Blockchain-Technologie und das Internet of Things
Kurzfristiger Hype oder eine Symbiose
für neue IoT-Geschäftsmodelle?

Andranik Tumasjan, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Die Blockchain-Technologie – ein verteiltes Datenregister („ledger“), in welchem Transaktionen von Werten aller Art sicher, transparent und konsensuell ohne das Vertrauen in eine zentrale Instanz durchgeführt werden können – ist eine sozio-technische Innovation, die das Potenzial hat, neue Geschäftsmodelle zu ermöglichen und bisherige Geschäftsmodelle obsolet zu machen. Während die meisten Anwendungen heute im Finanzsektor existieren (z. B. Zahlungsabwicklung), bietet sich die Technologie für unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten insbesondere in der Industrie an. Vor allem bei der Anwendung im Bereich Internet of Things (IoT) ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten für neue Geschäftsmodelle. Der vorliegende Beitrag beleuchtet anhand von drei Thesen und konkreten Beispielen die Anwendungsmöglichkeiten der Blockchain-Technologie für neue IoT-Geschäftsmodelle.

In den letzten zwei Jahren hat die Blockchain-Technologie erhebliche Aufmerksamkeit in Wirtschaft, Wissenschaft und den Medien auf sich gezogen. Während die Technologie ursprünglich für die Umsetzung des Peer-to-Peer-Bezahlsystems Bitcoin konzeptualisiert und entwickelt wurde [1], wird sie heute für unterschiedlichste Anwendungsfälle in Betracht gezogen, bei denen Transaktionen von Werten dezentral, sicher, transparent und „trustless“ (also konsensuell ohne das Vertrauen in eine zentrale Instanz oder „Mittelsperson“) durchgeführt werden können [2]. Unsere rezente Analyse von über 1100 Startups [3], die die Blockchain-Technologie einsetzen, zeigte beispielsweise, dass die Anwendungsfälle schon jetzt auch über viele Branchen außerhalb des Finanzsektors verteilt sind, wie beispielsweise Informations- und Kommunikationstechnologie (z. B. dezentrale Datenspeicher), Medien und Unterhaltung (z. B. Soziale Netzwerke), Gesundheit (z. B. Patientenakten) oder E-Government (z. B. digitale Identität). Insgesamt wurden bereits mehr als 1,5 Milliarden US-Dollar an Wagniskapital in diese Startups investiert, wobei die meisten Startups in den USA und Großbritannien angesiedelt sind [3]. Aber auch viele etablierte Unternehmen beschäftigen sich derzeit zunehmend mit den Potenzialen der Blockchain-Technologie. So ziehen mehr als 57 % der großen Unternehmen einer aktuellen Studie zufolge entweder aktiv in Erwägung, die Technologie zu nutzen, oder nutzen sie heute bereits [4]. Zudem geben 66 % derjenigen Unternehmen, die bereits erfolgreich einen Proof-of-Concept gezeigt haben, an, dass sie die Blockchain-Technologie bis Jahresende 2018 implementieren werden [4].

Die starke Aufmerksamkeit sowie die – in Relation zur derzeitigen Funktionstüchtigkeit und Produktivität – hohen finanziellen Investitionen erklären sich vor allem aus der einzigartigen Kombination von bereits bestehenden Technologien und der sich daraus ergebenden wünschenswerten Eigenschaften, die die Blockchain-Technologie auszeichnen [5]. Erstens können – ohne eine zentrale Instanz – Transaktionen zwischen Parteien durchgeführt werden, die sich nicht vertrauen müssen. An Stelle des Vertrauens in eine zentrale Instanz (z. B. eine Bank) tritt das Vertrauen in das Zusammenwirken eines Konsens-Algorithmus, der kryptographischen Verschlüsselung und der Verteilung des Datenregisters auf viele Knotenpunkte, welche gemeinsam eine Manipulation von Transaktionen praktisch schwierig bis unmöglich machen. Zweitens sind die Blockchain und ihre Transaktionen aufgrund des gemeinsamen Einsatzes der soeben beschriebenen Technologien relativ sicher: Um bestehende Transaktionen in bestehenden Blöcken zu manipulieren, müsste man diese Transaktionen auch auf der Mehrzahl der Knoten des verteilten Datenregisters manipulieren (genauer gesagt, müssten nicht die Transaktionen selbst, sondern der entsprechende Merkle Root geändert werden) und zudem noch die anderen Transaktionen in demselben und den nachfolgenden Blöcken. Das System ist somit so gestaltet, dass es deutlich einfacher und profitabler ist, die Regeln zu befolgen, als gegen sie zu arbeiten. Drittens bietet die Blockchain-Technologie Transparenz über die Transaktionen, sodass alle Teilnehmenden und, je nach Bedarf, weitere Stakeholder einsehen können, welche Transaktionen getätigt wurden. Die Transparenz lässt sich zudem je nach Anforderungen und Art der Blockchain-Technologie von Klarnamen über pseudonym bis hin zu anonym einstellen. Zusammenfassend bietet die Blockchain-Technologie damit ein digitales Logbuch von Transaktionen, in der nicht nur Informationen, sondern auch Werte (z. B. Patente, Besitzurkunden oder Stimmrechte) digital zwischen Parteien transferiert werden können [6]. 


Public vs. Private Blockchains

Eine zentrale Unterscheidung beim Thema Blockchain ist jene zwischen so genannten „Public Blockchains“ und „Private Blockchains“. Public Blockchains (z. B. Bitcoin) bieten offenen Lese- und Schreibzugang für alle interessierten Teilnehmenden, wohingegen Private Blockchains (z. B. Hyperledger) zugangsbeschränkt sind, die Teilnehmenden also ausgewählt werden können. Da das Betreiben einer Public Blockchain heute aus unterschiedlichen Gründen meist nicht produktiv für den Unternehmenseinsatz geeignet ist (z. B. aufgrund höherer Kosten für die Validierung von Transaktionen, langsamerer Transaktionsgeschwindigkeiten, geringerem Datenschutz), werden von etablierten Unternehmen heute überwiegend Private Blockchains implementiert bzw. deren Implementierung in Erwägung gezogen. Hierbei sind die Teilnehmenden, die Transaktionen durchführen und validieren können, bekannt, die Transaktionsgeschwindigkeit und der Datenschutz sind vergleichsweise zu Public Blockchains höher und rechtliche Aspekte leichter zu handhaben. Die folgenden Beispiele sind daher überwiegend im Kontext des Einsatzes von Private Blockchains (oft auch unter dem Namen „Distributed Ledger Technology“ geführt) angesiedelt.


Blockchain-Technologie und IoT

Aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaften bietet sich die Blockchain-Technologie als grundlegende Technologie für die Vernetzung und Verwaltung von Transaktionen für das IoT an. Der Bereich dessen, was unter IoT fällt, ist sehr breit und lässt sich schwer eingrenzen. Den verschiedenen IoT-Ansätzen liegt jedoch letztlich die gemeinsame Idee zugrunde, dass sämtliche Geräte miteinander in Verbindung stehen, kommunizieren und Transaktionen abwickeln. Beispiele wären Photovoltaikanlagen, die Strom in ein Stromnetz einspeisen, Thermostate, die mit einem Smartphone verbunden sind, oder ein Heizsystem, das mit einem Sensor verbunden ist und automatisiert Heizöl bestellen kann [7]. Einer Gartner-Studie [8] zufolge werden bereits im Jahr 2017 8,4 Milliarden Geräte miteinander kommunizieren, was ein Wachstum von 31 Prozent seit 2016 darstellt, während es im Jahr 2020 bereits mehr als 20 Milliarden Geräte sein werden. Hierbei stellt sich die Frage, wie eine effiziente Infrastruktur für das Überwachen, Nachvollziehen und Abwickeln der Transaktionen aussehen kann. Anhand der folgenden drei Thesen wird aufgezeigt werden, welchen Beitrag die Blockchain-Technologie für die Entwicklung des IoT leisten kann und welche Herausforderungen hierbei bestehen. Im Vordergrund stehen dabei die Vorteile der Blockchain-Technologie zwischen unterschiedlichen Parteien (z. B. zwischen Unternehmen, aber auch zwischen verschiedenen Geräten), einen gemeinsamen synchronisierten Konsens des verteilten Registers zu schaffen, dem aufgrund der Unveränderbarkeit der Transaktionen Vertrauen geschenkt werden kann und damit dritte Kontrollinstanzen obsolet werden. Wichtig ist an dieser Stelle hervorzuheben, dass der Einsatz der Blockchain-Technologie keinesfalls immer sinnvoll oder gar notwendig ist, sondern natürlich für jeden Einzelfall geprüft werden muss, welche Lösung am geeignetsten ist. Bei den zur Veranschaulichung angeführten Beispielen ist zu beachten, dass diese heute überwiegend prototypisch bestehen und eine massenhafte, produktive Umsetzung weiterer Forschung und Entwicklung sowie der Schaffung gesetzlicher Rahmenbedingungen bedarf. 
 

1. Die Blockchain-Technologie wird die Automatisierung von IoT-Transaktionen beschleunigen.

Die heutige IoT-Infrastruktur wird überwiegend von einzelnen zentralen Datenbankstrukturen bestimmt, was eine relativ einfache Angriffsfläche für Hacker bietet („Single Point of Entry“) und zudem relativ kostenintensiv zu integrieren und zu überwachen ist [9]. Mithilfe der Blockchain-Technologie wird eine dezentrale Datenregisterstruktur ermöglicht, welche durch die Verteiltheit und die kryptographischen Algorithmen die Sicherheit steigern und die entsprechenden Kosten für Integration und Überwachung senken lässt [9]. Die derzeitigen einzelnen Datenbankstrukturen hemmen gemeinsam mit einer fehlenden einheitlichen Lösung für die Abwicklung von Bezahlprozessen derzeit zudem den Fortschritt der Automatisierung von IoT-Prozessen.

 

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Schlüsselwörter:

Blockchain, Internet of Things, Geschäftsmodelle, Technologie-Konvergenz