Blockchain – Entwicklung bis heute

Einleitung

Am 30.11.2016 wird Corda Open Source. Corda ist ein großes Blockchain-Projekt, das von einem Konsortium von mehr als 70 Unternehmen gestartet wurde, um Finanzgeschäfte in einer Blockchain abzubilden. Corda wird an Hyperledger übergeben, einem Projekt der Linux Foundation, das von mehr als 100 Organisationen unterstützt wird, darunter IBM, J. P. Morgan und Airbus. Dessen Ziel ist es, die Blockchain-Technologie voranzubringen und branchenübergreifende, offene Standards zu schaffen, um die Art und Weise zu transformieren, mit der bisher Geschäftstransaktionen global getätigt wurden.

Das nehme ich zum Anlass, um einen kurzen Überblick über die wesentlichen Entwicklung von Blockchain-Technologie von ihren Anfängen bis heute zu geben. Diese Entwicklung zeigt, dass Unternehmen sich Gedanken machen sollten, in welcher Form diese Entwicklung Einfluss auf ihre Businessmodelle hat und ob sich Handlungsbedarf für sie ergibt.

Hintergrund

Blockchain ist eine Art von verteiltem Hauptbuch oder Register (engl. Ledger), in dem Transaktionen sequentiell in Blöcke gruppiert werden. Dazu werden Blöcke durch Speichern eines Hash Pointers auf den Vorgängerblock verkettet. Ein Hash Pointer ist ein kryptographisch vor Manipulation geschützter Verweis auf den Vorgängerblock. So wird sichergestellt, dass Blöcke und damit Transaktionen nicht nachträglich geändert werden können (siehe Grafik). Die verketteten Blöcke werden unveränderlich in einem Peer-to-Peer-Netzwerk aufgezeichnet, wobei kryptographische Vertrauens- und Sicherheitsmechanismen verwendet werden. Abhängig von der Implementierung können Transaktionen programmierbares Verhalten beinhalten.

Blockchain nahm 2009 ihren Anfang mit Bitcoin, der bekanntesten von inzwischen 640 sogenannter Kryptowährungen mit einer Marktkapitalisierung von insgesamt 13,5 Mrd. US-Dollar. Hier dient die Blockchain zur Speicherung von Transaktionen zur Übertragung von Bitcoins.

blockchain

Quelle: Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, Satoshi Nakamoto

Tatsächlich speichert diese Blockchain aber keine Daten, sondern einfache Programme, mit der verschiedene Transaktionen realisiert werden können. Diese ermöglichen neben der Übertragung von Bitcoins auch andere einfache Anwendungen. Die Möglichkeiten der hierfür verwendeten Programmiersprache sind allerdings sehr beschränkt.

Aus der Idee, diese Programmiersprache in seiner Mächtigkeit zu erweitern, ergaben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, die weit über die reine Übertragung von digitalen Vermögensgegenständen hinausgehen. Mit Ethereum wurde 2014 eine crowd-finanzierte Plattform geschaffen, die das Ausführen allgemeiner Programme ermöglicht. Diese Skripte werden an einer bestimmten Adresse in der Blockchain gespeichert. Wenn eine entsprechende Transaktion an diese Adresse gesendet wird, führt eine auf jeden Knoten verteilte virtuelle Maschine dieses Programm auf Basis der Daten aus, die mit der Transaktion gesendet wurden.

Smart Contracts

Smart Contracts sind solche Programme, die das Abbilden und die Abwicklung von Verträgen in der Blockchain ermöglichen. Die Vertragspartner interagieren direkt mit dem Smart Contract über die Blockchain, Vermittler wie Notare, Anwälte, Börsen oder Banken werden nicht mehr benötigt.

Damit können vielfältige Anwendungen als Smart Contract abgebildet werden:

  • Zugang zu physischen Gegenständen durch Management von Schlüsseln z. B. für Mietautos, Schließfächern, Wohnungen und Hotels
  • Nicht veränderbare Dokumentation von Daten für Dritte, z. B. Handelspapiere, GPS-Daten, Genomdaten, Krankenakten, Produktionsdaten
  • Nachweis von Urheberrechten, Markenrechten, Rechten an Domains und Lizenzen
  • finanzielle Instrumente wie Handelspapiere, Anleihen und Derivate
  • Abschluss und Abwicklung von Treuhandverträge
  • Notarielle Einträge ohne Notare, z. B. für Grundstückseigentum
  • direkte Vergabe von Krediten, Vermietung von Wohnungen, Bereitstellung von Dienstleistungen etc.

Aber auch Smart Contracts sind Grenzen gesetzt. So gibt es im Hinblick auf die Anbindung an Services außerhalb der Blockchain, dem Erzwingen von Zahlungen und der Handhabung vertraulicher Daten auf der Blockchain noch Klärungsbedarf.

Mit diesen Programmen können aber auch komplexe rechtliche Gebilde, bis hin zu ganzen Organisationen, in der Blockchain abgebildet werden. So wurde im Mai 2016 auf der Ethereum-Blockchain eine dezentrale, autonome, menschenlose Organisation mit dem Namen “DAO” geschaffen. DAO ist mit 168 Mio. US-Dollar das bisher größte Crowdfunding-Projekt überhaupt. Die an diesem Crowdfunding beteiligten Personen haben entsprechend ihrem finanziellen Beitrag Stimmrechte für Entscheidungen erhalten, wie z. B. die Vergabe von Aufträgen und Investitionen auf Basis von Smart Contracts. Diese werden von DAO mit der Kryptowährung Ether getätigt, Abstimmungen erfolgen per eVoting auf der Blockchain. Allerdings haben darauf folgende Kritiken und die Ereignisse im Juni 2016, bei denen durch einen Hackerangriff 41 Mio. Euro abgezweigt wurden, auch viele damit verbundene Probleme aufgezeigt.

Skalierbarkeit

Sowohl die Bitcoin- und die Ethereum-Blockchain sind öffentliche, dezentrale Datenbanken, bei denen die Identität der Benutzer weder bekannt noch beschränkt ist. Um Manipulationen der Blockchain zu verhindern, kommt bei beiden das zeit- und ressourcenintensive Proof-of-Work-Verfahren zum Einsatz. Dies führt zu einer Beschränkung der Transaktionsgeschwindigkeit auf aktuell 3 - 20 Transaktionen pro Sekunde. Zum Vergleich:  Das System von Visa ermöglicht 2.000 - 56.000 Transaktionen pro Sekunde, Internet-of-Things-Anwendungen benötigen darüber hinaus gehende Transaktionsgeschwindigkeiten.

Die geringe Transaktionsgeschwindigkeit stellt ein großes Problem für öffentliche Blockchains dar. Mit Konzepten wie dem Lightning Network für Blockchain und dem Raiden Network für Ethereum soll das Problem aber in Zukunft gelöst werden.

Öffentliche und private Blockchains

Als Alternative zu dem Ansatz der öffentlichen Blockchain wurden verschiedene Blockchains geschaffen, bei denen die Transaktionen durch vertrauenswürdige Instanzen validiert werden. Dies kann auch dadurch erreicht werden, dass der Zugriff auf die Blockchain selbst auf eine kleinere Zahl vertrauenswürdige Benutzer eingeschränkt wird. Solche Blockchains werden als private Blockchains bezeichnet und ermöglichen die Vergabe von Zugriffsrechten auf die Blockchain. Blockchains ohne Beschränkung des Zugriffs heißen entsprechend öffentliche Blockchains. Man kann dies mit einem Intranet im Gegensatz zum dem Internet vergleichen. Ripple (2013) und Blockstream (2014) sind Beispiele für Unternehmen, die private Blockchain-Plattformen anbieten. R3 und Monax/Eris Industries, aber auch Ethereum bieten private Blockchains für den Einsatz innerhalb von Unternehmen an.

Öffentliche Blockchain Private Blockchain
Zugriff Offener Schreib- und Lesezugriff Berechtigungen für Schreib- oder Lesezugriff
Geschwindigkeit Langsamer Schneller
Sicherheit Proof-of-Work/Proof-of-Stake vorab festgelegte Nutzer
Identität Anonym/Pseudonym Bekannte Identitäten

Quelle: Crisp Research 2016

Blockchain as a Service

Zudem bieten IBM, Microsoft mit Ethereum und Deloitte Blockchain-as-a-Service an, mit denen wohl vor allen Dingen die Nutzung von Blockchain-Technologien vereinfacht werden soll.

Anwendungen

Finanzindustrie

Ursprüngliche Ideen zur Anwendung von Blockchain-Technologien setzten sich insbesondere mit der Möglichkeit auseinander, durch dezentrale Verarbeitung von Transaktionen Intermediäre überflüssig zu machen, wie z. B. traditionelle Banken, Zahlungsverkehrdienstleister und Börsen. Inzwischen habe aber gerade Anwendungen bei diesen Intermediären die größte Reife entwickelt, mit den Kosten gesenkt werden sollen. So schätzt die Bank Santander das Potenzial für die Kostensenkung im Zahlungsverkehr auf 15-20 Mrd. US-Dollar jährlich.

  • Mehr als 70 Unternehmen haben sich im Corda-Konsortium zusammengeschlossen, um Transaktionen in der Finanzindustrie abzubilden, um eine private Blockchain für den Einsatz in der Finanzindustrie zu schaffen.
  • Die beiden größten Kreditkartenunternehmen haben kürzlich über ihre geplanten Blockchainaktivitäten informiert. Visa teilte im Oktober 2016 mit, dass gemeinsam mit dem Startup Chain der Einsatz einer Blockchain geplant sei, um den internationalen Zahlungsverkehr zu vereinfachen. Im November 2016 informierte Mastercard über den experimentellen Einsatz von Blockchain-Technologie.
  • Es wird erwartet, dass im nächsten Jahr amerikanische Finanzunternehmen den Schritt von Proof-of-Concepts zu ersten, eingeschränkten Rollouts von Blockchain-Anwendungen vollziehen werden.

Supply Chains

Supply Chains sind von komplexen, vielfach internationalen Logistik- und Finanztransaktionen geprägt und basieren vielfach auf Papierdokumenten. Das führt zu ineffizienten und intransparenten Prozessen mit Betrugsrisiken. Blockchain-Experten gehen daher davon aus, dass nach den ersten Anwendungen in der  Finanzindustrie Anwendungen für Supply Chains folgen werden.  

  • Das weltgrößte Bergbauunternehmen BHP Billington plant den Einsatz der Ethereum-Blockchain zur Verbesserung des Supply-Chain-Prozesse.
  • Das Unternehmen Project Provenance hat ein System erdacht, das Blockchain-Technologien nutzt, um die Nachvollziehbarkeit von Zertifizierungen von Produkten entlang der Supply-Chain zu gewährleisten.
  • Das Projekt CargoChain hat den Deloitte-Hackathon gewonnen. Dieses bildet wichtige Dokumente sicher und unveränderbar in einer Blockchain ab, um so die vertraglichen Beziehungen zwischen Handelspartnern in internationalen Supply Chains zu vereinfachen. Vielfach beruhen diese noch auf Papierdokumenten, die versendet werden müssen und durch Fälschung zu Verlusten in Millionenhöhe beitragen.
  • IBM bietet eine Plattform zum Testen von Protokollierungsprozessen in einer Blockchain für Supply Chains an, um die Verfolgung von wertvollen Gütern durch Supply-Chains verfolgen zu können.

Internet of Things

In den nächsten Jahren wird das Internet von Geräten dominiert, die ohne direktes Eingreifen von Benutzern vielfältigste Services austauschen. In diesem Internet-of-Things können Geräte auf Basis von Blockchain-Technologien sicher Daten austauschen und für die Nutzung dieser Services bezahlt werden. Blockchains ermöglichen dabei auch die effiziente Bezahlung von kleinsten Beträgen, sogenannte Micropayments.

  • Ein Konsortium, an dem unter Anderem RWE beteiligt ist, plant die Protokollierung von Daten zur Energieerzeugung aus Solarkraftwerken auf der Blockchain.
  • IBM bietet eine Plattform für IoT und Blockchain an und hat im Oktober Investitionen in Höhe von 200 Mio. US-Dollar in die weitere Entwicklung von Watson IoT und Blockchain am Standort München verkündet.

Healthcare

Experten gehen davon aus, dass in den USA mangelnde Interoperabilität zwischen verschiedenen Systemen zur Verwaltung von Gesundheitsdaten jährlich 190.000 Tote und Kosten in Höhe von 18,6 Mrd. US-Dollar verursacht. Einen wichtigen Beitrag dazu kann die Nutzung von Blockchain-Technologien zur Verwaltung von Gesundheitsdaten leisten.

  • Im Oktober 2015 wurde bekannt gegeben, dass Philips mit dem Blockchain-Unternehmen Tierion zusammenarbeitet, um Patientendaten in einer Blockchain zu speichern. Dazu hat Philips Anfang 2016 eigens das Philips Blockchain Lab in Amsterdam gegründet.
  • Im Oktober 2016 gab Hyperledger die Gründung der Hyperledger Healthcare Working Group (HLHC Working Group) bekannt. Damit soll es Patienten einfacher gemacht werden, ihre Patientendaten Dritten zugänglich zu machen.

Wo steht Blockchain

Zunächst ist festzustellen, dass das Thema Blockchain in den Medien und auch bei den Investoren das Thema Kryptowährungen überholt hat. Allein in der Finanzindustrie werden 2016 über 1 Mrd. US-Dollar in Blockchain investiert.

Regierungen und Großunternehmen sind weniger an Blockchain interessiert, weil sie digitale Währungen nutzen wollen, sondern weil sie mit anderen Daten arbeiten wollen.

Blockchain zählt laut Crisp Research in 2017 und darüber hinaus zu den 10 strategischen IT- und Technologietrends, mit denen sich CIOs, CTOs und Digitalisierungsentscheider beschäftigen sollten. Auch wenn das Thema durch einen großen medialen Hype begleitet wird und sich die Technologien und Services noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden, bietet Blockchain eben jenes “Disruptionspotential”, um Geschäftsmodelle, Prozesse und Transaktionen nachhaltig zu verändern und zu erneuern.

Ausblick und Empfehlung

Blockchain ist nicht als Webtechnologie, sondern als eine neue Evolutionsstufe des Internets zu betrachten. Ähnlich wie durch das World Wide Web, das einen allgemeinen Zugang zum Internet und E-Commerce ermöglichte, stellt die Blockchain-Technologie eine neue Schicht des Internets, das Trust-Layer, dar. Dieses ermöglicht es Akteuren, die sich nicht kennen und vertrauen müssen, ohne Intermediäre im Internet sicher und effizient geschäftliche Transaktionen durchzuführen.

Aber auch ohne diese hochgestellte Zielsetzung bietet die Blockchain große Potenziale für die dezentrale und kosteneffiziente Abwicklungen für Transaktionen in verschiedenen Industrien oder auch im öffentlichen Sektor.

Blockchains entstehen in vielfältigen Varianten: öffentliche und private Blockchains, proprietäre und Open-Source-Blockchains mit unterschiedlichsten Eigenschaften. Zudem entwickelt sich die Technologie rasant weiter. Was ist bei der Auswahl der geeigneten Blockchain für die eigenen Use Cases zu beachten?

Gemeinsamer Kern aller Blockchains ist die dezentrale Speicherung nicht veränderbarer Daten. Unterschiede ergeben sich z. B. beim Benutzerkreis, der Validierung, dem verwendeten Konsensmechanismus und der Transaktionsgeschwindigkeit.

Zunächst sollten potenzielle Anwender der Blockchain-Technologie vor dem Hintergrund ihrer Use Cases einen Überblick über die verschiedenen Blockchains und Anbieter zu erarbeiten, und Vor- und Nachteile im Hinblick auf die geplante Anwendung abwägen. Dabei sollten alle Beteiligten ein klares und gemeinsames Verständnis dafür entwickeln, wie sie den Begriff “Blockchain” verstehen.

Zu beachten ist dabei, dass sich aktuell eine Vielzahl von Blockchain-Ansätzen etabliert und noch ungewiss ist, welche dieser Ansätze sich durchsetzen werden. Daher sollten Unternehmen sehr genau auf die Details achten, wenn sie sich mit Blockchains auseinandersetzen und die weitere Entwicklung beobachten.

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Über den Autor:

Senior Analyst

Moritz StrubeMoritz Strube ist Senior Analyst bei Crisp Research. Er ist ein erfahrener Technology Manager und Business Developer. Zuletzt arbeitete er als CTO der Polyas GmbH in Berlin und Kassel. Er war dort verantwortlich für die Entwicklung einer Saas-Onlinewahlsoftware und für die Forschungsaktivitäten im Bereich kryptographiebasierter, sicherer Onlinewahlsysteme. Davor war er in verschiedenen leitenden Rollen und als Berater in der IT, sowie in der Finanz-, Energie- und Dienstleistungsindustrie, tätig.
Moritz Strube verfügt über 20 Jahre Berufserfahrung mit technischen, wissenschaftlichen und betriebswirtschaftlichen Aufgabenstellungen, was ihn in die Lage versetzt, mit unterschiedlichen Zielgruppen zu kommunizieren und zwischen diesen Wissen zu vermitteln. Er hat Abschlüsse als BSc Mathematik, Diplom-Volkswirt und Diplom-Kaufmann. Seine aktuellen Research- und Beratungsschwerpunkte sind Blockchain, Chatbots, Artificial Intelligence, Deep Learning, Machine Learning, Data Science und Internet of Things.