Blockchain - think ING. kompakt 04/05 | 2021 by GESAMTMETALL

www.think-ing.de

April | Mai 2021

kompakt D e i n E i n bli c k i n d i e We l t d e r In ge ni e u r i nn e n u n d In ge ni e u r e

BLOCKCHAIN P O R T R ÄT U N FA S S B A R K R Y P T I S C H ab Seite 2

A N W EN D U N GS B EI S P I EL E B L O C KC H A I N I N D E R P R A X I S ab Seite 4

DIE SICHERE KETTE Der Webkünstler Mike Winkelmann aka Beeple versteigerte kürzlich sein Werk „Everydays: The First 5000 Days“, eine rein digitale Collage, für 69 Millionen Dollar. Gesichert als Non Fungible Token (NFT), bezahlt mit Ether. Dabei ist ein NFT im Grunde nur ein digitales Echtheitszertifikat und damit der eigentliche Erwerb des Käufers. Ein elektronischer Besitznachweis – digital signiert und mit BlockchainTechnologie verschlüsselt. Aber wer weiß schon, was die Blockchain (BC) ist? In der Industrie kommt sie schon lange zum Einsatz. In der Logistik zum Beispiel, wo Lieferketten mit BC-Technologie überwacht und ganz nebenbei auch noch – je nach Ware – Parameter wie Nachhaltigkeit oder Frischestatus gemonitort werden. Beim 3D-Druck, wo die BC bei der globalen Datenübertragung die Files absichert. Oder in der sogenannten Economy of Things, wo dank der BC zum Beispiel Elektroauto und Ladesäule autonom den Strompreis verhandeln und dazu einen Smart Contract schließen. Weitere Beispiele könnt ihr in dieser Ausgabe nachlesen.

Wirtschaftsingenieur Nik Scharmann leitet das Projekt

Was ist der nächste Meilenstein auf dem Weg im Internet der Dinge? Den Anfang machte die millionenfache Vernetzung von Autos, Maschinen, Gebäuden und weiteren Dingen des täglichen Lebens wie Haushaltsgeräte und Werkzeuge. Nun soll eine eigenständige „Ökonomie der Dinge“ entstehen. Den Distributed Ledger Technologien (DLT), wozu auch die Blockchain zählt, kommt hier eine besondere Schlüsselrolle zu. Mal angenommen, ein Auto könnte wirtschaftlich eigenständig agieren. Es könnte selbst fahren, sein eigenes Geld erwirtschaften, mit der Ladesäule den Strompreis für die Ladeleistung verhandeln, den offenen Betrag begleichen und anschließend mit dem Parkhaus über einen verfügbaren Stellplatz sprechen. Es ist eine gehörige Portion Künstliche Intelligenz (KI), die hinter dieser Annahme steckt. Einer Annahme, die davon ausgeht, dass es im Ökosystem der Dinge nicht nur eine Lösung für die gestellten Anforderungen (Ladesäule, Preis, Parkhaus und Transaktion) geben kann. Das Auto wird im beschriebenen Beispiel quasi zum Unternehmer und sucht nach der bestmöglichen Wettbewerbslösung, um eigenständig einen sogenannten Smart Contract abzuschließen. Smart Contracts sind weniger Verträge im zivilrechtlichen Sinne, sondern vielmehr ein Stück Software, das die Dinge in die Lage versetzt sich selbständig mit anderen vernetzten Dingen auszutauschen, um anschließend auf einer Blockchain die für die Identifizierung, Autorisierung und Bezahlung erforderliche Transaktion abzuschließen. Genau an diesen Themen forscht und entwickelt der Wirtschaftsingenieur Dr. Nik Scharmann (45) bei Bosch. 02

Scharmann ist Projektdirektor bei Bosch Research und leitet das strategische Vorausentwicklungsprojekt „Economy of Things“. Bei der Economy of Things (EoT) kommt zum Internet of Things der wirtschaftliche Aspekt von Interaktionen hinzu. Die EoT beantwortet die Frage: Wie können vernetzte Geräte im Sinne von Bürgern und Unternehmen untereinander Geschäfte machen? „Im Grunde beschäftige ich mich damit, wie man Interaktionen zwischen Menschen, Dingen und Firmen so gestalten kann, dass es kein Bindeglied mehr braucht. Alltägliche Dinge wie das Bezahlen von Mautgebühren und Parkplätzen oder das Laden eines Elektrofahrzeugs könnten so künftig in einem eigenen Ökosystem direkt zwischen dem Fahrzeug, der Mautstation, dem Parkhaus oder der Ladesäule automatisiert abgerechnet werden“, erklärt Scharmann. Das klingt nach einer idealen ökonomischen Welt. Logisch in der Theorie, aber in der Umsetzung bereits nach wenigen Zeilen abstrakt bis kryptisch. DLTs als Basis für eine sichere Kommunikation der Dinge untereinander lassen sich erklären, ihre Funktionsweise ist nur schwer fassbar. Nicht nur weil sie digital ist, sondern weil die dahinterliegenden Infrastrukturen komplex und dezentral sind.

Economy of Things

ECONOMY OF THINGS

In der Economy of Things verhandeln Elektromobil und Ladesäule autonom den Strompreis und schließen einen sogenannten Smart Contract

Auch wenn der eine oder die andere von DLTs bisher wenig gehört hat, ist das Thema weltweit zum Superhype avanciert. Die Technologieunternehmen der Welt stürzen sich aufs Thema und die auf Blockchains basierende digitale Währung Bitcoin erlebt eine rasante Kursentwicklung. Mit den Aktivitäten von Nik Scharmann hat das alles wenig zu tun. „Wir experimentieren beispielsweise mit Fahrzeugen und speziellen dafür erforderlichen Steuergeräten, um der eingangs vorgestellten intelligenten EoT wirklich näher zu kommen“. Das Ganze ist tatsächlich ernst. Erste Prototypen in Kooperation mit beispielsweise Siemens oder EnBW wurden in der Vergangenheit bereits gebaut. Die Ergebnisse solcher Prototypen bringen das Team um Scharmann jedes Mal einen Schritt weiter: © Bosch

UNFASSBAR KRYPTISCH

B L O C KC H A I N -T E C H N O L O G I E I S T D I E BASIS

DAS BLOCKCHAIN-PRINZIP Die Blockchain ist eine Datenbank, die aus einer Kette von Datenblöcken besteht. Auf jedem Datenblock werden Informationen, wie zum Beispiel Lieferdaten, gespeichert. Kommt eine neue Information hinzu, wird sie an die bereits bestehenden Datenblöcke angehängt – so entsteht eine Kette von Blöcken. Jede Blockchain wird nicht auf einem, sondern auf tausenden Rechnern weltweit gespeichert. So wird verhindert, dass Daten nachträglich verändert werden können. Dieses Prinzip macht die Blockchain-Technologie praktisch fälschungssicher und gewährleistet Transparenz für alle Beteiligten.

„Dinge mit eigenen Geschäftsmodellen klingen nach Science-Fiction und KI. Aber das ist aus meiner Sicht der nächste logische Schritt, betrachtet man den digitalen Wandel und die wirtschaftliche Entwicklung“, sagt er und strahlt dabei eine Entspanntheit aus, als würde er über die Zubereitung eines Nudelteigs berichten.

über den Link oder QR-Code s.think-ing.de/scharmann

DATENBLOCK

VERIFIZIERUNG

Informationen wie z.B. Lieferdaten werden in einem neuen Datenblock verschlüsselt und gespeichert.

Der neue Datenblock wird durch jeden Computer des dezentralen Netzwerks verifiziert.

AIDOSE

PDZBKS

Erfahrt mehr über Nik Scharmann

PDZBKS

OASDF8

DO03GS

2LF8SV

L3DIC8

„Die ersten Anwendungen werden wir bald in der Breite erleben. Aktuell wurde beispielsweise die IDunion-Initiative gegründet. Ein Forschungskonsortium, das daran arbeitet, dezentral digitale Identitäten zu verwalten.“ Klingt nach greifbarer Arbeit und löst beispielsweise das Problem, dass Firmen ihre Stammdaten lieber selbstbestimmt verwalten und teilen möchten. Niemand will in große Datenbanken schreiben müssen, weil der Inhaber der Datenbank damit eine gewisse Form von Markteinsichten ableiten kann. In dezentralen Systemen hingegen bleibt jeder Herr seiner Daten und gibt sie nur auf Anfrage frei. Das kann die willkürliche Verwendung von Daten verhindern. Diese auf DLT basierenden Strukturen erlauben dem Dateneigentümer mehr Kontrolle. Genau das ist die Aufgabe, die Nik Scharmann als promovierter Wirtschaftsingenieur derzeit bei Bosch vorantreibt. „Letztlich geht es bei der Idee von Blockchains um sozio-ökonomische Technologien, die digitale Plattformen zu einem Gemeinschaftsgut machen können. Dazu benötigen wir eine Organisationsstruktur mit Regeln und Anreizmechanismen, die der Gemeinschaft nützen. Das kann man sich in etwa wie eine Wohnungsoder Agrargenossenschaft vorstellen. Nur eben deutlich größer, global und digital. Denn unser Ziel ist der Aufbau einer wertekonformen, sicheren und effizienten Digitalökonomie der Zukunft.“ Die Komplexität des Themas erfordert letztlich die Zusammenarbeit über viele Disziplinen hinweg und bindet damit ÖkonomInnen, ITlerInnen und eben auch viele IngenieurInnen ein.

DO03GS

V E R T R A U E N S VO L L E T E C H N I K

VERKETTUNG

TRANSAKTION

Der verifizierte Datenblock wird der Kette von Datenblöcken hinzugefügt. Dabei wird jeder Block mit einer individuellen Zeichenkette mit dem vorherigen und nachfolgenden Block verbunden.

Durch die dezentrale und unveränderbare Speicherung der Daten können Transaktionen transparent und fälschungssicher nachverfolgt werden.

BLOCKCHAIN IN DER PRAXIS © Daimler

WELTWEITE PLATTFORM FÜR INDUSTRIELLEN 3D-DRUCK ThyssenKrupp und IBM nutzen die Blockchain-Technologie, um additive Fertigung global verfügbar zu machen.

Nachhaltigkeit – die Blockchain hilft bei der Umsetzung

TRACKING IN DER ROHSTOFFBESCHAFFUNG Britisches Blockchain-Start-up hilft Mercedes bei der Umstellung der Rohstofflieferketten auf nachhaltige Mobilität. Wenn ein Unternehmen mit ökologischem und sozialem Engagement an die Öffentlichkeit tritt, dann muss dieser Anspruch auch für seine Rohstoffe und seine Zulieferer gelten. Das britische Start-up Circulor hilft Unternehmen, Lieferketten mithilfe der Blockchain-Technologie und künstlicher Intelligenz vollständig abzubilden. Mercedes-Benz nimmt schon seit Längerem Kurs auf nachhaltige Mobilität und arbeitet dabei mit Circulor zusammen. Beim Pilotprojekt STARTUP AUTOBAHN will der Konzern gemeinsam mit dem Blockchain-Anbieter zunächst die CO2-Emissionen nachverfolgen, die bei der Gewinnung von Kobalt aus Recyclinganlagen entstehen. In einem zweiten Schritt sollen die komplexen Lieferketten von Batteriezellenherstellern transparent gemacht werden. Dabei will man den Ausstoß klimaschädlicher Gase und den Verbrauch von Sekundärmaterialien in den Blick nehmen. Doch das ist nur der Anfang einer großen Transformation. In weniger als 20 Jahren will Mercedes den nachhaltigen Umbau seiner kompletten Autoproduktion stemmen. Unter dem Schlagwort Ambition 2039 strebt der Konzern eine CO2-neutrale Pkw-Neuwagenflotte an. Um eine Kreislaufwirtschaft mit geschlossenen Stoffkreisläufen aufzubauen, muss das Unternehmen alle Materialien in der Lieferkette einschließlich des Anteils an recyceltem Material kennen. Die Blockchain wird dabei ein unverzichtbares Instrument sein.

Daimler setzt bei seiner Flotte auf

Eine mittelständische Firma in Asien benötigt dringend ein Bauteil, um ihre Produktion fortzusetzen. Sie wendet sich an den Service des Digitalen TechCenters für Additive Fertigung (DTAM) des Unternehmens ThyssenKrupp, registriert sich und schickt die erforderlichen Daten. Anschließend lässt sie sich ihr Bauteil vor Ort ausdrucken. Dank 3D-Druck und Blockchain ist das bald kein Zukunftsszenario mehr. Zur Lösung von Anwenderproblemen beim industriellen 3D-Druck erstellen die Partner ThyssenKrupp und IBM eine Plattform für Beratungs- und Konstruktionsdienstleistungen – eben das DTAM. Die Plattform stellt Know-how bereit und bietet zum Beispiel besondere Materialien und Legierungen, die kleineren Unternehmen in der Regel nicht zur Verfügung stehen. So bekommen diese einen schnellen und problemlosen Zugang zur additiven Fertigung. Das funktioniert so: Nutzer registrieren sich und bekommen eine Identität zugeteilt. Sie haben in der Blockchain dann jeweils nur Zugriff auf die Untergruppen mit den für sie relevanten Daten. Der Kunde schickt seine Files über einen sogenannten Connector an den zentralen ServiceProvider, der daraus die Druckdatei für den 3D-Drucker erstellt. Bei Sender und Empfänger wird ein sogenannter Hashwert generiert und auf die Blockchain geschrieben. Der garantiert, dass der Inhalt unverändert bleibt. Die BlockchainTechnologie sorgt hier für Nachvollziehbarkeit und Sicherheit der Interaktionen und Prozessschritte.

CAD-Files für unterschiedlichste Bauteile werden ohne Zeitverlust global für den 3D-Druck zur Verfügung gestellt – die Blockchain sorgt für Datensicherheit

IMPFSTOFFTRANSPORTE SCHNELLER UND SICHERER MACHEN Die Blockchain kann weit mehr als Kryptowährungen sichern. Auch bei der Verteilung von Impfstoffen sorgt sie für Zuverlässigkeit und Effektivität.

Kraftwerke wie das Fortuna in Düsseldorf können auch dank der

Siemens gewährleistet dank der Blockchain einen reibungslosen Ablauf von Kraftwerkswartungen. Den Impuls gab eine Initiative aus dem SupplyChain-Management-Diginetwork, einem selbstorganisierten Zusammenschluss von Digitalisierungsenthusiasten bei Siemens. Ziel des Netzwerks: innovative digitale Lösungen in der Lieferkette konzipieren und umsetzen. So kam die Blockchain ins Spiel. Mittlerweile ist sie ein unverzichtbares Instrument zur Bereitstellung und Wartung von Werkzeugen bei der weltweiten Instandsetzung von Kraftwerken. Dazu muss ein breites Spektrum von Geräten und Werkzeugen in einen Container verpackt und verschickt werden, vom einfachen Akku-Schrauber über die CNCMaschine bis zum Computertomographen. Nach getaner Arbeit – beispielsweise in Abu Dhabi oder Singapur – kommt der Container zurück. Einige Werkzeuge wurden dann verändert, sind umfunktioniert worden. Manche Bestandteile fehlen. Im Vergleich zu den bisher üblichen handschriftlichen Vermerken ist der Einsatz der Blockchain-Technologie ein Quantensprung. Jeder Transportauftrag wird jetzt automatisch in die Blockchain geschrieben. Alle beteiligten Partner haben Zugriff auf Dokumente und Frachtpapiere. Über eine App können sie einsehen, wo und in welchem Zustand sich Werkzeuge befinden und wissen schon vor der Ankunft, was gewartet und repariert werden muss. Bei den vielen Millionen Teilen, die da ständig unterwegs sind, bedeutet diese Transparenz eine erhebliche Zeitersparnis. 05

Blockchain reibungslos gewartet werden

IBM nutzt die BlockchainTechnologie zur Überwachung der Kühl- und Lieferketten für die COVID-19-Impfstoffe

DEN WERKZEUGEN AUF DER SPUR

Eine besondere Herausforderung beim Transport der beiden Corona-Impfstoffe der Firmen Biontech und Moderna ist die Kühlung. Die Präparate benötigen eine konstante Temperatur von 70 Grad minus. Dabei ist die Verteilung von Impfstoffen auch ohne das schon kompliziert genug. Vom Produzenten müssen sie zum Spediteur, gelangen häufig über den Flughafen zu einem Logistikzentrum, werden mehrmals verladen, bevor sie den Oberarm des Empfängers erreichen. Das zu diesem Zweck von IBM entwickelte Blockchain-Netzwerk erlaubt allen beteiligten Akteuren, die Supply Chain von der Produktion bis zur Impfung zu verfolgen. Die Blockchain registriert bereits die ersten Anzeichen für eine Unterbrechung der Lieferkette und macht sie sichtbar. Auch eine Unterbrechung der Kühlkette würde sofort auffallen. Distributoren verfolgen die Verteilung in Echtzeit und können zum Beispiel Zulieferungen schnell umorganisieren, wenn sich der Bedarf an einer Stelle erhöht hat. In den Zentren und bei den ÄrztInnen kann die Blockchain das Bestandsmanagement und die Sicherheit der Impfung verbessern. Am anderen Ende der Kette überblicken die Impfstoffhersteller jederzeit, ob und welche Nebenwirkungen auftreten. Falls nötig können sie die Auslieferung stoppen oder eine Rückrufaktion veranlassen. Einer der größten Vorzüge der von IBM entwickelten Open-Source-Plattform ist die problemlose Verknüpfung völlig unterschiedlicher Akteure. Alle am Netzwerk Beteiligten verwenden dabei weiterhin ihre IT-Systeme. Zwar birgt das Verfahren das Risiko, dass über Schwachpunkte in der IT der Verteiler kriminelle Hacker eindringen könnten. Da die Datensätze in der Blockchain aber nicht unbemerkt verändert werden können, würden auch Sabotage und Cyberattacken sofort auffallen.

WELCHE ANWENDUNG HAST DU PROGRAMMIERT? Eine der Vorgaben war, ein einfaches Spiel zu entwickeln, weil schon hier die Schwierigkeiten bei der Programmierung für eine Blockchain deutlich werden. Ich habe unter anderem ein eigenes Schnick-Schnack-Schnuck-Spiel programmiert. Die Idee dabei ist, dass jeder Spielzug unveränderlich auf der Blockchain gespeichert wird und so vollkommen transparent nachverfolgbar ist. Das komplette Spiel habe ich selbst entwickelt und umgesetzt – vom Konzept bis zum Webinterface.

DAS BLOCKCHAIN-STUDIUM Das gesamte Interview mit Erik Neumann

Erik Neumann ist 22 und sagt: „Mit der Blockchain ist fast alles möglich!“ Im Interview berichtet Erik von seinem Master-Studium in Blockchain & Distributed Ledger Technologies an der Hochschule Mittweida und darüber, was ihn an der Blockchain fasziniert. WA R U M H A S T D U D I C H F Ü R D I E S E N M A S T E R - S T U D I E N G A N G I N M I T T W E I DA ENTSCHIEDEN? Ich interessierte mich schon vor dem Studium für das Thema Blockchain – meine erste BitcoinTransaktion ist von 2015. Während des Bachelors in Medieninformatik und Interaktives Entertainment an der Hochschule Mittweida belegte ich dann eine Veranstaltung, in der das Konzept der Blockchain von den Grundlagen bis hin zu konkreten Anwendungsfeldern vorgestellt wurde. Das hat mich total fasziniert und so entschied ich mich vor drei Semestern für den Master in Blockchain & Distributed Ledger Technologies.

findet ihr online unter: s.think-ing.de/neumann

THINK ING. @SOCIAL MEDIA Spannende Einblicke und Geschichten von IngenieurInnen, Tipps, Termine und Wissenswertes rund um das Ingenieurwesen findet ihr auf unseren Social-Media Kanälen.

ING _WERDEN INGWERDEN THINKINGVIDEOS

WA S G E N A U FA S Z I N I E R T D I C H A N D E R B L O C KC H A I N ? Vor allem der Sicherheitsaspekt. Das Grundprinzip der Technologie besteht ja darin, dass sich alle Teilnehmenden auf eine unveränderbare Historie der Blockchain einigen – so kann jeder genau nachverfolgen, wann zum Beispiel ein Bitcoin wem gehörte. Dieser unveränderbare Verlauf der Blockchain in Kombination mit der eindeutigen Identifikation jedes Teilnehmenden durch seine Bitcoin-Adresse ermöglicht vollkommen transparente und sichere Transaktionen – genau das ist das Erfolgsgeheimnis der Blockchain und macht die Technologie für mich so spannend.

Weitere IT-Studiengänge gibt es unter folgendem Link und QR-Code s.think-ing.de/it-studieren

DA N N KO M M E N W I R J E T Z T Z U D E I N E M STUDIUM… Wir Master-Studierendenden kommen aus unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlichem Vorwissen. Zuerst haben wir viel über die Geschichte der Blockchain erfahren. Wir lasen wissenschaftliche Artikel, stellten uns die Ergebnisse gegenseitig vor und vertieften so unser theoretisches Know-how. Darauf aufbauend wendeten wir das Wissen dann auch praktisch an und programmierten eigene Anwendungen, die auf der Blockchain basieren. 06

THINK _ING

IMPRESSUM Herausgeber GESAMTMETALL Gesamtverband der Arbeitgeberverbände der Metall- und Elektro-Industrie e.V. Voßstraße 16 - 10117 Berlin Verantwortliche Leitung Wolfgang Gollub Redaktion und Gestaltung concedra GmbH, Bochum Druck color-offset-wälter GmbH & Co. KG, Dortmund Alle in dieser kompakt enthaltenen Inhalte und Informationen wurden sorgfältig auf Richtigkeit überprüft. Dennoch kann keine Garantie für die Angaben übernommen werden.