Die vorliegende Bachelorarbeit gibt einen Überblick über das bekannteste Blockchain Beispiel Bitcoin und stellt die Funktionsweise und Auswirkungen der Blockchain Technologie für die Fahrzeugbedatung bei einem großen Hersteller heraus.
Seit der Erfindung von Bitcoin als digitale Währung im Jahr 2008 von Satoshi Nakamoto hat sich die zugrunde liegende Blockchain-Technologie zu einem hoch interessanten Thema entwickelt. Die Blockchain-Technologie verspricht manipulationssichere Daten zu tragen, da die Liste der Datensätze ständig wächst und kryptographisch verbunden ist. Blockchain Datenbanksysteme findet mit dem Ansatz des distributed ledgers in einem Peer-to-Peer Netzwerk mit Hilfe von einem Konsensverfahren und Smart Contracts hohen Anklang für die Finanzindustrie, jedoch auch für andere geeignete Anwendungsfälle.
Im Rahmen dieser Arbeit werden zunächst die essentiellen, technischen Grundlagen der Kryptografie und Dezentralisierung unter anderem am Beispiel der führenden Kryptowährung Bitcoin untersucht. Anschließend wird der aktuelle Stand der Fahrzeugbedatung des Unternehmens betrachtet und eine Gegenüberstellung mit dem Ansatz der vom Autor entwickelten Blockchain Technologie evaluiert, um das System manipulationssicherer, transparenter und zukunftsorientierter zu machen, um zusätzlich externen Auditoren wie zum Beispiel Polizei, Zoll oder Versicherung die Zugriffsmöglichkeit zu geben, die Unveränderbarkeit und Transparenz des Fahrzeugdatenfiles zu gewährleisten. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden für die Fahrzeugbedatung des Herstellers mit dem Einsatz der Blockchain Technologie angewandt und durch eine Implementierung des distributed ledgers mit der Plattform Hyperledger Fabric auf dem Kubernetes Cluster technisch entwickelt.
Diese Bachelorarbeit soll das Grundkonzept für weitere Blockchain-Projekte bei diesem Unternehmen diesenn, um abschließend den gesamten Software-Supply-Chain Lifecycle abzudecken. Zusammengefasst wird dabei die Erkenntnis gewonnen, mit der Notarisierung von integrierten Artefakten in Fahrzeugen mittels der Blockchain Technologie eine zukunftsfähige und geeignte Methode zur Absicherung der neuen und hochen technischen Anforderuhgen erfüllen zu können.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Begriffsabgrenzung
1.3 Forschungsfrage
2. Grundlagen der Blockchain Technologie
2.1 Distributed Ledger Technology
2.2 Hash Funktion
2.3 Digitale Signaturen
2.4 Überblick Blockchain anhand des Beispiels Bitcoin
2.4.1 Funktionsweise der Bitcoin-Blockchain
2.4.1.1 Akteur Node
2.4.1.2 Akteur Miner
2.4.1.3 Akteur Transakteur
2.4.2 Konsensverfahren
2.4.3 Chancen und Risiken
2.5 Alternativen für die Nutzung der Blockchain Technologie
2.5.1 Konsensverfahren
2.5.2 Smart Contracts
2.5.3 Implementationen
2.6 Anwendung der Blockchain
3. Related Work
4. Systembeschreibung von Einer Autofirma
4.1. Software und Fahrzeugdatenfile Bedatung
4.2. Update des Fahrzeugdatenfiles über die Werkstatt
4.3. Update des Fahrzeugdatenfiles über OTA
5. Darstellung des Einsatzes der Blockchain Technologie
5.1 Prozessablauf für die erfolgreiche Überprüfung einer FDF
6. Technische Umsetzung des Konzepts
6.1 Funktionalitäten der Nodes
6.2 Hyperledger Fabric
6.2.1 Chain Codes
6.2.2 Rollen
6.2.3 Transaktionsfluss
7. Fazit
7.1 Zusammenfassung
7.2 Future Work
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das Potenzial der Blockchain-Technologie zur Absicherung von Fahrzeugdaten (FDF) innerhalb der Prozesskette einer Autofirma, um Integrität, Transparenz und Sicherheit bei Updates über Werkstätten oder Over-The-Air (OTA) zu gewährleisten.
- Grundlagen der Blockchain-Technologie und Distributed Ledger.
- Analyse bestehender Sicherheitsmechanismen und Schwachstellen bei Fahrzeugdaten.
- Konzeption eines hybriden Blockchain-Ansatzes (Hyperledger Fabric).
- Technische Implementierung zur Notarisierung von Fahrzeugdatenfiles.
- Proaktive Detektion von Manipulationen durch Auditor-Nodes.
Auszug aus dem Buch
2.1 Distributed Ledger Technology
Übersetzt man distributed ledger auf deutsch, so stellt sich heraus, dass DL das deutsche Pendant zu einem dezentralen Kassenbuch ist. Die Besonderheit gegenüber einem klassischen Kassenbuch liegt darin, dass es nicht von einer zentralen Einheit (wie z.B. PayPal) verwaltet wird, sondern von einem verteilten Netzwerk, das Transaktionen verifiziert und einen Intermediär mittels Kryptographie überflüssig macht. Ihre bisher größte Verbreitung hat die DLT als distributed Ledger für Transaktionen der virtuellen Währung Bitcoin erfahren. Wie in Kapitel 1.1 beschrieben, untersucht die Bachelorarbeit den Anwendungsfall der Fahrzeugbedatung mit dem Einsatz eines distributed ledger Systems. Die Anwendung der DLT bei der Fahrzeugbedatung unterscheidet sich in vielen Eigenschaften von der Anwendung als distributed ledger für Bitcoin. Die public Bitcoin Blockchain ist ein permissionless System, an dem sich jeder beteiligen und Transaktionen verifizieren kann. Ein System für Eine Autofirma wird hingegen permissioned und nicht für alle Personen zugänglich sein. Lediglich autorisierte Teilnehmer, wie bereits existierende Vertragswerkstätten, interne Mitarbeiter und öffentlichen Institutionen (z.B. Versicherung, Polizei, Zoll) wird der Zugriff auf die implementierte hybride Blockchain zu gewährleisten, dass die Transaktionen sicher in die Blockchain gespeichert sind und Manipulationen der Software im Fahrzeug festzustellen ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Motivation und Forschungsfrage zur Notarisierung von Fahrzeugdaten mittels Blockchain.
2. Grundlagen der Blockchain Technologie: Einführung in Distributed Ledger, Kryptographie und das Beispiel Bitcoin.
3. Related Work: Übersicht über bestehende Blockchain-Projekte in anderen Industriezweigen.
4. Systembeschreibung von Einer Autofirma: Detaillierte Betrachtung der bestehenden IT-Infrastruktur und Update-Prozesse für Fahrzeugdaten.
5. Darstellung des Einsatzes der Blockchain Technologie: Konzeptentwicklung zur Absicherung von Fahrzeugdatenfiles in einer hybriden Blockchain-Umgebung.
6. Technische Umsetzung des Konzepts: Konkrete Implementierung mittels Hyperledger Fabric, inklusive Chaincode und Transaktionsfluss.
7. Fazit: Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick auf zukünftige Anwendungsszenarien.
Schlüsselwörter
Blockchain, Distributed Ledger Technology, Bitcoin, Ethereum, Fahrzeugbedatung, Block Header, Digitale Signaturen, Distributed Consensus, Hash Pointer, Hash Tree, Mining, Peer-to-Peer Network, Proof-of-Work, Hyperledger Fabric, Kubernetes
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Absicherung von Fahrzeugdatenfiles (FDF) bei einer Autofirma durch den Einsatz der Blockchain-Technologie, um Manipulationen entlang der Prozesskette zwischen Engineering, Produktion und Service zu verhindern.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Schwerpunkte liegen auf der Distributed Ledger Technology, den Grundlagen der Blockchain, der spezifischen IT-Architektur von Fahrzeugsoftware-Updates und der Implementierung eines hybriden Blockchain-Konzepts.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist es, ein Notarisierungskonzept zu entwickeln, das eine manipulationssichere Überprüfung von Fahrzeugdaten durch ein verteiltes System ermöglicht und so die Sicherheit gegenüber Third-Parties erhöht.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es erfolgt eine theoretische Fundierung durch Literatur- und Technologieanalyse sowie eine praxisnahe Systemkonzeption und prototypische technische Umsetzung mittels Hyperledger Fabric.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Erläuterung der technologischen Grundlagen, die Ist-Zustand-Beschreibung der Autofirma, die Konzeption einer hybriden Blockchain-Lösung sowie deren technische Realisierung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Blockchain, Distributed Ledger Technology, Fahrzeugbedatung, Hyperledger Fabric, Smart Contracts und Proof-of-Authority.
Wie unterscheidet sich die Anwendung der Blockchain hier von der bei Bitcoin?
Im Gegensatz zur öffentlichen, permissionless Blockchain von Bitcoin wird hier ein privates bzw. hybrides, permissioned Netzwerk genutzt, bei dem nur autorisierte Akteure Zugriff erhalten.
Warum wurde Hyperledger Fabric als Plattform gewählt?
Hyperledger Fabric wurde aufgrund seiner modularen Architektur, der Eignung für unternehmensorientierte Anwendungen und der Möglichkeit zur Implementierung von spezifischen Chaincodes gewählt.
Was passiert bei einem Manipulationsversuch der Fahrzeugsoftware?
Durch den Vergleich der in der Blockchain gespeicherten Hashes mit den Daten im Fahrzeug kann eine Manipulation proaktiv durch Auditoren detektiert und an die Autofirma gemeldet werden.
- Quote paper
- Maximilian Linner (Author), 2019, Wie gelingt eine sichere Datenübertragung innerhalb der Produktionskette? Der Einsatz hybrider Blockchain in der Fahrzeugindustrie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/510897
