Blockchain-Anwendungen in der Logistik

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1. Problemstellung und Motivation
1.2. Zielsetzung der Seminararbeit
1.3. Methodik

2. Blockchain
2.1. Definition
2.2. Funktionsweise
2.3. Smart Contracts auf der Blockchain
2.4. Chancen und Risiken

3. Logistik
3.1. Digitalisierung der Logistik
3.2. Internet of Things (IoT) 19
3.2.1. Anwendungen in der Transportlogistik
3.2.2. Blockchain in der Logistik
3.3. Cyber-physische Systeme (CPS)
3.3.1. Anwendungen in der Logistik
3.3.2. Anwendungen in der Intralogistik

4. Supply Chain Management
4.1. Definition
4.2. Blockchain-basiertes Supply Chain Management
4.3. Chancen und Risiken

5. Hürden für Blockchain-Anwendungen in der Logistik
5.1. Skalierbarkeit
5.2. IT-Security
5.3. Gesetzliche und regulatorische Hürden
5.4. Akzeptanz

6. Aktuelle Blockchain-Anwendungen in der Logistik
6.1. MAESRK und IBM: TradeLens
6.2. Modum: MODsense, MODlink und MODsight
6.3. Volkswagen und IOTA-Blockchain: Digital CarPass
6.4. Provenance: Rückverfolgung von Gütern
6.5. Walmart und IBM: Food-Trust-Chain
6.6. Everledger: Digital Trust
6.7. T-Mining: Smart Contract-Framework für die maritime Logistik
6.8. Zusammenfassung

7. Expertenumfrage
7.1. Vorbereitung der Expertenumfrage
7.2. Durchführung der Expertenumfrage
7.3. Auswertung der Umfrageergebnisse

8. Fazit

Anhang

Anhang 1: Verwendete Expertenumfrage

Anhang 2: Auswertung der Expertenumfrage

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 - Gartner Hype Cycle für Technologie-Trends in 2018 (Stand: Juli 2018)

Abbildung 2 - Verteilung der Blockchain-Startups in DE nach Kategorien (Stand: April 2018)

Abbildung 3 - Evolution der Blockchain-Lösungen

Abbildung 4 - Verschiedene Netzwerkarchitekturen

Abbildung 5 - Vereinfachte Darstellung einer Blockchain

Abbildung 6 - Charakteristiken eines Smart Contracts

Abbildung 7 - Technische Funktionsweise eines Smart Contracts

Abbildung 8 - Die vier Stufen Industrieller Revolutionen

Abbildung 9 - Traditionelle Sichtweise der Supply Chain

Abbildung 10 - EPK-Diagramm zur Identifizierung von Blockchain-Use Cases

Abbildung 11 - Blockchain-basiertes SCM

Abbildung 12 - Blockchain-basiertes Supply Chain-Netzwerk

Abbildung 13 - Branchen der befragten Unternehmen

Abbildung 14 - Anzahl Mitarbeiter der befragten Unternehmen

Abbildung 15 - Systematische Auswertung der Umfrageergebnisse

Abbildung 16 - Erfahrungen und Auswirkungen in den Bereichen Blockchain und Logistik

Abbildung 17 - Größte Vorteile der Blockchain

Abbildung 18 - Sicherheitsgrad von Blockchain-Lösungen im Vergleich zu konventionellen IT- Technologien

Abbildung 19 - Relevanz der Blockchain-Technologie für Unternehmen

Abbildung 20 - Investitionsvolumen Blockchain-Technologie der befragten Unternehmen

Abbildung 21 - Hindernisse für die Blockchain-Technologie

Abbildung 22 - Schwierigkeitsgrad Formulierung Blockchain-Use Case

Abbildung 23 - Einbezug externer Stakeholder in die Blockchain-Strategie

Abbildung 24 - Aktuelle Anwendungsbereiche der Blockchain-Technologie

Abbildung 25 - Bereits erfolgreiche Implementierung von Blockchain-Anwendungen

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 - Definitionen Blockchain

Tabelle 2 - Definitionen Smart Contract

Tabelle 3 - Evaluierung aktueller Blockchain-Anwendungen

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

1.1. Problemstellung und Motivation

Derzeit ist das Schlagwort Blockchain in aller Munde. Neben der Finanzbranche ist es vor allem die Logistikbranche, in die erste erfolgreich implementierte Blockchain- Anwendungen ihren Einzug finden. Unternehmen versprechen sich durch den Einsatz dieser neuen Technologie, die Prozesse der Logistik zu optimieren und im Zuge der Digitalisierung zukunftsorientiert auszurichten. Einige Unternehmen sehen in der Blockchain-Technologie ebenso das disruptive Potenzial, ganze etablierte Geschäftsmodelle nachhaltig zu verändern. Aktuelle Trends wie Internet of Things, Sensortechnik, RFID-Tags, Barcodes, GPS-Tracker und Computer-Chips ermöglichen beispielsweise auf Basis der Blockchain-Technologie die genaue Ortung von Produkten, Paketen oder Containern. Dadurch wird beispielsweise eine transparente Verfolgung von Waren von ihrem Ursprung bis zum aktuellen Ort ermöglicht.¹

A bbildung 1 - Gartner Hype Cycle für Technologie-Trends in 2018 (Stand: Juli 2018)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Gartner, Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018 ²

Abbildung 1 stellt den Gartner Hype Cycle für aktuelle und aufkommende Technologien aus Sicht des Jahres 2018 dar. Es ist zu erkennen, dass die Blockchain-Technologie in ihrer Akzeptanz am Markt zwischen den beiden Phasen Peak Of Inflated Expectations und Trough of Disillusionment eingeordnet ist. Daraus kann abgeleitet werden, dass sich die Technologie zukünftig in der Praxis zunächst beweisen muss. Nach einer ersten Hype- Phase gilt es nun, Blockchain-Anwendungen zu implementieren, die einen Mehrwert für die beteiligten Stakeholder liefern. Im Zuge dieser Phase wird es nur wenigen Pionieren gelingen, das Potenzial der disruptiven Technologie zu erkennen und in die produktive Nutzung zu überführen.

Hierbei ist die aktuelle Verteilung von Blockchain-Startups nach Kategorien in Deutschland hervorzuheben. Abbildung 2 zeigt, dass die Kategorie Industrie/IoT mit einem Anteil von 14,2 % nach den Kategorien Infrastruktur mit 25,8 % und Finanzen mit 14,2 % einen der stärksten Bereiche stellt.

Abbildung 2 - Verteilung der Blockchain-Startups in DE nach Kategorien (Stand: April 2018)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Statista, Verteilung der Blockchain-Startups in Deutschland nach Kategorien, 2018³

Weiterhin lässt die Abbildung erahnen, welchen Stellenwert die Blockchain-Technologie für die Logistik haben kann. Mit einem Anteil von 69,2% gründen sich Startups in Bereichen (Kategorien 1-4), die im Kontext der Logistik oder des Supply Chain Managements anzusetzen sind.

Gemäß Definition ist die Logistik die „ganzheitliche, marktgerechte Gestaltung, Planung, Steuerung und Abwicklung sämtlicher Material-, Waren- und Informationsflüsse vom Lieferanten in das Unternehmen, innerhalb des Unternehmens sowie vom Unternehmen zum Kunden“.⁴

Supply Chain Management (SCM) hingegen, lässt sich sehr vielseitig definieren. Einerseits wird SCM als Erweiterung der traditionellen Logistik definiert, andererseits sehen viele Vertreter die Hauptfunktion in der Kooperationsfunktion entlang der gesamten Wertschöpfungskette eines Unternehmens. Der Fokus liegt hier auf der Optimierung der Geschäftsprozesse.⁵

In genau diesen Bereichen bietet die Blockchain-Technologie ein hohes Potential, Effizienz und Transparenz von unternehmensübergreifenden Logistikprozessen zu optimieren.⁶

1.2. Zielsetzung der Seminararbeit

Zielsetzung dieser Seminararbeit ist es, aktuelle Blockchain-Anwendungen in der Logistik aufzuzeigen, ihren aktuellen Mehrwert kritisch zu bewerten und weitere mögliche Potentiale der Technologie für die Logistik aufzudecken. Dazu werden aktuell laufende Blockchain-Projekte, aber auch bereits operativ agierende Blockchain-Start-ups, mittels einer Literaturrecherche identifiziert und hinsichtlich ihres Erfüllungsgrades der Aufgaben der Logistik bemessen und evaluiert. Auf Basis dieser Ergebnisse wird eine Expertenumfrage mit Entscheidern ausgesuchter Unternehmen aus der Logistikbranche durchgeführt. Der dazugehörige Fragenkatalog ergibt sich einerseits aus den Erkenntnissen der Literaturrecherche und andererseits aus den Evaluierungsergebnissen der Projekt- beziehungsweise Unternehmensbewertungen. Ziel ist es hier, eine empirische Aussage treffen zu können, wie hoch der Beschäftigungsgrad von mittleren und großen Unternehmen mit der Technologie ist und ob bereits konkrete Use Cases verfolgt werden, welche mittels der Blockchain-Technologie in Zukunft umgesetzt werden sollen. Weiterhin liegt der Fokus auf dem Einfluss der Blockchain-Technologie auf zukünftige Geschäftsmodellausprägungen von Logistikunternehmen. Folglich soll folgende Forschungsfrage beantwortet werden: Wie stark ist der Einfluss der Blockchain- Technologie auf das Anwendungsfeld der Logistik und wie hoch ist der derzeitige und zukünftige Beschäftigungsgrad von mittleren und großen Unternehmen mit der Technologie?

Die Forschungsfrage bildet die Grundlage zur Annahme der folgenden Hypothese, welche es durch beobachtbare Konsequenzen der Expertenumfrage zu bestätigen oder zu widerlegen gilt:

Je höher der Einfluss der Blockchain-Technologie auf das Anwendungsfeld der Logistik, desto höher der Beschäftigungsgrad von Logistik-Unternehmen mit der Technologie.

1.3. Methodik

Zur Beantwortung der Forschungsfrage wird in einem ersten Schritt eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt. Da es nur wenige Unternehmen gibt, die eine vollumfängliche Integration der Blockchain-Technologie in deren Logistikprozesse vorweisen können, werden die ausgewählten Blockchain-Anwendungsszenarien zunächst gemäß Abschnitt 1.2 evaluiert. Auf Basis dieser Ergebnisse wird eine Expertenumfrage mit 16 verschiedenen Unternehmen aus der Logistikbranche, welche sich bereits mit den Potenzialen der Blockchain-Technologie auseinandergesetzt haben, durchgeführt. Teilnehmende Unternehmen sind einerseits Kunden oder Partner der cimt AG und andererseits für die Umfrage ausgewählte Kontakte aus Expertengruppen der Online-Plattform Xing. Die Ergebnisse der Umfrage werden im praktischen Teil der Arbeit in Zusammenhang mit den Erkenntnissen der Evaluierung der aktuellen Blockchain-Anwendungen in der Logistik gebracht. Abschließend wird in einem Fazit die in Abschnitt 1.2 gestellte Forschungsfrage mithilfe der Ergebnisse der Seminararbeit beantwortet.

Abbildung 3 - Methodische Vorgehensweise der Seminararbeit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung

2. Blockchain

2.1. Definition

Zum Einstieg in das Themenumfeld Blockchain-Anwendungen in der Logistik ist ein allgemeiner Überblick über die Funktionsweise der Technologie notwendig. Auf dieser Basis ist es möglich, Erkenntnisse zu erlangen, die wichtige Auswirkungen für die Logistik-Branche hervorheben. Im Folgenden werden die wesentlichen Grundlagen vorgestellt.

Als erste Blockchain-Anwendung ist das von Satoshi Nakamoto konzipierte Bitcoin- Protokoll zu nennen, welches am 31. Oktober 2008 unter dem Titel „Bitcoin: A Peer-to- Peer Electronic Cash System“ veröffentlicht wurde. Bitcoin ist seither die bekannteste und wertvollste Kryptowährung.⁷ Fortan wurden Anfang des Jahres 2009 durch die Weiterentwicklung der Blockchain weitere Kryptowährungen, wie Ethereum, Ripple oder IOTA geschaffen.⁸ Trotz des jungen Alters der Technologie, können bereits folgende in Abbildung 3 dargestellten Evolutionsstufen identifiziert werden:⁹

Abbildung 4 - Evolution der Blockchain-Lösungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung, in Anlehnung an: Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, 2018, S. 8

Unter dem Terminus Blockchain 1.0 werden Blockchain-Lösungen zusammengefasst, die sich mit dem Transfer von Kryptowährungen beschäftigen. Der Phase Blockchain 2.0 werden die Lösungen zugeordnet, die die Ausführung von intelligenten und digitalen Verträgen, Smart Contracts, ermöglichen. Unter der letzten Evolutionsstufe werden alle nicht finanziellen Anwendungen zusammengefasst. Es bilden sich immer mehr Anwendungsfälle, die sich nicht nur auf den Transfer von Kryptowährungen beschränken, sondern die Interaktion von autonomen Organisationseinheiten auf Basis gemeinsamer digitaler Verträge ermöglichen.

Unter dem Begriff Blockchain wird ein digitales verteiltes Hauptbuch verstanden (Distributed Ledger). Es ist ein Netzwerk an Knoten (Peers), welche in Form von Transaktionen Datensätze auf die Blockchain schreiben. Diese Datensätze werden durch sogenannte Blöcke auf einer dezentral verteilten Datenbank fortgeschrieben. Die Daten werden von allen Teilnehmern im Netzwerk auf ihre Echtheit validiert und sind transparent zugänglich. Änderungen an einem Datensatz werden durch den implementierten Consensus-Algorithmus sofort an das gesamte Netzwerk kommuniziert. Die Blockchain kann demzufolge als Digital Trust gesehen werden.¹⁰

Die unterschiedlichen Entwicklungen der Blockchain führen zu unterschiedlichen Betrachtungsweisen in der Literatur. In der folgenden Tabelle 1 werden die gängigsten Definitionen der Blockchain-Technologie von ausgewählten Autoren zusammengefasst:^1112131415

Tabelle 1 - Definitionen Blockchain

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Unveränderbarkeit der Transaktionshistorie
- Automatisierung durch Computer-Programme auf der Blockchain

Abbildung 4 stellt die Evolution von Netzwerkstrukturen dar. Im Falle einer zentralen Datenhaltung liegt das Recht der Datenfortschreibung bei einem Administrator. Bei einer dezentralen Architektur liegt das Entscheidungsrecht bei mehreren Instanzen, wohingegen bei einer verteilten Architektur grundsätzlich jeder das Schreiberecht besitzt.¹⁶

A bbildung 5 - Verschiedene Netzwerkarchitekturen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung, in Anlehnung an: Deutsche Bundesbank, Distributed-Ledger-Technologien im Zahlungsverkehr und in der Wertpapierabwicklung: Potenziale und Risiken, 2017, S. 36

Hinsichtlich unterschiedlicher Anwendungsszenarien besteht ein Unterschied zwischen öffentlichen (public) und nichtöffentlichen (private) Blockchains. Unter Public Blockchains werden öffentliche Netzwerke bezeichnet, die dem Handel von digitalen Gütern, ursprünglich Kryptowährungen, dienen. In diesem öffentlichen dezentralen System hat jeder Teilnehmer Zugriff auf einen für jeden zugänglichen Datensatz. Private Blockchains hingegen bezeichnen in sich abgeschlossenen Ökosysteme, welche durch Konsortien gebildet werden, die ein gemeinsames Interesse verfolgen. Die Zugriffsrechte auf die Blockchain sind hierbei auf die im Konsortium registrierten Unternehmen beschränkt. Die Dezentralität der Datenhaltung ist in diesem Fall auf die Teilnehmer des privaten Konsortiums beschränkt.

Folgende wesentliche Eigenschaften gelten zusammenfassend für die Blockchain- Technologie:¹⁷

- Unveränderbarkeit x Rückverfolgbarkeit x Dezentralität
- Anonymität
- Sicherheit
- Schnelligkeit

2.2. Funktionsweise

Die vereinfachte Funktionsweise einer Transaktion auf der Blockchain stellt Abbildung 5 dar. Wird ein Datensatz von einem Sender zu einem Empfänger transferiert (Peer-to- Peer), sind innerhalb eines Netzwerkes beliebig viele weitere Peers in die Transaktion involviert (Peer-to-Peer-Netzwerk). Jeder Peer bestätigt die Echtheit eines Datensatzes und verifiziert, dass dieser von seinem Vorgänger nicht abgeändert wurde. Auf diese Weise bildet sich eine Verkettung von Datensatz-Blöcken, die zur Transparenz zu jederzeit bei jedem Peer in der Historie, im sogenannten Hash-Baum, verfügbar sind. Der versendende Block reicht einen öffentlichen Schlüssel an seinen Nachfolger weiter. Dieser dient der eindeutigen Identifizierung des gemeinsamen Hash-Baum-Datensatzes und wird benötigt, um den nächsten Peer anzusprechen. Zudem generiert der versendende Peer einen privaten Schlüssel in Form eines zusätzlichen Hash-Wertes. Dieser wird an den nachfolgenden Peer übergeben und dient als eindeutige Zuweisung der aufeinander folgenden Knoten. Die Aneinanderreihung der Blöcke wird durch dazwischenliegende Peers so lange weitergeführt, bis die Sendung den Empfänger erreicht hat.¹⁸

A bbildung 6 - Vereinfachte Darstellung einer Blockchain

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung, in Anlehnung an: Bitcoin Project, Simplified Bitcoin Block Chain, 2018 ¹⁹

Die Validierung der Transaktionen wird mithilfe von Konsens-Mechanismen durchgeführt. Jeder hinzugefügte Block wird erst vom gesamten Netzwerk überprüft und dann bei Gültigkeit der Blockchain hinzugefügt. Auf diese Weise bedarf es keiner weiteren Instanz zur Validierung der Daten. Die gängigsten Konsens-Mechanismen sind der Proof of Work (PoW) - und der Proof of Stake (PoS) -Algorithmus.²⁰

2.3. Smart Contracts auf der Blockchain

Nick Szabo führte erstmalig im Jahr 1994 das Konzept des Smart Contracts ein und definiert einen intelligenten digitalen Vertrag als ein computergestütztes Transaktionsprotokoll, das eigenständig die Konditionen eines Vertrages per Programmiersprache ausführt. Die übergeordneten Ziele eines Smart Contracts sind das Wegfallen von Intermediären und die Minimierung von möglichen bösartigen Einwirkungen Dritter in die ausgeführten Transaktionen.²¹

Ebenso wie bei der Blockchain-Technologie haben sich durch die technologische Weiterentwicklung von Smart Contracts verschiedene Definitionsansätze in der Literatur etabliert. Tabelle 2 listet die neben Szabos Ansatz gängigsten Definitionen auf.^22232425

Tabelle 2 - Definitionen Smart Contract

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die drei wesentlichen Charakteristiken eines Smart Contracts werden in Abbildung 6 dargestellt und wie folgt von Swan definiert: ²⁶

Dezentralität: Smart Contracts sind über alle Knoten der Blockchain dezentral verteilt. Sie werden nicht auf einem zentralen Server ausgeführt. Nach den Konsens- Mechanismen der Blockchain-Technologie kennen somit alle Parteien die vereinbarten Konditionen des Vertrages.

Autonomität: Sobald ein Smart Contract auf der Blockchain ausgeführt wird, verwaltet er sich selbst. Es bedarf keiner weiteren Instanz, die während der Laufzeit des Vertrages verwaltende Aktionen durchführen muss. Dies führt dazu, dass fehleranfällige manuelle Interaktionen durch den Menschen nicht durchgeführt werden müssen.

Selbstausführung : Zusätzlicher Ressourcen-Bedarf, wie Speicherkapazitäten, die während der Laufzeit des Smart Contracts anfallen, werden eigenständig hinzugeschaltet.

Abbildung 7 - Charakteristiken eines Smart Contracts

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung, an Anlehnung an: Swan, M., Blockchain: Blueprint for a new economy, 2015, S. 16-17

Aus technischer Sicht ist ein Smart Contract ein Computer-Programm, welches auf der Blockchain ausgeführt und durch eine eindeutige Adresse identifiziert wird. Abbildung 7 zeigt die Struktur eines Smart Contracts. Ein User, der Transaktionen auf der Blockchain ausführen will, benötigt einen Externally Owned Account (EOA). Dieser wird durch einen eindeutigen privaten Schlüssel auf der Blockchain registriert. Sobald der Account registriert ist, können Transaktionen getätigt werden. Diese beinhalten Input-Parameter, die benötigt werden, um Funktionen des Smart Contracts auszuführen. Als Output können entweder direkt oder mithilfe weiterer Programme vorab definierte Events angestoßen werden. Ein Event könnte beispielsweise die Freigabe einer Zahlung an einen weiteren User sein.²⁷

A bbildung 8 - Technische Funktionsweise eines Smart Contracts

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung, in Anlehnung an: Bahga, A., Blockchain platform for industrial Internet of Things, 2016, S. 536

Aus fachlicher Sicht müssen folgende Schritte durchgeführt werden, um einen Smart Contract zu konzipieren und auf der Blockchain auszuführen:²⁸

1. Vertragsformulierung: Es werden die Vertragsbedingungen definiert und in dem Computer-Programm als Logik implementiert. Hierzu gehören die für die Gültigkeit des Vertrages benötigten Eckdaten, wie Vertragspartner, Betrag oder Währung. Zusätzlich werden die Bedingungen für die Ausführung des Vertrages festgelegt. Diese umfassen mindestens die Eckdaten Zeit, Datum und das erwartete Event.
2. Event: Das Event ist der Auslöser für die Ausführung des Vertrages. Sobald das Event ausgelöst wird, wird der Vertrag initialisiert und mit den benötigten Eckdaten versorgt. Dazu wird der Smart Contract auf der Blockchain abgespeichert und wartet auf einen Event-Auslöser (z.B. Zustellung einer Lieferung).
3. Ausführung: Auf Basis der Eckdaten werden die festgehaltenen Vertragsinhalte ausgeführt. Die im Vertrag festgelegten Werte werden an die im Vertrag hinterlegten Parteien transferiert.
4. Ausgleich: Der Ausgleich der im Vertrag definierten Werte kann digitale oder physische Werte betreffen. Digitale Werte werden über die Blockchain ausgeglichen, physische Werte werden durch weiterführende Off-Chain- Anweisungen transferiert.

2.4. Chancen und Risiken

Die Blockchain ist eine junge, sich rasant weiterentwickelnde Technologie, welche bereits in ihrer frühen Phase nennenswerte Chancen und Risiken offenlegt.²⁹

Zunächst einmal bietet die Verwendung kryptographischer Methoden eine sichere Zugangskontrolle. Zusätzlich ermöglichen öffentliche und private Schlüssel in Kombination eine Art Pseudonymität. Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung von Hash- Funktionen, wodurch die Integrität der Daten in der Blockchain sichergestellt wird. Außerdem führt die Verwendung von Konsensmechanismen und verteilten P2P- Netzwerken zu einer hohen Ausfallsicherheit der Daten, da der aktuelle Datensatz immer in jeden Knoten fortgeschrieben wird. Dadurch herrscht ein großes Vertrauen im Netzwerk, welches eine einzelne Kontrollinstanz obsolet werden lässt. Vorab definierte Konditionen in ausführbaren Computer-Programmen sorgen durch einheitliche Schnittstellen für eine hohe Prozessintegrität und -Transparenz durch eine öffentliche Transaktionshistorie. Eine weitere Chance ist die kurze Dauer von Transaktionen auf der Blockchain, welche beispielsweise den Transfer von Kryptowährung weltweit innerhalb von Sekunden ermöglicht. Als letzten Vorteil lässt sich die Programmierbarkeit von Transaktionen hervorheben. So können konditionale Transaktionen auf der Blockchain ausgeführt werden.³⁰

Neben den Chancen gibt es auch Risiken, die es zu beachten gibt. Mittlerweile bekannt ist der erhebliche Energiebedarf, den beispielsweise die Bitcoin-Blockchain durch den PoW-Algorithmus benötigt, um weitere Transaktionen zu validieren. Durch die Begrenzung der Blockgröße auf 1 Megabyte ist das Problem der geringen Skalierbarkeit zu nennen, welches die Anzahl an ausführbaren Transaktionen einschränkt. Eine weitere Herausforderung ist die Interoperabilität verschiedener Blockchain-Arten. Unterschiedliche Typisierungen erfordern zusätzliche Schnittstellen, die bereitgestellt werden müssen. Ein zusätzliches Sicherheitsrisiko ist die Public- und Private-Key- Kryptographie. Wenn ein privater Schlüssel verloren geht, sind die Inhalte nicht mehr im Zugriff und können auch nicht rekonstruiert werden. Ein anderer, negativer Punkt ist die Irreversibilität von Transaktionen. Sobald eine Transaktion angestoßen wurde, sind die versendeten Werte nicht mehr wiederherstellbar. Dadurch, dass Blockchain- Anwendungen mittels Programmiersprachen umgesetzt sind, können auch vermeintlich sichere Netzwerke attackiert und gespeicherte Werte entwendet werden. ³¹

3. Logistik 4.0

Logistik 4.0 ist ein Begriff, der heutzutage aus Fachzeitschriften kaum wegzudenken ist und häufig mit dem Begriff Industrie 4.0 einhergeht.

Der Ursprung dieses Begriffs liegt in Deutschland. Er ist bei einer wirtschaftlichen und industriellen Diskussion entstanden und wird vor allem im deutschsprachigen Raum A bbildung 9 - Die vier Stufen Industrieller Revolutionen

Quelle: Kempf, D., Bauer, W.: Volkswirtschaftliche Potenziale von Industrie 4.0, 2014, S. 2

verwendet. Dieser beschreibt die Auswirkungen der Industrie 4.0 auf die Logistik. Der Zusatz 4.0 steht dabei für die schnelle Entwicklung der Digitalisierung und leitet die vierte industrielle Revolution ein. ³²

Abbildung 8 stellt die verschiedenen Stufen der industriellen Revolutionen in zeitlicher Reihenfolge dar. Die Weltwirtschaft erfuhr ab Mitte des 18. Jahrhunderts drei Industrielle Revolutionen, die die Produktion maßgeblich veränderte. Die erste industrielle Revolution wurde durch die Entwicklung der Dampfmaschine und dem daraus resultierenden Einsatz von mechanischen Produktionsanlagen eingeleitet. Die Dampfmaschine wurde für diverse Verkehrsmittel als Antrieb verwendet, wie z. B. bei Dampfschiffen oder Eisenbahnen. So konnten zu dieser Zeit bereits neue Produktionsstätten erschlossen werden, da lange Transportwege keine Herausforderung mehr darstellten. ³³

Die Entwicklung und Einführung der Elektrizität sowie der Einsatz arbeitsteiliger Massenproduktion waren Startschuss für die zweite industrielle Revolution Ende des 19 Jahrhunderts. Auch der Einsatz von Verkehrsmitteln mit Verbrennungsmotoren, wie Automobilen zählen zu dieser Entwicklungsphase. ³⁴

Die dritte industrielle Revolution begann in den 1970er Jahren. Hier stand vor allem der vermehrte Einsatz von Elektronik und Computertechnologie im Vordergrund. Ziel war die Automatisierung der Produktion voranzutreiben und zu entwickeln.³⁵

In der vierten industriellen Revolution befinden wir uns derzeit. Sie steht für den Einsatz moderner Technologien, wie z. B. KI, IoT und Vernetzung von Systemen. Dies wird im Allgemeinen unter Digitalisierung zusammengefasst. Klassische Branchen, wie die Logistik, werden zunehmend von diesem Trend erfasst. Informationen über Objekte und Akteure werden digital zur Verfügung gestellt. Dies wird als Informatisierung bezeichnet.³⁶ Hauptmerkmal der vierten Industriellen Revolution ist die Vernetzung von physischen Objekten, was als Grundlage für das Internet der Dinge gilt.³⁷

Im Zuge der Digitalisierung haben sich die Ansprüche hinsichtlich der Verfügbarkeit von Informationen verändert. Die Kunden wünschen Echtzeitinformationen über den Status ihrer Lieferungen, um diese in ihren eigenen Produktionssystemen integrieren zu können. Man spricht hier von Vernetzungen der Informationen. Die Informationsbereitstellung wird vor allem durch Tracking und Tracing realisiert.³⁸

Durch die Entwicklung der Digitalisierung hat sich eine serviceorientierte Nachfrage entwickelt. Dabei steht nicht nur das Produkt mit seinen Funktionen im Fokus, sondern auch die ergänzenden Dienstleistungen und Services. Um sich im harten Logistikwettbewerb zu behaupten, reicht der alleinige Transport von A nach B nicht mehr aus. Auftraggeber erwarten weitere Dienstleistungen rund um die Transportabwicklung. Mit sogenannten Value-Added-Services können sich Unternehmen von ihren Wettbewerbern abgrenzen.³⁹

3.1. Digitalisierung der Logistik

Verschiedene Megatrends beeinflussen heutzutage die Wirtschaft. Einer dieser Trends ist die Digitalisierung, die im Zuge der vierten Industriellen Revolution stetig voranschreitet. Obwohl dieser Begriff in den Medien kaum wegzudenken ist, gibt es keine einheitliche Definition des Begriffs.⁴⁰

So kann der Begriff Digitalisierung durch den Einsatz von digitalen Anwendungen erklärt werden, wie z. B. neue Informations- und Kommunikationslösungen oder aber als digitale Transformation, d. h., dass sämtliche Prozesse eines Unternehmens mit entsprechenden neuen Technologien abgebildet werden.⁴¹

Die Digitalisierung hat im Zuge ihrer Entwicklung viele Veränderungen mit sich gezogen, bei der es zu Umstrukturierungen innerhalb von Branchen und Unternehmen kam. So eröffneten sich im Entwicklungsprozess auch Chancen für neue Geschäftsfelder und -modelle.⁴² Technologien, wie Künstliche Intelligenz, die im Zuge der Digitalisierung entwickelt wurden, sind neue Lösungsansätze, die für den Menschen vorher nicht realisierbar waren. Big Data ermöglicht es, riesige Datenmengen zu analysieren und auszuwerten. Durch Cloud Computing ist die Notwendigkeit zur Vorhaltung eigener Serverinfrastruktur und großer Datenspeicher nicht mehr notwendig.⁴³

Somit wird deutlich, dass unter Digitalisierung nicht nur der Einsatz neuer Technologien verstanden wird, sondern auch die daraus resultierende Verarbeitung und Analyse umfangreiche Daten. Der Aufbau einer neuen Infrastruktur und die Vernetzung von physischen und virtuellen Objekten stehen ebenfalls für den Trend Digitalisierung. ⁴⁴

Die Digitalisierung bringt viele Vorteile mit sich, die auch Logistikunternehmen nutzen können. So kann die Lieferzuverlässigkeit verbessert werden, indem die gesamte Lieferkette in allen vorhandenen Systemen integriert bzw. vernetzt wird und so bei unvorhersehbaren Ereignissen die Software korrigierend einwirken kann. Eine bessere Zusammenarbeit der Akteure ist somit gegeben und Transport- und Bereitstellungsrisiken können minimiert werden. Die zunehmende Flexibilität und Agilität ist ein weiterer Vorteil, die durch die vernetzte Steuerung entsteht. So können Unternehmen viel schneller auf sich ändernde Kunden- und Marktanforderungen reagieren.⁴⁵

Durch konsequente Vernetzung der Fahrzeuge (LKW) können Optimierungspotenziale erkannt werden und die vorhandenen Kapazitäten besser ausgenutzt werden. Aber auch die Vernetzung der verschiedenen Akteure in der Supply Chain und die Nutzung von unternehmensübergreifender, integrierter IT ermöglichen es, frühzeitig Probleme und Risiken in der Kette zu erkennen.⁴⁶

Durch die genannten Vorteile der Digitalisierung können auch Kosten eingespart werden, da wie bereits erwähnt, die Effizienz steigt und Risiken in der Transportkette reduziert werden. Durch die zunehmende Automatisierung von Prozessen werden aber auch Fehler durch manuelle Eingriffe minimiert, so dass auch hier Kosten eingespart werden können.⁴⁷

3.2. Internet of Things (IoT)

Das Internet der Dinge oder auch Internet of Things bezeichnet die Vernetzung von physischen und virtuellen Objekten aller Art.

Bereits 1990 formulierte Marc Weiser den Begriff Ubiquitous Computing. Bestehende herkömmliche Systeme werden seiner Meinung nach durch intelligente Objekte abgelöst. Er geht davon aus, dass moderne Informations- und Kommunikationsmittel sich immer mehr in den Alltag integrieren und diese den Menschen bei seinen täglichen zu bewältigenden Aufgaben unterstützt. Das Besondere dabei ist, dass diese Anwendungen für die Nutzer vollkommen unsichtbar sind. ⁴⁸

In der Logistik wurde der Begriff Internet der Dinge vor allem durch die Nutzung von RFID-Systemen bei Procter & Gamble bekannt. Diese wurden zur automatisierten Verfolgung von Gütern in der Lieferkette eingesetzt. So kann das vernetzte Gesamtsystem auf Störungen in der Lieferkette schnellstmöglich reagieren, was zu einer Minimierung von Produktionsrisiken führt. ⁴⁹

Eine allgemeine Definition für den Begriff Internet der Dinge gibt es nicht. Es kann aber gesagt werden, dass IoT das klassische Internet erweitert und dieses mit der Umgebung vernetzt. Zwischen der physischen und der virtuellen Welt werden Daten ausgetauscht. Dadurch wachsen diese beiden Welten zusammen. ⁵⁰ Ein Beispiel für die zunehmende Vernetzung ist die ständige Übermittlung von Fahrzeug- und Routeninformation der LKW an die Speditionen. Für die Echtzeitanalyse werden in den Unternehmen sogenannte Telematiksysteme eingesetzt. Die Spedition kann so bei unvorhersehbaren Ereignissen sofort eingreifen und Entscheidungen treffen. Eine Echtzeit-Übermittlung kann nur funktionieren, wenn die Zustände der Objekte, in diesem Fall der LKW, in kurzen Abständen ermittelt und diese an ein IT-System weitergegeben werden. Die Übermittlung erfolgt dabei direkt an das Internet oder andere proprietäre Netze zur externen oder internen Verwendung. ⁵¹

Damit die Vernetzung zwischen virtuellen und physischen Objekten funktioniert, müssen diese eindeutig identifiziert werden. Ohne eine eindeutige Identifizierung ist die Verfolgung eines physischen Objekts nicht möglich. Bislang werden zur Identifizierung klassische Nummern- und Zeichenfolge verwendet. Dies können eindimensionale Strichcodes, zweidimensionale DataMatrix Codes oder binäre RFID-Transponder sein. Das große Problem bei diesen Identifikationsmitteln ist, dass eine Standortermittlung zwischen den einzelnen Scan Punkten nicht möglich ist. Auch eine automatische Lokalisierung kann nicht erfolgen, sobald das Objekt nicht an dem erwarteten Ort eintrifft. Für die Implementierung in ein Netzwerk ist zudem eine eindeutige Adresskennung notwendig. Üblicherweise nutzt man dafür IP-Adressen. Eine Echtzeit Übertragung des Standortes zur Verfolgung von Gütern, kann nur erfolgen, wenn die Objekte selbst ihren Standort bestimmen und übermitteln können, z. B. durch Mobilfunknetz und GPS.⁵²

Vor allem im Logistikbereich wird angenommen, dass sich das Internet der Dinge mit seinen autonomen Prozessen weiterverbreiten wird. Zellulare Transportsysteme bzw. Zellulare Fördertechniken, wie z. B. autonome Transportfahrzeuge oder autonome Fördertechnikmodule, werden die klassischen starren Materialflussanlagen ersetzen, um so flexibler auf die steigenden Veränderungen reagieren zu können. Die Kommunikation und Steuerung der Einheiten erfolgt dabei durch Softwareagenten, die zusammen in einem Multi-Agentensystem Entscheidungen treffen über die Reihenfolge und das Routing. So können die intelligenten Entitäten ihre zu erledigenden Aufträge selbst untereinander verhandeln. ⁵³

Durch die Ausstattung der Objekte mit Mikroprozessoren kann die dezentrale Steuerungsfähigkeit erhöht werden und ein höherer Informationsaustausch zwischen dezentralen und übergeordneten Ebenen erfolgen. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass Entscheidungen in verschiedene Richtungen verlagert werden können. ⁵⁴

[...]

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¹ Vgl. Kshetri, N., 1 Blockchain’s roles in meeting key supply chain management objectives, 2018, S. 80.

² Gartner, Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018, unter https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-in-gartner-hype-cycle-for-emerging- technologies-2018/ (abgerufen am 25.12.2018).

³ Eigene Darstellung, Daten entnommen aus: Statista, Verteilung der Blockchain-Startups in Deutschland nach Kategorien, unter www.statista.com/statistik/daten/studie/871944/umfrage/blockchain-startups-in- deutschland-nach-kategorien/ (abgerufen am 25.12.2018).

⁴ W egner, U., Einführung in das Logistikmanagement, 2017, S. 5.

⁵ Vgl. Müller, M., Informationstransfer im Supply Chain Management: Analyse aus Sicht der Neuen Institutionenökonomie, 2015, S. 15.

⁶ Vgl. Kummer, S., Transport und Logistik im Wandel in Internationales Verkehrswesen, 2018, S. 3f.

⁷ Vgl. Sixt, E., Bitcoins und andere dezentrale Transaktionssysteme: Blockchains als Basis einer Kryptoökonomie, 2017, S. 1.

⁸ Überblick über alle am Markt verfügbaren Kryptowährungen unter: https://coinmarketcap.com/

⁹ Vgl. Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, BLOCKCHAIN UND SMART CONTRACTS: EFFIZIENTE UND SICHERE WERTSCHÖPFUNGS-NETZWERKE, 2018, S. 8-9.

¹⁰ Vgl. Nicoletti, B., The Future: Procurement 4.0, 2018, S.212-213.

¹¹Vgl. Nakamoto, S., Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system, 2008, S. 1-8.

¹²Vgl. Tapscott, D., Blockchain revolution: how the technology behind bitcoin is changing money, business, and the world, 2016, S. 2.

¹³Vgl. Swan, M., Blockchain: Blueprint for a new economy, 2015, S. 1.

¹⁴Vgl. Weber, I., Untrusted business process monitoring and execution using blockchain, 2016, S. 4-5.

¹⁵Vgl. Iansiti, M., The truth about blockchain, 2017, S. 9.

¹⁶ Vgl. Deutsche Bundesbank, Distributed-Ledger-Technologien im Zahlungsverkehr und in der Wertpapierabwicklung: Potenziale und Risiken, 2017, S. 36-37.

¹⁷ Vgl. Lin, I., A Survey of Blockchain Security Issues and Challenges, 2017, S. 5-7.

¹⁸ Vgl. Nakamoto, S., Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, 2008, S: 1-8.

¹⁹ Eigene Darstellung in Anlehnung an Bitcoin Project, Simplified Bitcoin Block Chain, 2018, unter https://bitcoin.org/img/dev/en-blockchain-overview.svg (abgerufen am 25.12.2018).

²⁰ Vgl. Kakavand, H., The Blockchain Revolution: An Analysis of Regulation and Technology Related to Distributed Ledger Technologies, 2017, S. 7-8.

²¹ Vgl. Christidis, K., Blockchains and smart contracts for the internet of things, 2016, S. 2296-2297.

²⁶ Vgl. Swan, M., a. a. O., S. 16-17.

²⁷ Vgl. Bahga, A., Blockchain platform for industrial Internet of Things, 2016, S. 536.

²⁸ Vgl. Froystad, P., Blockchain: Powering the Internet of Value, 2017, S. 31.

²⁹ Vgl. Swan, M., a. a. O., S. 81-89.

³⁰ Vgl. Schlatt, Vincent, Schweize r, André, Urbach, Nils, Fridgen, Gilbert: Blockchain: Grundlagen, Anwendungen und Potenziale, 2016, S. 45-46.

³¹ Vgl. ibid., S. 46-48.

³² Vgl. Bousonville, T., Logistik 4.0: Die digitale Transformation der Wertschöpfungskette, 2017, S. 4.

³³ Vgl. Bauer, W., Schlund, S., Marrenbach, D., Ganscha, O.: Industrie 4.0 – Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland, 2014, S. 10.

³⁴ Vgl. ibid.

³⁵ Vgl. Bousonville, T., a. a. O., S. 4.

³⁶ Vgl. ibid., S. 5.

³⁷ Vgl. ibid.

³⁸ Vgl . Heistermann, F., ten Hompel, M., Mallée, T., Digitalisierung in der Logistik, 2017, S. 4.

³⁹ Vgl. Voß, P. H., Logistik – eine Industrie, die (sich) bewegt: Strategien und Lösungen entlang der Supply Chain 4.0, 2015, S. 64.

⁴⁰ Vgl. Kille, C., Schmidt, T., Schulze, F., Stölze, W., Wildhaber, V., Digitalisierungswerkzeuge in der Logistik: Einsatzpotenziale, Reifegrad und Wertbeitrag: Impulse für Investitionsentscheidungen in die Digitalisierung – Erfolgsgeschichten und aktuelle Herausforderungen, 2018, S. 2.

⁴¹ Vgl. Kille, C., Schmidt, T., Schulze, F., Stölze, W., Wildhaber, V., Digitalisierungswerkzeuge in der Logistik: Einsatzpotenziale, Reifegrad und Wertbeitrag: Impulse für Investitionsentscheidungen in di Digitalisierung – Erfolgsgeschichten und aktuelle Herausforderungen, 2018, S. 2.

⁴² Vgl. Pflaum, A., Schwemmer, M., Gundelfinger, C., Naumann, V., Transportlogistik 4.0, 2017, S. 7.

⁴³ Vgl. Bendel, O., Definition Digitalisierung, 2018.

⁴⁴ Vgl. Pflaum, A., Schwemmer, M., Gundelfinger, C., Naumann, V., a. a. O., S. 7.

⁴⁵ Vgl. Heistermann, F., ten Hompel, M., Mallée, T., a. a. O., S. 10.

⁴⁶ Vgl. Heistermann, F., ten Hompel, M., Mallée, T., a. a. O., S. 10.

⁴⁷ Vgl. Heistermann, F., ten Hompel, M., Mallée, T., a. a. O., S. 10.

⁴⁸ Vgl. Bauernhansl, T., ten Hompel, M., Vogel-Heuser, B. (Hrsg.), Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik: Anwendung, Technologien und Migration, 2014, S. 57.

⁴⁹ Vgl. ibid.,S.57-58.

⁵⁰ Vgl. ibid.

⁵¹ Vgl. Bousonville,T.,a. a.O.,S.8.