sie können von den EOAs aktiviert werden (vgl. o.V. 2016a). Die Contract Accounts sind demzufolge die Smart Contracts auf der Blockchain.

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