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Organ der Gesellschaft für Informatik e.V. Band 42 • Heft 3 • Juni 2019
und mit ihr assoziierter Organisationen
Informatik
Spektrum Blockchain
123INHALT
Informatik
Spektrum
Band 42 | Heft 3 | Juni 2019
Organ der Gesellschaft für Informatik e.V. und mit ihr assoziierter Organisationen
EDITORIAL
V. Skwarek
159 Heilsbringer Blockchain?
HAUPTBEITRÄGE
V. Skwarek
161 Eine kurze Geschichte der Blockchain
M. Lewin, A. Dogan, J. Schwarz, A. Fay
166 Distributed-Ledger-Technologien und Industrie 4.0
F. Guggenmos, J. Lockl, A. Rieger, G. Fridgen
174 Blockchain in der öffentlichen Verwaltung
C. Di Ciccio, A. Cecconi, M. Dumas, L. García-Bañuelos,
O. López-Pintado, Q. Lu, J. Mendling, A. Ponomarev,
A. Binh Tran, I. Weber
182 Blockchain Support for Collaborative Business Processes
C. H. Cap
191 Grenzen der Blockchain
T. Hoffmann, V. Skwarek
160
Deep Video Portraits
197 Blockchain, Smart Contracts und Recht
ZUR DISKUSSION GESTELLT
R. S. Engelschall
205 Blockchain
AKTUELLES SCHLAGWORT
B. Kasteleiner, A. Schwartz
211 DevOps
FORUM
C. B. Class, D. Weber-Wulff
215 Gewissensbits – wie würden Sie urteilen?
U. Sury
218 The right to be forgotten . . . so what?
R. Wilhelm
220 Im goldenen Zeitalter der Kommunikation
W. A. Halang
222 50 Jahre Echtzeitprogrammiersprache PEARL
225 Mitteilungen der Gesellschaft für Informatik 257. Folge
123
Aus Vorstand und Präsidium/Ergebnisse der Präsidiumssitzung vom 1. Februar 2019/
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der GI/Personalia/Aus den GI-Gliederungen/
Tagungsankündigungen/Tagungsberichte/LNI-Neuerscheinungen/
Bundeswettbewerb Informatik/GI-VeranstaltungskalenderInformatik
Spektrum Organ der Gesellschaft für Informatik e.V. und mit ihr assoziierter Organisationen
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aktueller, praktisch verwertbarer Informationen setzungen an der Ausschüttung der Bibliotheks- und Prof. O. Günther, Ph. D., Universität Potsdam
über technische und wissenschaftliche Fort- Fotokopietantiemen teilnehmen. Nähere Einzelhei- Prof. Dr. D. Herrmann,
schritte aus allen Bereichen der Informatik und ten können direkt von der Verwertungsgesellschaft Otto-Friedrich-Universität Bamberg
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einführenden Darstellungen sowie Berichten über Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Han- Dr.-Ing. C. Leng, Google
Projekte und Fallstudien, die zukünftige Trends delsnamen, Warenbezeichnungen usw. in dieser Prof. Dr. F. Mattern, ETH Zürich
aufzeigen. Zeitschrift berechtigt auch ohne besondere Kenn- Prof. Dr. K.-R. Müller, TU Berlin
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gesprochen werden, die sich in neue Sachgebiete im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Prof. Dr. J. Nievergelt, ETH Zürich
der Informatik einarbeiten, sich weiterbilden, sich Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher Prof. Dr. E. Portmann, Universität Fribourg
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A4EDITORIAL }
Volker Skwarek
Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Hamburg
E-Mail: volker.skwarek@haw-hamburg.de
Heilsbringer Blockchain?
Die Einstellung gegenüber Blockchains spaltet die Community – die Wissenschaft gleichermaßen wie die Entwickler-
gemeinde. Für die einen ist es ein alter Hut, für die anderen ein Allheilsbringer. Wie immer liegt die Wahrheit in der
Mitte. Aber welche Mitte? Die Mitte aus Sicht der Netzwerktechnologie – ist es wirklich ,,distributed“ oder doch nur
,,decentralized“, weil ja heutzutage alles auf dem routed TCP/IP-Netzwerk aufsetzt? Oder die Mitte aus Sicht der Ap-
plikationsebene, in der wir jetzt endlich Vertrauen in verteilten Systemen generieren können und dabei gänzlich von
einer zentralen Instanz unabhängig sind? Oder gar die Mitte aus sozial-experimenteller Sicht: ,,Wie wäre es eigentlich
mit einem vollautomatisierten, transparenten Staat?“
Es gibt einfach so viele Mitten, in denen die Wahrheit liegen könnte, dass es vollends unklar ist, in welcher
sich die ,,richtige“ Meinung zu Blockchains befindet. Daher versuchen wir doch besser erst gar nicht, DIE richtige
Perspektive zu suchen. Lassen wir doch alle Standpunkte zu und akzeptieren diese, wenn sie nicht nachweisbar
falsch sind.
Unter dieser Prämisse hat sich das Autorenteam dieses Themenheftes bunt gemischt und vielfältig an die Arbeit
gemacht: Aus unterschiedlichen Bereichen der Wissenschaft und der praktischen Anwendung kommen Beiträge: Es be-
ginnt mit einer begrifflichen und geschichtlichen Einordnung des Themas, die sicher nicht vollständig sein kann, aber
zumindest grundlegendes Verständnis schafft. Danach wird ein Schlaglicht auf die Potentiale von Blockchaintechno-
logien in der verteilten Datenhaltung von Industrie 4.0-Anwendungen geworfen, um in einem weiteren Beitrag ein
praktisches Blockchainprojekt in der öffentlichen Verwaltung zu beleuchten. Nach einer Darstellung der Unterstützung
von Geschäftsprozessen durch Blockchains darf schließlich eine Betrachtung der Grenzen von Blockchains nicht fehlen.
Motiviert durch die Begriffsbildung von Smart Contracts folgt noch eine ergänzende rechtliche Perspektive. Das Heft
schließt dann mit einer Diskussion darüber ab, ob Blockchaintechnologien wirklich benötigt werden.
So soll ein rundes, vielfältiges Bild von Blockchaintechnologien gegeben werden, mit dessen Hilfe Leserinnnen
und Leser sich einen eigenen Eindruck verschaffen können.
Volker Skwarek
https://doi.org/10.1007/s00287-019-01183-0
Informatik_Spektrum_42_3_2019 159{ EDITORIAL
i
Zum Titelbild
das Blinzeln der Augen. Im Mittel- Die Abbildung veranschaulicht
punkt unseres Ansatzes steht ein das Zielvideoporträt (oben rechts),
neuronales Rendering-Netzwerk das von einem Quelldarsteller
mit einer raumzeitlich generativen (oben links) reanimiert wird. Zu-
Architektur, das modellbasierte erst wird ein 3D-Gesichtsmodell
Gesichtsrekonstruktionen mit lern- beider Videos mittels monoku-
basierten Videosynthesemethoden larer Gesichtsrekonstruktion er-
kombiniert. Um die Reanimation zeugt, und dann ein synthetisches
von Quelle-zu Ziel-Video zu er- Zielflächenmodell mit Kopfhal-
möglichen, wird ein synthetisches tung, Gesichtsausdruck und Blick
Zielflächenmodell mit Gesichts- des Quellakteurs gerendert (un-
Deep Video Portraits animationsparametern aus einem ten). Schließlich konvertiert der
Unser Algorithmus für Deep Vi- Quellvideo synthetisiert und an- neuronale Renderer die synthe-
deo Portraits ermöglicht die fo- schließend über das trainierte tischen Target-Renderings in ein
torealistische Reanimation von neuronale Rendering-Netzwerk in fotorealistisches Videoporträt des
Portraitvideos auf Grundlage ei- fotorealistische Videobilder um- Zielakteurs.
nes einzigen Eingangsvideos. Es gewandelt. Dieses Framework er-
ermöglicht eine neue Reihe von reicht in vielen Videobearbeitungs- Hyeongwoo Kim, Pablo Garrido,
Videobearbeitungs- und video- anwendungen Spitzenleistungen, Ayush Tewari, Weipeng Xu, Justus
basierten Animationsmöglich- wie z.B. der visuellen Synchroni- Thies, Matthias Nießner, Patrick
keiten mit voller Kontrolle über sation für fremdsprachige Filme Pérez, Christian Richardt, Michael
die 3D-Kopfhaltung, den Ge- und der Posenkorrektur für Video- Zollhöfer, Christian Theobalt, Deep
sichtsausdruck, den Blick und Telekonferenzen. Video Portraits, SIGGRAPH 2018.
160 Informatik_Spektrum_42_3_2019HAUPTBEITRAG / EINE KURZE GESCHICHTE DER BLOCKCHAIN }
Eine kurze Geschichte
der Blockchain
Ursprünge, Begriffe und aktuelle Entwicklungen
Volker Skwarek
Am Anfang war Bitcoin ... – nicht ganz! Veröffentlichung von Haber und Stornetta [12] wie-
Die Begriffe Bitcoin als eine Anwendung der de- derum miteinander verkettet, sodass die Änderung
zentralen (Finanz-)Transaktionsabwicklung und der Reihenfolge ohne Änderung aller nachfolgenden
Blockchain als das darunterliegende Protokoll Hashes unmöglich wird.
werden zwar oft miteinander in einen engen Kon- Um eine Manipulation des Zeitstempels in der
text gebracht, wenn es darum geht, den Ursprung Datenbank langfristig zu vermeiden, werden wö-
und die grundlegende Funktionsweise von Block- chentlich alle neu erfassten Prüfsummen erneut zu
chains zu erläutern [4, Abschn. A Next-Generation einem Hash nach dem Prinzip des Merkle-Trees zu-
Smart Contract and Decentralized Application sammengefasst und in der New York Times unter
Platform], [25] [19, S. 2]. Dabei wird in der Regel ,,Lost and Found“ veröffentlicht [18]. Bei Kenntnis
auf die erste Publikation von Bitcoin durch Sa- eines Hashes, beispielsweise um den Erstellungs-
toshi Nakamoto als dezentrale Währung in dem zeitpunkt eines Dokumentes zu überprüfen, kann
Artikel ,,Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash sys- mit einer ,,Viewer-Software“ auf die Datenbank
tem“ [20] aus 2008 verwiesen. Allerdings fällt es zugegriffen und der Hash ausgelesen werden.
schwer, einen belastbaren Nachweis dafür zu fin- Dadurch, dass Haber und Stornetta auch
den, dass es sich bei Bitcoin tatsächlich um die erste noch mit weiteren Publikationen in der Bitcoin-
Blockchain handelt bzw. dass es jemand behauptet. Basispublikation [20] erwähnt wurden, können
Nicht einmal in [20] selbst wird der Begriff ,,Block- diese möglicherweise als Urväter des Blockchain-
chain“ erwähnt. Erste Hinweise, die diesen Begriff Gedanken benannt werden. Genauer betrachtet
verwenden, finden sich in einer Publikation aus liegen die Ursprünge aber so verteilt, dass es gar
2013 [3, S. 4] oder in einem Youtube-Kongressvideo nicht möglich ist, eine eindeutige Referenz aus-
aus 2012 [12, Abschn. Minute 13:37]. Vielmehr exis- zumachen: Das Zusammenfassen von Hashes zu
tieren klare Verweise darauf, dass das ,,Prinzip einem Basis-Hash hat Merkle 1979 [18] beschrieben.
Blockchain“ schon viel früher realisiert wurde, Digitale Währungen wurden beispielsweise durch
wenngleich auch nicht digital: Haber und Stornetta, Chaum 1982 [7] publiziert und mit Digicash oder
die im Bitcoin-Whitepaper [20] als eine Basis für Micromint schon seit den 1990er-Jahren umgesetzt,
die entwickelte Technologie mit einer Veröffentli- die aber im Gegensatz zu Bitcoin beispielsweise noch
chung in 1991 [12] genannt wurden, haben 1994 die eine zentrale Instanz benötigen. Die Verwendung
Firma Surety mit dem Zeitstempelservice ,,Abso- von öffentlichen Schlüsseln als anonyme bzw. pseu-
luteProof“ [24] gegründet. Mithilfe einer Software
lässt sich eine kryptographische Prüfsumme (Hash)
https://doi.org/10.1007/s00287-019-01175-0
eines elektronischen Dokumentes generieren und in © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2019
deren Datenbank laden und so mit einem Zeitstem- Volker Skwarek
pel versehen. Die Reihenfolge der Hashes und somit Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg,
Hamburg
der Zeitstempel wird laut Surety [24] gemäß der E-Mail: volker.skwarek@haw-hamburg.de
Informatik_Spektrum_42_3_2019 161{ EINE KURZE GESCHICHTE DER BLOCKCHAIN
(NIST) [26] aus den USA und die Dutch Blockchain
Zusammenfassung Coalition [8] aufgezählt werden. Auf internationaler
Die Kenntnis über Blockchains gehört heute Ebene arbeiten die International Standardization
üblicherweise zum Allgemeinwissen von In- Organisation (ISO) [16] oder auch die International
formatikern. Wie es bei Allgemeinwissen aber Telecommunication Union (ITU) [17] an Standards,
oft passiert, ist es selten reflektiert, teilweise von die unter anderem Terminologien und Architek-
Wünschen und Vorurteilen geprägt und oft nicht turen für Blockchains umfassen. Letztere befinden
noch einmal recherchiert. Warum auch? Man sich aber noch im Arbeitsstatus und sind noch nicht
liest und hört doch genug, sodass es doch eigent- veröffentlicht.
lich stimmen muss. Dieser Einführungsartikel In diesem Rahmen lässt sich aber feststellen,
zum Themenheft ,,Blockchain-Technologien“ dass sich konsensuale Begriffsdefinitionen ableiten
soll dazu dienen, das Allgemeinwissen etwas lassen. Eine Blockchain im klassischen Verständ-
zu strukturieren, gegebenenfalls etwas anzu- nis, wie es durch Bitcoin geprägt wurde, soll als
reichern und vielleicht sogar mit Vorurteilen dezentrales System realisiert sein, bei dem die
aufzuräumen. Entscheidungen im Konsens getroffen werden.
Definition Dezentrales System. Ein System, bei dem
donyme Adressen wurde auch in den 1980er-Jahren die Koordination und Entscheidungsfindung unter
durch Chaum [6] beschrieben. den Systemteilnehmern verteilt ist.
Insofern wäre es nicht angemessen, zu behaup-
ten, dass Bitcoin die Blockchain erfunden hätte. Definition Konsens. Eine algorithmisch implemen-
Vielmehr war es ein evolutionärer Schritt, indem tierte Entscheidung unter den Systemteilnehmern
ein Protokoll zur sicheren anonymen elektronischen über die Korrektheit von Aktionen oder Transak-
Transaktion von Assets – also Entitäten oder deren tionen sowie über die Reihenfolge, in der sie in der
digitale Repräsentanz – ohne Intermediäre, das sich Blockchain abgelegt werden.
selbst vor Manipulation schützt, in Software gefasst Das Vertrauen in die algorithmische Richtigkeit
wurde. Es kann auch nicht nachgewiesen werden, der Entscheidung basiert auf den Annahmen der De-
dass in diesem Zusammenhang der Begriff ,,Block- zentralität sowie des Konsens der Systemteilnehmer
chain“ geprägt wurde – vielmehr scheint es Jahre und deren Überprüfbarkeit in der offen einsehbaren
später gewesen zu sein. Software. Oftmals wird diese abstrakte algorith-
mische Richtigkeit (= Echtheit) fälschlicherweise
Die Schwierigkeit der richtigen Worte mit der inhaltlichen oder physikalischen Richtigkeit
Dennoch darf es nicht so wirken, als wäre durch (= Wahrheit) gleichgesetzt, die eine Blockchain aber
Bitcoin ,,nur“ ein einfacher, logischer Schritt erfolgt, nicht sicherstellt.
der quasi zwingend gewesen wäre. Bitcoin hat es An dieser Stelle ist es erwähnenswert, dass
geschafft, mit dieser Technologie genau zur richti- nur der Versuch unternommen werden kann,
gen Zeit zu Beginn der Bankenkrise 2008/2009 das knappe, klar umrissene Begriffsdefinitionen zu
fehlende Vertrauen in zentrale Instanzen aufzugrei- finden. Aufgrund der sehr schnellen und umfang-
fen und somit einen Begriff als Marke zu prägen. reichen Entwicklung von Blockchain-Technologien
Diese Entwicklung macht es lediglich schwer, eine entstehen zahlreiche Varianten, die zumindest
korrekte Terminologie zu finden, da viele Begriffe umgangssprachlich auch gerne als Blockchain be-
gar nicht eindeutig oder erst viel später durch de- zeichnet werden, aber nicht in dieses Begriffsschema
ren Verwendung implizit definiert wurden. Es ist passen: Ripple beispielsweise ist auf eine sehr hohe
somit eine Herausforderung, eine begriffliche Basis Transaktionsrate mit schnellem Konsens ausgelegt
für Folgeartikel zu legen, die wissenschaftlich nicht und verwendet daher anstelle eines Proof-of-Work
angreifbar ist. den Proof-of-Authority-Algorithmus. Es verzichtet
Vorarbeiten hierfür legen nationale und inter- somit auf die verteilte Blockbildung. In dieser Form
nationale Foren und Standardisierungskomitees, lassen sich auch zahlreiche weitere Beispiele finden,
von denen hier exemplarisch Britisch Standards [2], in denen diese – und auch andere – Definitionen
das National Institute for Standards and Technology nicht klar anwendbar sind.
162 Informatik_Spektrum_42_3_2019Hiermit sollten Unstimmigkeiten in der Inter-
Abstract pretation des Ausführungsergebnisses zwischen
The knowledge about blockchains is nowa- den Vertragsparteien vermieden werden. Die-
days usually part of the general knowledge ser Begriff wurde in Ethereum für Anwendungen
of computer scientists. As it often is the case aufgenommen, die durch Transaktionen in der
with general knowledge, however, it is seldom Blockchain gespeichert und bei der Blockbildung
reflected, sometimes shaped by desires and auf den Minern transaktionsgesteuert ausgeführt
prejudices, and often not researched again. werden können. Solche Software ist nachträglich
Why should it be? One reads enough about so nicht unbemerkt manipulierbar und die Aus-
it should be true. This introductory article on führungsergebnisse unterliegen dem üblichen
the topic of “Blockchain Technologies” is in- Konsensprozess einer Blockchain. Eine besondere
tended to structure general knowledge, enrich it rechtliche Wirkung wollte der Begründer von Ethe-
if necessary and perhaps even dispel prejudices. reum nicht mit dem Begriff verbinden und schreibt
mittlerweile selbst:
To be clear, at this point I quite regret adopting
Die Evolution endet nicht the term “smart contracts”. I should have called
Ähnlich wie es bisher schwer war, die Ursprünge
them something more boring and technical, perhaps
von Blockchain-Technologien zu definieren, ist
something like “persistent scripts” [5].
es gleichermaßen komplex, zukünftige Entwick-
lungsrichtungen oder auch nur Klassifikationen zu Mittlerweile stellen Smart Contracts übliche Mög-
vermuten. Swan hat 2015 eine Strukturierung in die lichkeiten von modernen Blockchain-Technologien
drei Generationen Currency, Contracts und Appli- wie beispielsweise Eos, Neo oder Stellar dar, in
cations vorgeschlagen [25]. Diese Klassifikation war denen diese Differenzierungsmerkmale über Ent-
schon zu diesem Zeitpunkt unzureichend, da schon wicklungsumgebungen oder Mächtigkeit der
beispielsweise 2014 Dienste wie Namecoin [21] exis- Programmiersprache suchen.
tierten. Namecoin beispielsweise ermöglicht eine
Registrierung von Internet-Domains ohne zentrale Definition Smart Contract. Programm, das in der
Verwaltung. Dazu werden bitcoinähnliche Verfahren Blockchain gespeichert wurde und durch einen
verwendet, bei denen die Namensregistrierung le- beliebigen Systemteilnehmer ausgeführt werden
diglich in ein Datenfeld an der Transaktion gehängt kann. Die Ausführungsergebnisse werden wie-
wird. Gleichermaßen sind heute Blockchain-Dienste derum auf der Blockchain gespeichert und allen
verfügbar, die keiner der Klassifikationen nach Swan Systemteilnehmern zugänglich gemacht.
zuzuordnen sind. Damit Smart Contracts (Abb. 1) nicht nur auf
Vielmehr scheint auch auf Blockchain-Technologien manuell erzeugte Ereignisse, sondern auch auf
die Klassifikation von Internettechnologien nach Echtweltinformationen wie beispielsweise Tempe-
Fuchs et al. [11] sinnvoll anwendbar, derer gemäß raturen oder Flugverspätungen zur Abwicklung
die Typen Cognition, Communication, Cooperation eines Versicherungsvertrages reagieren können,
aufgestellt wurden: In Blockchains bzw. Diensten lassen sich Sensoren an die Blockchain direkt
der ersten Generation wie beispielsweise Bitcoin, oder über Gateways anbinden. Die Quellen solcher
Namecoin, Everledger [10] o. ä. konnten Daten und Echtweltinformationen werden Oracles genannt.
Transaktionsergebnisse nur wahr- bzw. zur Kenntnis
genommen werden. Definition Oracle. Dienst, der Echtweltdaten der
Die Möglichkeit der Kommunikation der Blockchain zur Verfügung stellt. Diese Daten werden
Transaktionen untereinander wurde durch Smart üblicherweise durch Smart Contracts verarbeitet.
Contracts beispielsweise in Ethereum [9] oder Als aktuelle neueste und höchste Entwicklungs-
Hyperledger [13] eröffnet. Der Begriff des Smart stufe sind nach Fuchs et al. die kooperierenden
Contracts ist dabei auf Nick Szabo in 1996 [27] Blockchains anzusehen. Also im übertragenen Sinne
zurückzuführen. Er wurde dort allerdings in ei- solche, die in der Lage sind, Informationen zwischen
nem anderen Kontext verwendet, nämlich der den Systemen auszutauschen. Hierzu zählen bei-
Ausführung automatisierter Vertragsklauseln. spielsweise Interledger [15], Overledger [23] oder
Informatik_Spektrum_42_3_2019 163{ EINE KURZE GESCHICHTE DER BLOCKCHAIN
Abb. 1 Kommentiertes Codebeispiel modifiziert nach [1]
Polkadot [22], die in unterschiedlicher Weise eine stellen, die sich mindestens aus algorithmischer
Interoperabilität ermöglichen. Sicht über ein Protokoll aus Verketten, Verteilen,
Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, und Konsens charakterisieren lassen. Die dahin-
dass Blockchain- und Distributed-Ledger- terliegenden Grundprinzipien sind schon lange
Technologien weniger eine Technologie selbst, bekannt und auch im Kontext der öffentlichen
sondern vielmehr eine Technologiegruppe dar- Datenabsicherung eingesetzt. Die Form der ganz-
164 Informatik_Spektrum_42_3_2019heitlichen Nutzung und Umsetzung des Protokolls 2. British Standards Institute (2017) Distributed Ledger Technologies. BSI Group.
https://www.bsigroup.com/en-GB/Innovation/dlt/, last access: 18.12.2018
lässt sich auf IT-Basis aber Bitcoin zuschreiben. 3. Brito J, Castillo A (2013) Bitcoin – A Primer for Policymakers. Mercatus Center,
Neben der algorithmischen Perspektive entstehen George Mason University
4. Buterin V (2014) A next-generation smart contract and decentralized application
in anderen Wissenschaftsdisziplinen noch weitere platform. Whitepaper, p 36
Sichtweisen auf Blockchains, die hier nicht uner- 5. Buterin V (2018) Regret term smart contracts, @VitalikButerin, 13.10.2018
6. Chaum DL (1981) Untraceable electronic mail, return addresses, and digital
wähnt bleiben sollen: In der Volkswirtschaft wird pseudonyms. Commun ACM 24(2):84–90
die Blockchain spieletheoretisch untersucht, Mathe- 7. Chaum DL (1982) Blind signatures for untraceable payments. In: Proceedings of
matik und theoretische Informatik interessieren sich Crypto 82, New York, pp 199–203
8. Dutch Blockchain Coalition (n. Y.) Blockchain. https://dutchblockchaincoalition.
für Konvergenzen, Terminierung und Aufwand von org/en, last access: 18.12.2018
Konsensverfahren und die Sozialpsychologie analy- 9. Ethereum Foundation (2018) Ethereum Project. https://www.ethereum.org/, last
access: 3.12.2018
siert das Anreizsystem für die Investition in „initial 10. Everledger Foundation (n. Y.) Everledger. A digital global ledger. https://www.
coin offerings“ (ICO). everledger.io/, last access: 19.4.2017
11. Fuchs C, Hofkirchner W, Schafranek M, Raffl C, Sandoval M, Bichler R (2010)
Blockchains selbst, deren Protokolle und An- Theoretical foundations of the web: cognition, communication, and co-operation.
wendungen, befinden sich noch immer in einer Towards an understanding of web 1.0, 2.0, 3.0. Future Internet 2(1):41–59
12. Haber S, Stornetta W (1991) How to time-stamp a digital document. In: Adv.
deutlichen Evolution, die im derzeitigen Stand der Cryptol.-CRYPT0’90, pp 437–455
Technik eine dezentrale Automation durch Smart 13. Hyperledger Foundation (2018) Hyperledger fabric – hyperledger. https://www.
Contracts ermöglichen und scheinbar auf eine hyperledger.org/projects/fabric, last access: 3.12.2018
14. Independent PoV (Pseudonym) (2012) Bitcoin 2012 London: Mike Hearn – You-
dezentrale Interoperabilität zwischen den Proto- Tube, 27.9.2012. https://www.youtube.com/watch?v=mD4L7xDNCmA, last access:
kollimplementierungen hinzielen. Auf der einen 02.12.2018
15. Interlegder (2018) Welcome. https://interledger.org/, last access: 18.12.2018
Seite führt die mit der Dezentralität verbundene 16. International Organisation for Standardisation (n. Y.) ISO/TC 307 – Blockchain
Verteilung der Daten sowie der Konsens über de- and distributed ledger technologies. http://www.iso.org/cms/render/live/en/sites/
isoorg/contents/data/committee/62/66/6266604.html, last access: 18.12.2018
ren Richtigkeit zu einem erhöhten Aufwand für alle 17. International Telecommunications Union (n. Y.) Focus group on application of dis-
Netzwerkteilnehmer. Auf der anderen Seite entsteht tributed ledger technology. https://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/dlt/Pages/
default.aspx, last access: 18.12.2018
durch dieses Verfahren eine Absicherung von Daten 18. Merkle RC (1979) A certified digital signature. In: Conference on the Theory and
im Rahmen einer kontextuellen Verkettung, die über Application of Cryptology, pp 218–238
eine schlüsselbasierte kryptographische Sicherheit 19. Mougayar W (2016) The Business Blockchain: Promise, Practice, and Application
of the Next Internet Technology. Wiley, Hoboken New Jersey
hinausgeht. 20. Nakamoto S (2008) Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
Somit stellen Blockchain-Protokolle also keine 21. Namecoin (2014) Namecoin News, 20.4.2014. https://namecoin.org/news/, last
access: 3.12.2018
für sich allein gestellten Anwendungen oder Sicher- 22. Polkadot (2018) Polkadot. https://polkadot.network/, last access: 18.12.2018
heitsoptimierungen dar, die ,,alle Probleme lösen“, 23. Quant Network (2017) Introducing overledger: the blockchain operating system
for the future. Quant, 29.12.2017. https://www.quant.network/blog/introducing-
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Informatik_Spektrum_42_3_2019 165{ HAUPTBEITRAG / DISTRIBUTED-LEDGER-TECHNOLOGIEN UND INDUSTRIE 4.0
Distributed-Ledger-Technologien
und Industrie 4.0
Eine Untersuchung der Relevanz für Industrie 4.0
Marcus Lewin · Alaettin Dogan
Jonas Schwarz · Alexander Fay
Einleitung wird ein kurzer Überblick über die Anwendungssze-
Die Digitalisierung ist in vollem Gange und sorgt narien der Plattform Industrie 4.0 zur Abdeckung
für einen tiefgreifenden Wandel in jedem Le- der Bandbreite von Industrie 4.0 gegeben. An-
bensbereich. In der Industrie erhöhen intelligente schließend werden in Abschn. ,,Charakteristika der
Produktionsverfahren die Produktivität und Effi- Distributed Ledger Technologie“ Eigenschaften der
zient entlang von Wertschöpfungsketten. Hierfür DLT in Form von Charakteristika unter Nutzung
werden vernetzte Informations- und Kommuni- mehrerer Literaturstudien erarbeitet und dargestellt.
kationsinfrastrukturen für alle Beteiligten (z. B. Im Abschn. ,,Methodik und Vorgehen“ werden die
physische Gegenstände) genutzt. Dieser Wandel charakteristischen Eigenschaften der DLT mit den
wird Industrie 4.0 genannt [2, 12, 16] und durch Besonderheiten und Anforderungen der einzelnen
Anwendungsszenarien der Plattform Industrie 4.0 Anwendungsszenarien abgeglichen. Dies führt zu
charakterisiert [14, 15]. Relevante Informationen, einer systematischen Relevanzübersicht der DLT im
welche zu jeder Zeit in digitaler Form zur Verfü- Bereich der Industrie 4.0, über die im Anschluss
gung stehen sollen, dienen zur Optimierung von in Abschn. ,,Diskussion, Chancen, offene Fragen
Prozessen und ermöglichen neue Geschäftsmo- und zukünftige Herausforderungen“ diskutiert und
delle [1]. Sicherheitsaspekte stellen hierbei einen durch Beispielanwendungen unterlegt wird. Der Bei-
elementaren Bestandteil bei neuen Konzepten trag schließt mit einem Fazit und einem Ausblick auf
und der Integration von Lösungen dar. Kriterien zukünftige Forschungsarbeiten ab.
wie beispielsweise die Vertraulichkeit, Datenin-
tegrität und Verfügbarkeit von Daten sind dabei Anwendungsszenarien
wesentlich für eine erfolgreiche Umsetzung von der Plattform Industrie 4.0
Industrie-4.0-Anwendungen [17]. Für die technische Um mit der Digitalisierung Schritt zu halten und
Realisierung bietet sich die Distributed-Ledger- ggf. davon zu profitieren, müssen Unternehmen
Technologie (DLT) an, die ihren Ursprung im ihre Strategien, Strukturen und Technologien über-
Finanzsektor fand. Das Potenzial dieser Technolo- denken und an die neuen digitalen Möglichkeiten
gie geht jedoch weit über diese Branche hinaus und anpassen. Eine wesentliche Herausforderung, mit
kann zur Lösung der aufgezeigten Herausforderun-
gen im Rahmen von Industrie 4.0 dienen [6, 19].
https://doi.org/10.1007/s00287-019-01176-z
Dieser Beitrag projiziert die DLT auf die An- © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2019
wendungsszenarien der Industrie 4.0 mit dem Marcus Lewin · Alaettin Dogan · Alexander Fay
Ziel, die Relevanz und das Potenzial dieser neuen Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr,
Holstenhofweg 85, 22043 Hamburg
Schlüsseltechnologie im Kontext Industrie 4.0 E-Mails: {lewinm, dogana, faya}@hsu-hh.de
zu bestimmen. Jonas Schwarz
Der Beitrag ist wie folgt gegliedert: In Abschn. Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
Berliner Tor 5, 20099 Hamburg
,,Anwendungsszenarien der Plattform Industrie 4.0“ E-Mails: jonas.schwarz@haw-hamburg.de
166 Informatik_Spektrum_42_3_2019Das Anwendungsszenario Value Based Services
Zusammenfassung (VBS) beschreibt, wie IT-Plattformen Produkt- und
Die Nutzung neuer Technologien, die im Zuge Prozessinformationen sammeln, analysieren, auf-
der digitalen Revolution stark zugenommen hat, bereiten und daraus bedarfs- und nutzergerechte
führt zu einer tiefgreifenden Veränderung aller individuelle Services anbieten. Eine hohe Ähnlich-
an der Wertschöpfungskette beteiligten Prozesse keit weist die Transparenz und Wandlungsfähigkeit
im Rahmen von Industrie 4.0. Hierbei bietet ausgelieferter Produkte (TWP) auf. Auch hier wer-
die Distributed-Ledger-Technologie (DLT) als den automatisch mittels einer breitbandigen und
Schlüsseltechnologie wesentliche Chancen zur sicheren Kommunikationsinfrastruktur nutzerbe-
Sicherheit und zur weiteren Umsetzung von In- zogene Daten über ausgelieferte Produkte erhoben
dustrie 4.0. Daher wird in diesem Beitrag die und für die Optimierung bzw. die bedarfsgerechte
Relevanz der DLT für den Bereich Industrie Freischaltung einzelner Features der Produkte ein-
4.0 dezidiert hergeleitet und mittels Beispielen gesetzt. Im Unterschied zu VBS steht das Produkt
erläutert. und nicht das Wertschöpfungsnetz im Mittelpunkt.
Die Mensch-Technik-Interaktion in der Produktion
(MTI) beschreibt, wie der Mensch durch lernende
der Unternehmen konfrontiert werden, ist, den Nut- technische Assistenzsysteme unterstützt werden
zen von Industrie 4.0 transparent zu machen und kann. Die Unterstützung dient sowohl körperlichen
praktisch umzusetzen [3]. Die Arbeitsgruppe 2 der (Fähigkeitsverstärker) als auch geistigen (Analysen
Plattform Industrie 4.0 stellt sich dieser Herausfor- und Entscheidungsfindung) Fähigkeiten.
derung und formuliert neun Anwendungsszenarien. In dem Anwendungsszenario Smarte Pro-
Jedes Szenario stellt ,,eine generische allgemeine duktentwicklung für die smarte Produktion
Beschreibung eines Problems bzw. einer Heraus- (SP2) ermöglicht der maschinenlesbare und
forderung eines Anwenders“ dar und dient zur -interpretierbare Austausch von Produktivdaten, die
Orientierung [14, 15]. Im Folgenden werden we- als virtuelles Produkt integriert und kontinuierlich
sentliche Aspekte der neun Anwendungsszenarien, über den gesamten Produktlebensweg aktualisiert
die in Abschn. ,,Methodik und Vorgehen“ mit den werden, eine neue Form des vernetzten und kol-
Charakteristika der DLT abgeglichen werden, kurz laborativen Produktengineerings. Die Innovative
vorgestellt: Produktentwicklung (IPE) beschreibt die durchgän-
Das Anwendungsszenario Auftragsgesteuerte gige Gestaltung von Engineeringprozessen durch
Produktion (AGP) stellt den zu produzierenden die intelligente Vernetzung und Kollaboration al-
Auftrag in den Mittelpunkt und beschreibt eine ler relevanten Akteure sowie die Integration von
automatisierte Auftragsplanung, -vergabe und Engineering- und Analysewerkzeugen. Das Durch-
-steuerung mittels standardisierter Produkt- und gängige und dynamische Engineering von Anlagen
Prozessbeschreibungen sowie einer werks- und (DDA) beschreibt eine vernetzte und kollaborative
unternehmensübergreifenden Vernetzung und Entwicklung und Nutzung einer Produktionsan-
Koordination. Im Fokus der Wandlungsfähigen lage über den gesamten Lebensweg mithilfe eines
Fabrik (WFF) steht die Produktionsressource. Die- integrierten Anlagenstrukturmodells.
ses Anwendungsszenario beschreibt, wie diese
durch eine standardisierte semantische Selbstbe- Charakteristika
schreibung hinsichtlich Produktionsfähigkeiten der Distributed Ledger Technologie
die Wandlungsfähigkeit im Hinblick auf schnelle Um sich dem weitreichenden Thema der DLT zu
und robuste Kombinierbarkeit/Umbaubarkeit zu nähern, bietet sich die Definition von charakteri-
einer Maschine/Anlage erhöhen. Die Selbstor- sierenden Eigenschaften, kurz Charakteristika, an.
ganisierende Adaptive Logistik (SAL) fokussiert Somit wird die zugrundeliegende Perspektive auf
sich auf die Erhöhung der Flexibilität und Reakti- die Technologie aufgezeigt und gleichzeitig eine
onsgeschwindigkeit industrieller und logistischer gemeinsame Ausgangsbasis für das Verständnis
Systeme durch den Einsatz smarter Objekte und dieses Beitrags geschaffen. Hierfür wurden unter
der Verschmelzung der extra- und intralogistischen Berücksichtigung gängiger Begriffsbestimmungen
Wertschöpfungskette. und Nutzung mehrerer Literaturstudien die Charak-
Informatik_Spektrum_42_3_2019 167{ DISTRIBUTED-LEDGER-TECHNOLOGIEN UND INDUSTRIE 4.0
teristika ermittelt, präzisiert und definiert. Tabelle 1
Abstract fasst die im Folgenden erläuterten Charakteristika
The use of new technologies, which has grea- zusammen.
tly increased within the digital revolution, is Durch das verteilte Halten des Transaktions-
leading to a profound change in all processes registers (,,ledger“) wird dieses dezentralisiert
involved in the value chain in the context of („decentralized“). Zudem gilt ein solches Regis-
Industry 4.0. Distributed Ledger Technology ter als hochgradig manipulationssicher und somit
(DLT), as a key technology, could offer signifi- praktisch als unveränderlich („immutability“) so-
cant opportunities for the security and further bald ein neuer Eintrag im Netzwerk verifiziert und
implementations of Industry 4.0. Therefore, angenommen wurde. Aus dem Umstand, dass nicht
this paper discusses the relevance of DLT for mehr eine zentrale Autorität dieses unveränder-
Industry 4.0. liche Transaktionsregister verwaltet, lassen sich
weitere Charakteristika von DLT-Systemen ableiten.
Tabelle 1
Beschreibung der Charakteristika der DLT
Charakteristika Beschreibung Quellen
der DLT
Decentralized Informationen werden im Netzwerk geteilt, gespeichert und redundant [4, 9, 11, 18, 21]
behandelt; Erhöhung von Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit
Privacy Peer-to-Peer-Netzwerk; Nutzung von Pseudonymen und Kryptographie [4, 11, 18, 20, 21]
Transparency Bereitstellung von geteilten, gemeinsamen und öffentlichen Sichten auf [13, 18, 21]
durchgeführte Transaktionen im Netzwerk
Ownership Eigentumsrechte werden eindeutig belegt; sobald ein Asset in der Blockchain [4, 10, 13]
aufgelistet ist, ist das Eigentum unveränderlich, es sei denn, der Eigentümer
bestätigt eine Übertragung; Überprüfbarkeit von Eigentumsrechten
Scalability Fähigkeit eines Systems bzw. Netzwerks, eine wachsende Menge an Arbeit [4, 11, 20]
bzw. Transaktionen zu bewältigen
Immutability Unveränderliches Design der Datenbank im gesamten Netzwerk durch eine [4, 9, 11, 18, 21]
manipulationssichere Architektur; nach dem Hinzufügen einer Transaktion in
das Netzwerk kann diese Transaktion nicht mehr geändert werden; Erkennung
von Missbrauch oder Manipulation
Trust Gewährleistung der Integrität der in der Datenbank gespeicherten Daten; [4, 9, 11, 18, 21]
Kryptographie mit öffentlichen Schlüsseln; Nutzer sind in der Lage, gesendete
Transaktionen anhand vordefinierter Regeln zu verifizieren; alle Teilnehmer
des Netzwerks können somit die Transaktionen überprüfen; Ablehnung von
Transaktionen ohne Konsens über die Gültigkeit
Data Integrity Im Netzwerk verwendete und gepflegte Daten sind vollständig, korrekt und [4, 5, 9, 11, 18, 20, 21]
frei von Widersprüchen; Signatur von Transaktionen mit Public-Private-Key-
Kryptografie durch Teilnehmer
Behaviour Integrity Das Netzwerk und Teilnehmer verhalten sich wie beabsichtigt; keine logischen [4, 5, 9, 11, 18, 21]
Fehler im Netzwerk; Nutzung automatisierter Maßnahmen und Vereinba-
rungen; manuelle Eingriffe für die Ausführungen von Transaktionen bzw.
Vereinbarungen nicht oder kaum notwendig
Security Netzwerk ist in der Lage, den Zugriff auf Daten und Funktionen auf autori- [5, 20]
sierte Anwender zu beschränken; Daten über Transaktionen werden im ge-
samten Netz geteilt gespeichert und daher redundant behandelt
168 Informatik_Spektrum_42_3_2019So eignen sich DLT-Systeme beispielsweise für das auf Datenebenen sowie Teilnahmebeschränkungen
Dokumentieren von Eigentums- und Existenznach- („permissioned“/„permissionless“) ermöglichen
weisen. Werden die Zeitpunkte von Transaktionen einen veränderlichen Zugriff auf die Informationen
festgehalten, lassen sich diesen bestimmten Assets des Systems. Denkbar in diesem Zusammenhang
zuordnen, wodurch die Richtigkeit des Dokuments sind Isolation aber auch Transparenz sämtlicher
letzterer durch ausreichend spezifische Zuordnung Daten („transparency“). Wiederum ermöglicht
ebenfalls nachweisbar ist. Leicht zuzuordnen sind die Public-Key-Kryptographie, Kryptografie mit
beispielsweise Textdokumente. Ein aus dem Text öffentlichem Schlüssel, Privatsphäre in Form von
erzeugter, einzigartiger Hash wird wie im Beispiel Pseudonymität der Nutzer („privacy“).
von OriginStamp [8] im Ledger festgeschrieben und Je nach Anwendungsfall ist ein weiterer relevan-
Änderungen an den Dokumenten sind über geän- ter Aspekt, die Skalierbarkeit der DLT („scalability“),
derte Hashwerte nachvollziehbar. Wird dieses Asset zu beachten. Je nach erwarteter Steigerung oder Vo-
nun ebenfalls dem Urheber/Eigentümer zugeord- latilität des Leistungsbedarfs des Systems müssen
net, entsteht darüber hinaus ein Eigentumsnachweis verschiedene technische Umsetzungsvarianten von
(„ownership“). DLT gegeneinander abgewogen werden.
Generell ausgedrückt schaffen DLT Vertrauen
(„trust“) in die Funktionalität und Manipulations- Methodik und Vorgehen
freiheit des jeweiligen Systems. Der Nutzer kann Dieser Beitrag projiziert die Distributed-Ledger-
darauf vertrauen, dass der Inhalt, beispielsweise Technologie auf die Anwendungsszenarien der
der Hash des Textdokuments, nicht geändert wurde Industrie 4.0 mit dem Ziel, die Relevanz und das
und erkennt aufgrund dessen die Richtigkeit an. Potenzial dieser neuen Schlüsseltechnologie im Kon-
Somit wird, allgemein formuliert, die Grundlage text Industrie 4.0 zu beleuchten. Hierfür wurde eine
für Akteure mit ggf. unterschiedlichen Interessen Relevanzanalyse durchgeführt, welche die Relevanz
geschaffen, in einem gemeinsamen System (auto- von DLT auf der einen Seite für die Industrie 4.0 auf
matisiert) miteinander zu interagieren. Derartige der anderen Seite bewertet.
Prozessautomatisierung setzt Daten- sowie Verhal- Als Grundlage für die Relevanzanalyse hin-
tensintegrität („behaviour integrity“) als weitere sichtlich Industrie 4.0 wurden im Schwerpunkt
Eigenschaft von DLT-Systemen voraus. Das System die Anwendungsszenarien der Plattform Indus-
ist nur dann vertrauenswürdig, wenn dessen Funk- trie 4.0 (vgl. Abschn. ,,Anwendungsszenarien
tionen wie vereinbart ausgeführt werden, ohne die der Plattform Industrie 4.0“) zur Abdeckung der
Möglichkeit der (egoistischen) Einflussnahme einer Bandbreite in diesem Bereich genutzt. Nach der
beteiligten Partei. Dazu müssen Daten vollständig, Analyse aller Anwendungsszenarien wurden Kern-
korrekt und frei von Widersprüchen sein. DLT- aspekte für jedes Anwendungsszenario abgeleitet,
Systeme besitzen vorgegebene formale Strukturen ausgewählt und definiert, um einen höheren De-
u. a. für Transaktionen, wodurch eine konsistente taillierungsgrad für die Bewertung der Relevanz
Datenbasis geschaffen wird. der DLT in jedem Anwendungsszenario zu er-
Da das Transaktionsregister verteilt im Netz- reichen. Kernaspekte umfassen hierbei kurze
werk gehalten wird, sind die Möglichkeiten des Beschreibungen wesentlicher Gesichtspunkte für
Datenzugriffs („security“) ein bedeutendes Thema. jedes Anwendungsszenario. Beispielsweise sind
Jeder Netzwerkteilnehmer stellt einen potenziel- für das Anwendungsszenario Auftragsgesteu-
len Zugangspunkt zu möglicherweise sensiblen erte Produktion die Kernaspekte ,,Automatisierte
Daten dar, wodurch die Datensicherheit an Bedeu- Auftragsplanung, -vergabe und -steuerung“, ,,Stan-
tung gewinnt. Dies umfasst, dass die im Netzwerk dardisierte Prozess- und Produktbeschreibungen“
verwendeten und gepflegten Daten vollständig, und ,,Werks- und unternehmensübergreifende
korrekt und frei von Widersprüchen bzw. Inkon- Vernetzung und Koordination“ identifiziert worden.
sistenzen, z. B. durch unberechtigte Modifikationen Zur näheren Beschreibung der zentralen Eigen-
oder unvollständige Übertragungen, sind („data schaft der DLT wurden in Abschn. ,,Charakteristika
integrity“). Dies wird u. a. durch Transaktionen mit der Distributed Ledger Technologie“ mittels einer
Kryptografieverfahren sowie geänderte Hashwerte Literaturrecherche wesentliche Charakteristika er-
bei Datenänderungen erreicht. Variable Sichten arbeitet, ausgewählt und definiert. Eine Übersicht
Informatik_Spektrum_42_3_2019 169{ DISTRIBUTED-LEDGER-TECHNOLOGIEN UND INDUSTRIE 4.0
Abb. 1 Relevanzübersicht der DLT für die Anwendungsszenarien der Industrie 4.0
der einzelnen Charakteristika ist in Tab. 1 darge- Das Ergebnis der Bewertungen bildet eine Re-
stellt. Durch diese Charakteristika wird die abstrakte levanztabelle, welche in Abb. 1 dargestellt ist. Diese
Technologie griffiger. Somit bilden die Charakteris- zeigt die Relevanz der einzelnen Charakteristika der
tika ebenfalls eine Grundlage für die Bewertung der DLT aggregiert für jedes Anwendungsszenario und
Relevanz. führt zu einer systematischen Übersicht der Rele-
Die eigentliche Bewertung der Relevanz der vanz der DLT im Bereich der Industrie 4.0. Parallel
DLT für die Industrie 4.0 erfolgte in mehreren Pha- bildet die Relevanztabelle einen Ausgangspunkt für
sen. In der ersten Phase wurde die Relevanz der die Definition von Themen und Schwerpunkten so-
Charakteristika der DLT auf die Kernaspekte der wie für die Formulierung von weiteren Forschungs-
Anwendungsszenarien durch ausgewählte Mitglie- und Umsetzungsbedarfen.
der des Komitees zur Erarbeitung der DIN SPEC
3103 „Blockchain und Distributed Ledger Technolo- Diskussion, Chancen, offene Fragen
gien in Anwendungsszenarien für Industrie 4.0“ und zukünftige Herausforderungen
eingeschätzt. Hierdurch wurden wesentliche In- Nach der Erarbeitung der Relevanzübersicht werden
teressensgruppen aus Industrie, Forschung und im Folgenden zuerst die Ergebnisse der einzelnen
Wissenschaft beteiligt, um eine umfassende Sicht Anwendungsszenarien und anschließend die ein-
innerhalb der Bewertungen zu erreichen. Um eine zelnen Charakteristika besprochen. Abschließend
gewisse Abstufung in den Bewertungen zu erreichen werden die Ergebnisse mit Beispielen exemplarisch
wurden vier Relevanzstufen gebildet (keine, geringe, verdeutlicht.
mittlere und hohe Relevanz). In einer zweiten Phase
wurden die Ergebnisse der Einzelbewertungen zu- Betrachtung der Relevanz
sammengeführt, eine Abweichungsanalyse erstellt in den Anwendungsszenarien
und die Relevanz der DLT für jeden Kernaspekt Insgesamt ist festzustellen, dass DLT eine hohe Re-
als auch zusammengefasst für jedes Anwendungs- levanz für die meisten Anwendungsszenarien und
szenario ermittelt. In einer dritten Phase wurden somit auch für Industrie 4.0 besitzt. Bei der Betrach-
die Ergebnisse allen Mitgliedern des Komitees zur tung der Anwendungsszenarien lassen sich hohe
Erarbeitung der DIN SPEC 3103 vorgestellt und Ähnlichkeiten in der Relevanz zwischen mehreren
abgestimmt. Anwendungsszenarien feststellen. Dies bestätigt die
170 Informatik_Spektrum_42_3_2019Bewertung der Anwendungsszenarien aus anderen sischen Unterstützung des Menschen. Hier ist eine
Studien [7]. Daher werden in den folgenden Ausfüh- Relevanz in den Bereichen Security (Unversehrt-
rungen mehrere Anwendungsszenarien gemeinsam heit) und zum Teil in Privacy (persönliche Daten)
betrachtet. festzustellen.
Die höchste Relevanz lässt sich bei den Anwen-
dungsszenarien AGP und SAL feststellen. Parallel Betrachtung der Relevanz
besitzen diese eine hohe Vergleichbarkeit der Aus- der Charakteristika der DLT
prägungen aufgrund ähnlicher Aufgaben in den In der Relevanz der einzelnen Charakteristika der
beiden Anwendungsszenarien. Diese umfassen die DLT sind klare Unterschiede zu erkennen. Die
Schwerpunkte bei der automatisierten Auftrags- Charakteristika Trust, Data Integrity, Behaviour
planung, -vergabe und -steuerung, der werks- und Integrity und Security besitzen über nahezu alle
unternehmensübergreifende Vernetzung und der Anwendungsszenarien hinweg jeweils eine hohe
werks- bzw. unternehmensübergreifenden Koor- Relevanz. Privacy und Transparency besitzen eine
dination in der gesamten Wertschöpfungskette. mittlere bis hohe Relevanz. Hierbei ist die Rele-
Hierbei sind vor allem die folgenden Charakteristika vanz zwischen den Anwendungsszenarien zum
der DLT Trust, Data Integrity, Behaviour Integrity Teil unterschiedlich. So besteht in den Anwen-
und Security relevant. dungsszenarien SP2, IPE, DDA hohe Relevanz im
Eine mittlere bis hohe Relevanz der DLT lässt Bereich Transparency. Privacy ist hingegen in den
sich für die Anwendungsszenarien VBS und TWP Anwendungsszenarien SAL, VBS und TWP am rele-
feststellen, welche ebenfalls eine hohe Ähnlichkeit vantesten. Decentralized, Ownership und Scalability
der Ausprägungen aufweisen. DLT sind in diesen besitzen eine geringe oder zum Teil keine Relevanz
beiden Anwendungsszenarien in den Bereichen der über nahezu alle Anwendungsszenarien hinweg.
Sammlung, Analyse und Auswertung von Daten
aus Produktion und während der Produktnutzung Beispielhafte Anwendung der DLT
sowie der Nutzung von Daten als Rohstoff für IT- in den Anwendungsszenarien
Plattformen am wichtigsten. Dies wird vor allem Ein identifiziertes Beispiel bildet Predictive Main-
durch die Charakteristika Privacy, Trust sowie Data tenance im Rahmen von TWP und VBS, welches
Integrity der DLT erreicht. unter Erhöhung von Privacy, Trust sowie Data Inte-
Ebenfalls lässt sich eine mittlere bis hohe Re- grity der DLT erreicht wird. Durch die Ermittlung,
levanz der DLT für die Anwendungsszenarien Überwachung, Verarbeitung, und Auswertung von
SP2, IPE und DDA feststellen. Schwerpunkte lie- Betriebsparametern und -zuständen in Maschi-
gen hierbei insbesondere bei der Vernetzung nen, Anlagen und Produkten können vorbeugende
und Kollaboration unterschiedlicher Akteure, Wartungen und Instandhaltungen, z. B. bei Über-
der kontinuierlichen Aktualisierung von inte- oder Unterschreitung bestimmter Richtwerte, er-
grierten Engineering-/Anlagenmodellen über möglicht werden. Während des Betriebs erfassen
den Lebensweg, dem maschinenlesbaren und Sensoren kontinuierlich alle relevanten Parameter
-interpretierbaren Austausch und Verarbeitung von und übergeben diese an Auswertungssysteme. Im
Produktivdaten sowie in der Datentransparenz und konkreten Fall werden beispielsweise Sensordaten
-nutzung in der Produktentwicklung. Hierbei tre- des Besitzers einer Maschine oder Anlage an War-
ten vor allem die Charakteristika Transparency, tungsdienstleister weitergegeben. Als Grundlage
Trust, Data Integrity und Security der DLT in den für einen Wartungsvertrag müssen für die beteilig-
Vordergrund. ten Akteure bilateral Richtwerte für den Besitz der
Eine niedrige Relevanz der DLT wurde für die Daten, den Umfang der Datenweitergabe sowie die
Anwendungsszenarien WFF und MIT ermittelt. Dies Art der Maßnahmen bestimmt werden. Um eine
ist bei WFF durch den Schwerpunkt in der (seman- Nachverfolgbarkeit dieser Prozesse sicherzustel-
tischen) Beschreibung von Maschinen und Anlagen len, müssen der Datenaustausch, die Datennutzung
für Plug&Produce, aber nicht in der Abstimmung sowie die ausgelösten Ereignisse protokolliert wer-
von Aufträgen oder der werkübergreifenden Koor- den. Parallel müssen die ermittelten Daten vor
dination zu erklären. Im Anwendungsszenario MTI Verlusten und unberechtigter Nutzung geschützt
liegt der Schwerpunkt in der kognitiven und phy- werden. Zusätzlich besitzen die unterschiedlichen
Informatik_Spektrum_42_3_2019 171Sie können auch lesen
