Blockchain Technologie. Chancen und Herausforderungen bei der Implementierung im Supply Chain Management


Bachelorarbeit, 2019

80 Seiten


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Relevanz und Motivation
2.1. Zielsetzung und Methode

3. Grundlagen der Blockchain Technologie
3.1. Allgemeine Grundlagen
3.1.1. Definition Blockchain
3.1.2. Zentrale Datenbanken
3.1.3. Dezentrale Datenbanken
3.1.4. Funktionsweise der Blockchain
3.1.5. Funktionsweise von Transaktionen im Blockchain-Netzwerk
3.2. Kryptografische Grundlagen
3.2.1. Hashing
3.2.2. Verschiedene Schlüsselpaare
3.2.3. Konsensmechanismen
3.2.3.1. Proof of Work
3.2.3.2. Proof of Stake
3.3. Blockchain Klassifikation Public vs Private Blockchain
3.3.1. Public Blockchain
3.3.2. Permissioned Blockchains
3.4. Schlüsseleigenschaften der Blockchain Technologie
3.5. Anwendungsbereiche der Blockchain
3.5.1. Blockchain 1.0
3.5.1.1. Kryptowährungen
3.5.1.2. Token
3.5.2. Blockchain 2.0 – Smart Contracts
3.5.3. Blockchain 3.0 – DAPPS und DAOs

4. Blockchain im Supply Chain Management
4.1. Problemfelder des Supply Chain Management
4.2. Anwendungspotentiale der Blockchain im Supply Chain Management
4.2.1. Transparenz, Vertrauen, Sicherheit und Authentizität
4.2.2. Effizienz und Kostenreduktion

5. Methodische Vorgehensweise
5.1. Qualitative Forschung und Experteninterviews
5.2. Datenerhebung
5.2.1. Fallauswahl und Experten
5.2.2. Interviewleitfaden
5.3. Durchführung
5.4. Datenauswertung

6. Ergebnisse und Einordnung der Experteninterviews
6.1. Hintergrundinformationen der Befragten
6.1.1. Interview A
6.1.2. Interview B
6.1.3. Interview C
6.1.4. Interview D
6.2. Grundlegende Einschätzung der Blockchain und aktuelle Entwicklungen
6.3. Permissioned vs Public Blockchains in der Supply Chain
6.4. Nachteil zentraler Systeme
6.5. Chancen/Vorteile
6.6. Herausforderungen/Kritiken
6.7. Applikationen/Industrien/Entwicklung

7.Diskussion
7.1. Chancen bei der Implementierung
7.2. Herausforderungen bei der Implementierung
7.3. Applikationen und Industrien für die Implementierung der Blockchain
7.4. Vergleich zwischen Literatur und Ergebnissen
7.5. Limitationen und Empfehlung für weitere Forschung

8. Literaturverzeichnis

9. Anhangsverzeichnis

10. Anhang

Abstract:

Die vorliegende Bachelorarbeit gibt einen Überblick darüber, wie die Blockchain Technologie das Supply Chain Management verändern könnte. Es wurde im Laufe der Arbeit drei Forschungsfragen nachgegangen: Welche Chancen bietet die Implementierung der Blockchain im Supply Chain Management, welche Herausforderungen stehen der erfolgreichen Diffusion in den Supply Chains im Weg und wo kann die Blockchain Technologie dort einen Mehrwert schaffen? Dafür wurden vier Interviews mit Supply Chain und Blockchain Experten geführt. Die Kernbefunde aus den Befragungen wurden miteinander verglichen und interpretiert. Die Aussagen der Experten zeigen, dass besonders eine verbesserte Sichtbarkeit der Prozesse innerhalb der Supply Chains zu einer verbesserten Transparenz und Prozessoptimierung führen könnte. Auf der anderen Seite befindet sich die Technologie noch in einer frühen Entwicklungsphase und so fehlt es bisher an Standardisierung und Know-how. Zudem gibt es Widerstand aus bestehenden Systemen. Die Funktionen Smart Contracts, Verzicht auf Intermediäre und dezentrale Marktplätze können einen Mehrwert für die Supply Chains schaffen. Insgesamt birgt die Implementierung der Blockchain in den Supply Chains einen großes Potential, jedoch braucht es noch Zeit bis der dafür nötige Anpassungsprozess abgeschlossen ist.

This bachelor thesis gives an overview of how blockchain technology could change supply chain management. Three research questions were investigated in the course of the thesis: Which opportunity does the implementation of the blockchain offer for supply chain management, which challenges stand in the way of the successful diffusion in the supply chains and where can the blockchain technology create additional value? Four interviews were conducted with supply chain and blockchain experts. The core findings from the surveys were compared and interpreted. The experts' statements show that improved visibility of the processes within the supply chains in particular could lead to improved transparency and process optimization. On the other hand, the technology is still in an early development phase and so far there is a lack of standardization and know- how. There is also resistance from existing systems. The functions Smart Contracts, the elimination of intermediaries and decentralized marketplaces can create added value for supply chains. Overall, the implementation of the blockchain in the supply chains holds great potential, but it still takes time to complete the necessary adaptation process.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: zentrale vs. dezentrale Datenbanken

Abbildung 2: Blockchain Transaktion

Abbildung 3: Vereinfachte Darstellung der Verkettung der einzelnen Blöcke

Abbildung 4: Public vs. Permissioned Blockchain

Abbildung 5: Disrupting Organizations with Blockchain Tokens

Abbildung 6: Supply Chain Management

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

We estimate that the application of blockchain to global supply chains alone could result in more than $100 billion in efficiencies. Add improvements in provenance and traceability of pharmaceuticals and food

Ginni Rometty, CEO of IBM (IBM, 2017., o.S.)

Während die Welt zunehmend globalisierter und komplexer wird, verändern sich mit ihr die Supply Chains. Beschaffungs- und Absatzmärkte erweitern sich und erstrecken sich über den ganzen Planeten. Kundenanforderungen an Produkte steigen und viele Firmen arbeiten mittlerweile nur noch mit internationalen Standortstrukturen (Hahn, 2002). Die Welt verändert sich. Die Logistikketten auch?

60 % der Transaktionen werden noch auf Papierrechnungen abgewickelt (Fraunhofer, 2017). Das Zurückverfolgen des Ursprungortes eines Nahrungsmittels kann bis zu zwei Wochen dauern (Yiannas, 2018) und ineffiziente Transaktionen, Betrug, Produktfälschung und schlecht funktionierende Supply Chains führen zu einem Mangel an Vertrauen unter den einzelnen Akteuren (Saberi, 2019).

Im Dezember 2017 erreicht eine Einheit der Kryptowährung Bitcoin einen Wert über $19000 (Coinmarketcap, 2019) und landet damit in den Schlagzeilen deutscher Medien. Die 2008 von Nakamoto ins Leben gerufene digitale Zahlungseinheit erreicht erstmals die breite Masse. Ob sich diese Idee in der Welt etablieren wird steht in den Sternen. Was jedoch sicher ist: Die Blockchain Technologie, die das Herzstück der Kryptowährungen bildet, bringt erhebliche Potentiale mit sich, die den Bankensektor, den Immobilienmarkt, das Gesundheitswesen und vielleicht ja auch die Supply Chains von Grund auf verändern können.

2. Relevanz und Motivation

Die Blockchain Technologie ermöglicht etwas, was das Internet vorher nicht konnte. Sie ist dazu im Stande digitalen Wert zu kreieren. Wenn ich mir online eine PDF-Datei herunterlade und diese kopiere, dann ist es quasi unmöglich diese vom ursprünglichen Original zu unterschieden. Man kann im Internet digitale Information endlos duplizieren. So zum Beispiel auch im Falle Geld. Wer kontrolliert, dass ich die 50 Euro auf meinem Konto nicht zeitgleich an zwei verschiedene Personen geschickt und so einen Betrag doppelt ausgegeben habe? Zur Lösung dieses Problems brauchte man bis jetzt immer Mittelsmänner oder zentrale Instanzen, die den Austausch von Informationen und Werten kontrollieren. Die Blockchain hat die Möglichkeit mit Ihren Eigenschaften genau das zu verändern und aus einem Internet der Informationen ein Internet der Werte zu schaffen.

Viele Unternehmen wie IBM, Walmart, Amazon und Google investieren mit Hochdruck in Pilotprojekte, welche die Anwendungspotentiale der Blockchain Technologie weiter erforschen sollen. Die Anwendung der Technologie in den Supply Chains ist ein vielversprechender Use Case. Jedoch befindet man sich hinsichtlich der Erprobung und des Verständnisses der Innovation noch in den „Kinderschuhen“.

Gerade im Bereich der Anwendungen der Blockchain 2.0, welche über das Thema der Kryptowährungen hinausgehen, bedarf es noch an einiger Forschung. So auch im Fall der Supply Chains. Aufgrund eines Mangels an Literatur zu dieser Thematik auf der einen Seite und einer Notwendigkeit zur Erschließung der Potentiale und Problematiken der Technologie auf der anderen Seite, besteht Bedarf an explorativen Forschung in diesem Bereich. Deshalb beschäftigt sich die Bachelorarbeit mit der Erschließung von potentiellen Chancen für das Supply Chain Management bei der Implementierung der Blockchain Technologie. Zudem sollen die möglichen Herausforderungen, die bei der Integrierung auftauchen können, erörtert und so festgestellt werden, wo genau die Blockchain in den Supply Chains einen Mehrwert schafft.

2.1. Zielsetzung und Methode

Ziel der Bachelorarbeit ist es einen möglichst praxisnahen Einblick in die Welt der Wertschöpfungsketten samt ihren Prozessen und Strukturen zu gewinnen. Es soll erörtert werden, wo genau ein Verbesserungsbedarf in den Supply Chains besteht. Darüber hinaus soll evaluiert werden, ob eine Implementierung der Blockchain Technologie einen Mehrwert für die Ökosysteme in der Logistik bieten und, wenn ja, welche Attribute und Schlüsseleigenschaften der Blockchain eine besondere Relevanz haben. Es wird erwartet, dass sich hinsichtlich schon bestehender Systeme, sowie traditionell ausgerichteter Geschäftsmodelle, sich einzelne Akteure gegen die Einführung der Blockchain aussprechen werden. Die Technologie befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und ist noch nicht ausgereift, daher wird ebenfalls erwartet, dass noch viel Klärungsbedarf über den Einsatz in bestimmten Bereichen der Supply Chains besteht. Es wird erhofft, dass das Ergebnis der Forschungsarbeit eine Hilfestellung für zukünftige Entscheidungen von Unternehmen geben kann, um den Schritt hin zu Innovationen und neuen Lösungen zu vereinfachen. Sollten die Schlüsselaspekte der Blockchain sinnvoll in die Prozesse und Abläufe innerhalb der Logistikketten implementiert werden können, wird besonders in den Bereichen Transparenz, Vertrauensbildung zwischen Unternehmen und Umgang mit Ressourcen eine große Chance der Verbesserung gesehen.

Die für die Forschung relevanten Daten sollen mit der Hilfe einer Befragung in Form von Experteninterviews erhoben werden. Dies unterliegt der Grundannahme, dass eine Expertise von Personen, welche jahrelange Erfahrung im Bereich Logistik und Supply Chains besitzen und sich auf einem fortschrittlichen Wissensstand bei neuen Innovationen und Lösungen wie der Blockchain Technologie befinden, als Quellen von Spezialwissen dienen. Somit könnte dadurch ein Einblick in praxisnahe Projekte und präsente Schwierigkeiten im Forschungsgebiet geschaffen werden. Besonders durch den explorativen Charakter der Thematik wird nur eine qualitative Erhebung in Betracht gezogen.

Im folgenden Verlauf der Arbeit wird im Rahmen der theoretischen Herleitung eine umfangreiche Erklärung der Blockchain inklusive ihrer Funktionen und Anwendungen gegeben. Darauffolgend wird ein Bezug zum Supply Chain Management hergestellt. Dort werden die aktuellen Probleme aufgeführt, um so dem Leser den Bedarf an Veränderung in den Strukturen der Supply Chains zu verdeutlichen. Anschließend werden die möglichen Anwendungspotentiale der Blockchain im Supply Chain Management, die in der bisherigen Literatur gefunden werden konnten, vorgestellt. Im Kern der Arbeit wird die Methode der Experteninterviews sowie die Vorgehensweise bei der Datenerhebung, Durchführung und Auswertung zur Beantwortung der Forschungsfrage ausführlich beschrieben. Die gewonnenen Ergebnisse werden abschließend dargestellt und bezüglich der anfänglichen Erwartungen und Ergebnisannahmen diskutiert.

3. Grundlagen der Blockchain Technologie

In diesem Kapitel werden die technischen, auf kryptographischen Verfahren basierenden, Funktionsprinzipien der Blockchain und Distributed Ledger Technologien erläutert. Essentielle Aspekte, welche die Blockchain in ihrer Funktion ausmachen, müssen vorerst beschrieben und definiert werden, um sich so weiterführend mit der Thematik beschäftigen zu können. Ich beginne mit einer Definition und einer allgemeinen Einführung in die kryptgraphischen Grundlagen und den relevanten Eigenschaften, die diese Technologie mit sich bringt. Anschließend folgt sowohl eine Klassifizierung der Blockchain im Bereich der verschiedenen Anwendungsfelder sowie auch der verschiedenen Arten der Technologie. Dadurch wird ein Verständnis für den Fokus der Bachelorarbeit geschaffen. Die Begriffe Blockchain 2.0 sowie die Gegenüberstellung der Arten Permissoned Blockchain vs Public Blockchain spielen hier eine große Rolle in Bezug auf die Anwendung im Supply Chain Management. Der Leser soll dadurch einen groben Überblick erhalten und die wichtigsten Fachbegriffe kennenlernen. Das Alles dient als Grundlage, um später beschriebene Use Cases in ihrer Gesamtheit nachvollziehen und den im Interview erhobenen Gedankengängen der Experten im Ergebnisteil folgen zu können.

3.1. Allgemeine Grundlagen

Die Blockchain Technologie gehört zu der Gruppe der sogenannten Distributed Ledger Technologien gehört. Auf andere Arten von DLT´s wird nicht weiter eingegangen, da sie zur Beantwortung der Forschungsfragen keine weitere Relevanz haben. Die zitierten Quellen, welche als Unterstützung zur Erklärung der Blockchain Technologie dienen, basieren alle auf dem 2008 veröffentlichten Whitepaper von Satoshi Nakamoto „ Bitcoin: A Peer to Peer Electronic Cash System “ (Nakamoto, 2008, o.S.). Da diese Anleitung jedoch teilweise sehr kompliziert formuliert ist und zudem zu tief in die Materie und kryptographischen Grundlagen eindringt, wird eine Reihe von Sekundärliteratur hinzugezogen. Dies dient der Vereinfachung des theoretischen Sachverhalts.

3.1.1. Definition Blockchain

Um eine sinnvolle Definition und Erklärung der Blockchain-Technologie zu geben, dienen folgende zwei Zitate:

Technisch stellt die Blockchain ("Blockkette") eine dezentrale Datenbank dar, die im Netzwerk auf einer Vielzahl von Rechnern gespiegelt vorliegt. Die Authentizität der einzelnen Datenbankeinträge wird dabei durch einen aus dem Netzwerk hergestellten Konsensmechanismus sichergestellt. Aufgrund ähnlicher Charakteristika wird der Begriff „Distributed Ledger“ oftmals synonym verwendet, auch wenn nicht jeder Distributed Ledger unbedingt eine Blockkette verwendet (Mitschele, 2016, o.S.).

Oder auch

Eine Blockchain ist eine digitale Datei, in der dieselbe Information von allen Mitgliedern einer Gesellschaft abgespeichert und Updates in regelmäßigen Zeitblöcken an die bereits bestehende Information gehängt werden, sodass jeder Teilnehmer die gesamte Information besitzt und sich nicht auf andere verlassen muss (Hosp, 2018, S.42)

Um die Definitionen von Prof. Dr. Andreas Mitschele und Dr. Julian Hosp verständlicher und klarer zu machen, hilft es erst einmal den Unterschied zwischen Zentralen und Dezentralen Datenbanken zu veranschaulichen, wie er in Abbildung 1 dargestellt ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Zentrale vs dezentrale Datenbanken Quelle: Kryptologen- Das Blockchain Magazin

3.1.2. Zentrale Datenbanken

Zentrale Datenbanken verwenden eine Client-Server-Netzwerkarchitektur. Dort kann ein Benutzer, der in diesem Fall auch als Client bezeichnet werden kann, Daten ändern, die auf einem zentralen Server gespeichert sind.

Die Kontrolle über die Datenbank und damit auch die nachträgliche Veränderung sowie Löschung der eingetragenen Daten verbleibt bei einer bestimmten Institution oder dem Administrator (Blockchainwelt, 2018). Diese Systeme basieren, wie unschwer zu erkennen ist, auf dem Vertrauen in eine einzige zentrale Institution und sind hoch anfällig für die Korruption und Manipulierbarkeit von Daten. Ein überschaubares Beispiel eines solchen Systems wäre unser heutiges Bankensystem. In diesem kann jeder Client bzw. Kunde einer Bank Zahlungen an einen anderen Teilnehmer im Netzwerk versenden. Die jeweiligen Transaktionen werden aber nicht direkt von Person „A“ an Person „B“ transferiert, sondern müssen durch einen Intermediär, in diesem Fall die Bank, geprüft werden. Bisher waren solche Intermediäre bei Transaktionen von Daten unumgänglich, da beispielsweise Probleme wie das Double Spending anderweitig noch nicht gelöst werden konnten (Nakamoto, 2008). Im späteren Verlauf dieser Forschungsarbeit wird dies noch im Detail erläutert.

3.1.3. Dezentrale Datenbanken

Bei einer dezentralisierten Datenbank, auch Distributed Ledger System genannt, werden die Informationen, welche in dieser Datei enthalten sind, nicht nur von einer einzigen Person, Institution bzw. Instanz kontrolliert, sondern von allen Teilnehmern, die diesem Netzwerk angehören. Jeder besitzt quasi die gleichen Rechte an den Inhalten, die in der Datenbank abgespeichert wurden, und kann Informationen hinzufügen und verändern. Damit bei Neuerungen in der Datenbank alle Teilnehmer auf dem gleichen, einheitlichen Stand sind, wird die digitale Datei immer wieder aktualisiert. Dies geschieht nach bestimmten Regeln um Missverständnisse zu vermeiden (Hosp, 2018).

3.1.4. Funktionsweise der Blockchain

Die Daten bzw. Transaktionen in der Blockchain werden in regelmäßigen Zeitblöcken aktualisiert. Alle neuen Informationen, welche in einem Zeitabschnitt von beispielsweise 15 Minuten hinzugekommen sind, werden in einem Informationsblock zusammengefasst. Bevor dieser neue Block entstehen kann, muss sich die Mehrheit aller Teilnehmer auf die neuen Dateneinträge einigen. Dies wird über verschiedene kryptographische Konsensmechanismen gewährleistet, die im weiteren Verlauf noch ausführlicher beschrieben und erklärt werden. Ist ein Konsens kreiert worden, wird der neue Block an den vorherig entstandenen Block angehängt. Um eine Verbindung zwischen den Blöcken sowie eine lückenlose Datenspeicherung zu gewährleisten enthält der neu geschaffene Block einen Teil der Daten des vorherigen Blocks. So entsteht eine Kette von Blöcken, die eine Unveränderbarkeit der in der Vergangenheit gespeicherten Informationen und Transaktionen gewährleistet. Wenn man das Wort Blockkette ins Englische übersetzt entsteht so die Bezeichnung Blockchain (Voshmgir & Kalinov, 2017), (Drescher, 2017), (Hosp 2018).

3.1.5. Funktionsweise von Transaktionen im Blockchain-Netzwerk

Die ursprüngliche Idee hinter der Blockchain Technologie war es eine Plattform für digitale, dezentrale Zahlungsabwicklungen zu entwickeln (Nakamoto, 2008).

Einhergehend mit diesem Anwendungsgebiet tauchen oft die damit verbundenen Begriffe Bitcoin sowie andere sogenannte Kryptowährungen auf. Wie genau eine Transaktion im Blockchain Netzwerk abläuft, kann am besten am Beispiel der Transaktionen von Kryptowährungen erklärt werden.

„Dabei handelt es sich nicht um Geld, sondern um Verrechnungseinheiten, die aufgrund privatrechtlicher Vereinbarungen als Zahlungsmittel [eingesetzt werden können, ohne dass es dafür einer Genehmigung der Aufsichtsbehörden bedarf]“ (Brühl, 2017, S.135). In Abbildung 2. wird eine solche Transaktion zwischen zwei Personen (Institutionen) auf eine einfache Art und Weise erklärt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Blockchain Transaktion Quelle: McKinsey

3.2. Kryptografische Grundlagen

Die Kryptografie bildet die Basis der Blockchain Technologie. Sie sorgt für die Integrität der Blockchain sowie die Authentizität aller Daten, Transaktionen und Teilnehmer (Fraunhofer, 2017). Die Beschreibung der folgenden wichtigsten kryptografischen Merkmale sind an Hosp (2018) angelehnt und mit eigenen Worten vereinfacht erklärt. Zur Erklärung der einzelnen Aspekte ist eine Quelle vollkommen ausreichend, da die technologischen Mechanismen hinter der Blockchain Technologie nicht von Quelle zu Quelle variieren.

In der Blockchain sind zwei kryptographische Methoden von relevanter Bedeutung. Einerseits wird das sogenannte Hashing dafür verwendet, Informationen, die in der Blockchain gespeichert sind in eine Zahlen-Buchstaben Kombination zu verwandeln und diese damit zu verschlüsseln. Auf der anderen Seite werden Private-Public Key-Paare dafür genutzt um jeweils Regeln zu Berechtigungen der Dateneingabe zu bestimmen.

3.2.1. Hashing

Ein Hash ist ein mathematischer Algorithmus, welcher Information in eine zufällige, jedoch berechenbare Buchstaben-Zahlen-Kombination verschlüsselt. Diese Kombination hat eine vorab definierte Länge. Der Schlüsselaspekt des Hashing besteht darin, dass die Erschließung der Originalinformation hin zum Hash einfach zu berechnen ist. Rückwirkend von einem verschlüsselten Hash zurück zur Originalinformation zu gelangen ist jedoch unmöglich. Da der Algorithmus, der zur Berechnung eines Hashes genutzt wird, nach bestimmten Regeln funktioniert, entsteht durch die kleinste Abänderung der Originalinformation in der Blockchain ein komplett anderer Hash. Der Algorithmus Secure Hash Algorithm 256 ist der am häufigsten genutzte Algorithmus in der Blockchain. Er dient zum größten Teil zur Sicherung der Integrität der Daten. Folgendes Beispiel des SHA256-Hashes veranschaulicht, wie selbst die kleinste Veränderung des ursprünglichen Dokuments einen komplett anderen Hashwert erzeugt: „Ich bin Student an der Hochschule Fresenius“ d91426e5be8ff1171c338eef41caf2416f2ba9ca16f9551ee66354b2bebc3934 „Ich bin Student an der h ochschule Fresenius“ ef4faa07235774f53eb4f293159700f5d1a7ebe6529b26e8a0f1278cb958c8f9

Da in jedem neuen Zeitblock der Blockchain nicht nur ein, sondern mehrere neue Updates gleichzeitig stattfinden, werden alle entstandenen Hashes zu einem einzigen Hash zusammengefügt. Dies bezeichnet man dann als Merkle Root bzw. Block.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Vereinfachte Darstellung der Verkettung der einzelnen Blockchain-Blöcke Burgwinkel, D., Blockchaintechnologie und deren Funktionsweise verstehen, in: Daniel Burgwinkel (Hrsg.) Blockchain Technology, Berlin/Boston 2016, S.6

3.2.2. Verschiedene Schlüsselpaare

Wie schon bei der Erklärung der Blockchain-Technologie erwähnt, besitzt jeder Teilnehmer die gleichen Rechte. Um sicher zu stellen, dass man nicht einfach jede Information willkürlich verändern, erstellen und löschen kann, bedarf es einer weiteren kryptographischen Methode. Eine Zugangsberechtigung zu bestimmten Daten ist erforderlich. Wenn Person „A“ Kryptowährungen im Wert „X“ besitzt, sollte Person „B“ diese nicht versenden oder löschen dürfen.

Zur Verschlüsselung von Nachrichten werden in der Blockchain kryptographische Schlüsselpaare verwendet. Diese bestehen aus einem Private Key und einem dazugehörigen Public Key, welcher ähnlich der Hashfunktion, mathematisch aus dem privaten Schlüssel generiert wird. Einfach ausgedrückt dient der Public Key zur Verschlüsselung von Information und der Private Key zur Entschlüsselung. Man kann das Ganze mit einer E-Mail Adresse und dem dazugehörigen Passwort oder auch einem Bankkontonummer und dem dazugehörigen Pin vergleichen. Von einem Public Key rückwirkend auf den Private Key zu schließen ist nicht möglich. Person „A“ schickt also Geld oder eine andere digitale Information an den Public Key von Person „B“, dieser Public Key ist für jeden Teilnehmer einsehbar und kann die Nachricht von Person „A“ verschlüsseln. Quasi ähnlich eines Postfaches bei dem die Adresse bekannt ist, jedoch kann dieses nur von der Person mit dem dazugehörigen Private Key geöffnet werden.

Verknüpft man die beiden kryptografischen Methoden des Hashing und der Schlüsselpaare miteinander, wird dafür gesorgt, dass jeder Teilnehmer Information kreieren und verschlüsseln kann, aber nur derjenige, mit dem jeweiligen Private Key diese bearbeiten kann.

3.2.3. Konsensmechanismen

Damit in der Blockchain ein neuer Block entstehen kann bzw. ein Update der Daten stattfindet, müssen 51 Prozent der Teilnehmer diesen zustimmen und die neuen Einträge in die Datenbank übernehmen. Es muss ein Konsensus kreiert werden. Im Folgenden werden die zwei populärsten Mechanismen für ein faires und dezentrales System vorgestellt.

3.2.3.1. Proof of Work

Konsensuskreierung in einem dezentralen System muss per Definition etwas kosten, um alle Teilnehmer dazu zu bringen , durch einen optimalen Konsensus-Algorithmus die bestmögliche Realität abzuspeichern.“ (Hosp, 2018, S. 58)

Proof of Work ist der Konsens-Mechanismus hinter der wohl bekanntesten Kryptowährung Bitcoin und heißt ins Deutsche übersetzt, Beweis durch Arbeitsleistung. Um einen Block zu kreieren muss bei dieser Methode eine Matheaufgabe per Rechenleistung eines Computers ausgerechnet werden. Dafür wird ein zufälliger Hash- Wert in seine Originalinformation zurückgerechnet. Dieser Vorgang wird als Mining bezeichnet. Derjenige Miner, der als erstes mit seinem Rechner diese Matheaufgabe löst, darf einen neuen Block der Blockkette hinzufügen. Dieser wird von allen anderen Teilnehmern geprüft und bestätigt. Das Lösen dieser Hashes verbraucht viel Energie bzw. Rechnerleistung. Deshalb wird derjenige Miner, der als erstes damit fertig ist, mit einem digitalen Wert vergütet. Im Falle der Bitcoin Blockchain mit der Kryptowährung Bitcoin. Diese Methode stößt in vielerlei Hinsicht auf Kritik, denn laut einem Artikel der Zeit (Boeing, 2018) wird behauptet, dass die etwa 12.000 Knotenrechner zusammen so viel Strom verbrauchen wie Nigeria, ein Land mit 186 Millionen Einwohnern. Zudem soll es Probleme mit der Skalierbarkeit geben. In anderen Worten können bisher am Beispiel von Bitcoin zu wenige Transaktionen pro Sekunde auf dem Netzwerk durchgeführt werden.

3.2.3.2. Proof of Stake

Eine Alternative zu diesem Mechanismus ist derzeit der Konsens durch Proof of Stake. Hierbei werden Kryptowährungen oder andere digitale Werte der Teilnehmer in einer Wallet (Konto) im Netzwerk vorgehalten. Man beteiligt sich also als User an der Validierung der abgewickelten Transaktionen mit dem jeweilig eigenen Vermögen. Als Belohnung erhält jeder Anleger einen gewissen Betrag ähnlich dem Prinzip der altbekannten Zinsen. Je mehr Wert man dem Blockchain System zur Verfügung stellt, desto mehr wird man dafür vergütet. Das Problem hier ist, dass die Reichen dadurch immer reicher werden und die Armen immer ärmer (Antonopolous, 2017). Da sich die Blockchain noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, wird noch an einem möglichst fairen und energiesparenden Konsensmechanismus gesucht.

3.3. Blockchain Klassifikation Public vs Private Blockchain

Es gibt zwei Arten von Blockchains, welche sich hauptsächlich in ihrer Zugangsberechtigung unterscheiden. Es gelten also unterschiedliche Regeln dafür, wer die Dateneinträge in einer Blockchain lesen, gestalten und über Konsensmechanismen verifizieren darf.

3.3.1. Public Blockchain

Bei dieser Art von Blockchain ist jede Art von Transaktion und Information offen und frei zugänglich für jeden Teilnehmer. Jeder kann diesem Netzwerk beitreten und Dateneinträge erstellen. Zudem haben die Nutzer die Möglichkeit anonym zu bleiben. Das bekannteste Beispiel für diese Art von Blockchain ist die Kryptowährung Bitcoin sowie die Ethereum Plattform. In manchen Fällen wird dieser Typ Blockchain auch Permissionless Blockchain genannt.

3.3.2. Permissioned Blockchains

Dieser Art von Blockchain kann nur mit einer Zugangsberechtigung, beziehungsweise einer Einladung beigetreten werden. Die Blockchain wird entweder von einem Konsortium (consortium Blockchains) oder auch einem einzelnen Unternehmen kontrolliert (private Blockchain).

Die folgende Abbildung veranschaulicht die Gegenüberstellung der beiden Arten nochmals genauer.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Public vs. Permissioned Blockchain Quelle: xsolera

3.4. Schlüsseleigenschaften der Blockchain Technologie

Um den Nutzen und die Anwendbarkeit der Blockchain besser verstehen zu können und die Unterschiede zu zentralen Systemen kenntlich zu machen, fassen Yli-Huumo et al (2016), Gupta (2017) und Iansiti & Lakhani (2017) die Schlüsselaspekte der Blockchain wie folgt auf:

- Verzicht auf Intermediäre: Da die Blockchain zu einem sogenannten Peer-to- Peer System gehört, kann die Abhängigkeit von Mittelsmännern oder Kontrollinstanzen (Bsp. Bank, Zertifizierer) reduziert oder sogar ganz darauf verzichtet werden.
- Transparenz: Die Dateneinträge in der Blockchain sind für jeden Teilnehmer dieser einsehbar, zudem können Informationen nicht von einer einzelnen zentralen Instanz verändert werden. Das wiederum schafft Vertrauen zwischen verschiedenen Parteien und reduziert die Anfälligkeit für Betrug.
- Sicherheit: Die in der Blockchain verankerten Computeralgorithmen sorgen für eine zeitgestempelte, chronologische Dateneingabe, welche unveränderbar, permanent und schwer zu hacken ist.
- Prozessautomatisierung: Die Blockchain kann automatische Transaktionen zwischen einzelnen Knotenpunkten ausführen, wie zum Beispiel Zahlungen. Diese werden durch als Software aufgesetzte Verträge bewerkstelligt, auch Smart Contracts genannt. Jene werden ausgeführt, wenn bestimmte Konditionen erreicht werden.

3.5. Anwendungsbereiche der Blockchain

M. Swan (2015) unterteilt und beschreibt die Anwendungsbereiche der Blockchain in drei Kategorien, welche sich von ihrer Funktion her voneinander unterscheiden und chronologisch aufeinander aufbauen.

3.5.1. Blockchain 1.0

3.5.1.1. Kryptowährungen

Die erste Kategorie der Blockchain Anwendungen behandelt das Thema Kryptowährungen. Bitcoin, die wohl bekannteste Kryptowährung kann auch als digitales Geld bezeichnet werden. Bisher bestand das Problem, dass eine digitale Währung, aber auch jedes andere digitale Gut unbegrenzt kopierbar war. Die Einzigartigkeit eines Vermögensgegenstands konnte nicht gewährleistet werden. Ohne Intermediär, wie beispielsweise eine Bank gab es keine Garantie, dass transferiertes Geld nicht bereits zweimal ausgegeben worden war. Dieses Problem bezeichnet man als Double Spending Problem. Bitcoin und andere Altcoins versuchen dieses Problem mit Hilfe der Blockchain zu lösen (Swan, 2015).

3.5.1.2. Token

Ein Token repräsentiert ein Digital Asset, auf deutsch einen digitalen Vermögenswert oder auch Gegenstand in der Blockchain. Token unterscheiden sich von Kryptowährungen in ihrer Beschaffenheit. ein Token unterscheidet sich von einem Coin wie beispielsweise Bitcoin, indem er nicht ein fester Bestandteil einer Blockchain ist, sondern auf ihr aufbaut (Özbek, 2019). Anstatt als reines Zahlungsmittel verwendet zu werden, kann ein Token für verschiedene Zwecke genutzt werden.

Utility Token (Verwendungstoken): Diese gewähren einen Zugang zu einer Dienstleistung in einer Blockchain. Häufig werden diese zur Nutzung von Services in dezentralen Applikationen genutzt (Hosp, 2018).

Security Token (Wertpapiertoken): Diese Token beziehen ihren Wert aus einem externen, handelbaren Vermögenswert. Also eine Art digitaler Anteilsschein an einem Unternehmen (Hosp, 2018).

Equity oder Asset Token: Repräsentieren Werte aus der realen Welt. Man könnte es auch als die Schnittstelle zwischen physischen Gütern und deren Projizierung in der digitalen Welt betrachten. Diese Art von Token hat einen großen Wert für die Supply Chain, da so jegliche Vermögensgegenstände von Lkws, Produktteilen und ganzen Produkten in der Blockchain dargestellt werden können (Ernst & Young, 2017).

3.5.2. Blockchain 2.0 – Smart Contracts

Das Prinzip der Smart Contracts besteht schon seit dem Jahr 1997 und kann als eine Art Vertrag auf Software Basis definiert werden. Auf diesem können unterschiedlichste Vertragsbedingungen festgelegt werden. Eine spezielle Eigenschaft des Smart Contracts ist es, eine automatische Aktion auszuführen, wie beispielsweise eine Auszahlung. Diese würde dann erfolgen, wenn ein bestimmter Auslöser vorliegt. Oftmals ist dies die Erfüllung bestimmter Konditionen, die gerade in dem jeweilig aufgesetzten Vertrag festgelegt sind. (Mitschele, o.J.) Bei Smart Contracts, die in der Blockchain aufgesetzt wurden, sieht dies wie folgt aus: Die entsprechenden Skripte mit den Vertragsdetails werden in einer ausgewählten Adresse in der Blockchain abgespeichert. Werden die festgelegten Konditionen im Vertrag erfüllt, erfolgt eine Transaktion an genau diese Adresse. Dadurch wird die Ausführung des Vertrages veranlasst (Tuesta et al. 2015).

Smart Contracts besitzen ein breites Spektrum von Einsatzmöglichkeiten. Diese erstrecken sich über einfache Varianten, wie das automatische Ausführen von Zahlungen bis zum autonomen Verschließen der Haustür, im Falle das eine Miete nicht rechtzeitig gezahlt wurde. Der Veranschaulichung dient der Vergleich mit einem Pfandflaschenautomaten. Durch das Einwerfen der Pfandflaschen und das anschließende Registrierung dieser durch den Automaten wird dem Kunden automatisch ein Bon im Wert der eingeworfenen Flaschen erstattet. So ähnlich funktioniert auch das Prinzip der Smart Contracts. Sie könnten menschliche Interaktionen überflüssig machen, indem digitale Verträge durch Algorithmen durchgesetzt, verifiziert, aber auch gehemmt werden (Swanson, 2014). Darauf aufbauend entstehen aktuell weitaus komplexere Anwendungsfelder wie DApps (Dezentrale Applikationen) und DAO´s (Dezentrale Autonome Organisationen).

3.5.3. Blockchain 3.0 – DAPPS und DAOs

Dezentralisierte Applikationen (DApps) sind Anwendungen, welche über ein Peer to Peer Netzwerk laufen Wir erinnern uns, Blockchain ist eine spezielle Form eines P2P Systems. DApps funktionieren so, dass sie nicht von einer einzigen Instanz kontrolliert werden können (Voshmgir & Kalinov, 2017). Die meisten Menschen kennen den Begriff Applikation im Zusammenhang mit einer Software. Der Großteil dieser Software Applikationen verfolgt den Ansatz eines zentralisierten Server-Client-Models. Diese kontrollieren sowohl jede individuelle Einheit, als auch den Informationsfluss der Anwendung von einem zentralen Server. Einige Beispiele für Firmen, die eine solch ein Modell nutzen sind Facebook, Google, Amazon, etc. .

Im Vergleich dazu haben wir in Form von dezentralen Apps ein System, indem jeder Knotenpunkt bzw. Teilnehmer dem anderen gleich gestellt ist (Raval, 2016). Zusätzlich können DApps mit Hilfe von Smart Contracts auf eine Blockchain zugreifen und somit dezentrale Systeme regeln (Voshmgir & Kalinov, 2017).

Eine DAO kann als die bisher komplexeste Form einer Smart Contract Anwendung gesehen werden. Hier werden die Statuten der dezentralisierten Organisation in einem Code des Smart Contracts festgehalten. Die Idee einer dezentralisierten Organisation ist es, anstatt einer hierarchisch festgelegten Struktur, welche von einer Interaktion von Menschen ausgeht um Entscheidungswege zu kontrollieren, sich dezentral über ein Blockchain Protokoll zu koordinieren. Somit tragen alle Stakeholder im Netzwerk die gleiche Verantwortung (Voshmgir & Kalinov 2017).

Die folgende Abbildung visualisiert den Vergleich von traditionell hierarchischen Organisationen zu dezentralen Organisationen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Disrupting Organizations with Blockchain Tokens Quelle: Blockchianhub

4. Blockchain im Supply Chain Management

Im folgenden Kapitel werden die zunehmend aufkommenden Probleme im Supply Chain Management aufgezeigt, aus denen ein Bedürfnis nach Innovation abgeleitet werden kann. Darauf aufbauend können potentiell disruptive Anwendungspotentiale der Blockchain aufgeführt werden, welche aus bisherigen Fachartikeln, Studien und Use Cases herausgefiltert wurden. Der Leser kann nun durch erweiterte Kenntnisse der Blockchain aus dem vorherigen Kapitel ein besseres Verständnis für die aufgeführten Themenkomplexe entwickeln. Auf die allgemeinen Grundlagen des Supply Chain Managements wird abgesehen von einer Definition nicht weiter eingegangen. Ein grundlegendes Fachwissen ist daher vorausgesetzt, zudem würde es den inhaltlichen Rahmen der Forschungsarbeit sprengen. Abschließend werden noch einige Use Cases verschiedenster Unternehmen vorgestellt, welche an der Implementierung der Blockchain Technologie in unterschiedlichen Branchen und Anwendungsgebieten im Logistikbereich arbeiten. Damit kann ein praktischer Bezug zur Forschungsfrage hergestellt werden um danach fließend in den empirischen Teil der Arbeit überzugehen.

4.1. Problemfelder des Supply Chain Management

“Supply Chain Management bezeichnet den Aufbau und die Verwaltung integrierter Logistikketten (Material- und Informationsflüsse) über den gesamten Wertschöpfungsprozess, ausgehend von der Rohstoffgewinnung über die Veredelungsstufen bis hin zum Endverbraucher.“ (Lackes, 2018, o.S.)

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Details

Titel
Blockchain Technologie. Chancen und Herausforderungen bei der Implementierung im Supply Chain Management
Autor
Jahr
2019
Seiten
80
Katalognummer
V506078
ISBN (eBook)
9783346068286
ISBN (Buch)
9783346068293
Sprache
Deutsch
Schlagworte
blockchain, technologie, chancen, herausforderungen, implementierung, supply, chain, management
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Nils Wilhelm (Autor), 2019, Blockchain Technologie. Chancen und Herausforderungen bei der Implementierung im Supply Chain Management, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/506078

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