„Ein fundamentaler Treiber für die Anwendung und Weiterentwicklung der Kryptographie“

Das Fraunhofer-Institut in Bayreuth entwickelt mit seinen Partnern aus der Industrie und dem öffentlichen Sektor Anwendungen auf Basis der Blockchain-Technologie. Wir haben nachgefragt, was sich Wissenschaftler und Unternehmen von der Technologie versprechen.

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist eine recht spezielle Einrichtung, wie sie es vermutlich nur in Deutschland gibt: Eine Sammlung von Instituten, die sich als Schnittstelle zwischen Forschung und Industrie verstehen. Die zahlreichen Fraunhofer-Institute in Deutschland machen auf der einen Seite die Forschung für Unternehmen anwendbar, tragen aber auf der anderen Seite die Bedürfnisse der Wirtschaft in die Wissenschaft.

In der Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik (FIT) in Bayreuth beschäftigen sich die Forscher auch mit der Blockchain-Technologie. Dies entsprang, typisch Fraunhofer, einerseits aus dem Interesse von Doktoranden und Professoren, andererseits aus der Nachfrage der Unternehmen nach Informationen zu und innovativen Anwendungsmöglichkeiten für die neuen Technologie.

Wir haben mit einem Forscher, Johannes Sedlmeir, gesprochen, um zu erfahren, was konkret das Fraunhofer-Institut und seine Partner an Blockchain interessiert und wie ihre Sicht auf die Branche und Technologie ist.

Das klassische Motiv für die Blockchain

Sedlmeir stieß während einer Arbeit für das Verkehrsministerium auf die Blockchain-Technologie und blieb bei dem Thema hängen. Er begann damit, sich in die zugrundeliegenden technischen Bestandteile von Blockchains einzuarbeiten.

Danach führte er mehrere Projekte, etwa mit einem Automobilhersteller, durch, bei denen es auch um die Einsatzmöglichkeiten und Performance privater Blockchains ging. Das Ergebnis ist unter anderem ein wissenschaftliches Paper und ein Framework, um etwa die maximal mögliche Anzahl an Transaktionen pro Sekunde zu testen. Heute beschäftigt sich der Doktorand, der ursprünglich Mathematik und theoretische Physik studiert hat, vor allem mit der Vereinbarkeit von auf Blockchain-Technologie basierenden Softwarearchitekturen und Skalierbarkeits- sowie Datenschutzanforderungen.

Aber was konkret erwarten die Partner aus der Wirtschaft von der Blockchain? Sie erhoffen sich, erklärt Sedlmeir, „organisationsübergreifende Abläufe digitalisieren und automatisieren zu können“. Das würde, natürlich, auch ohne Blockchain gehen. Aber dies würde die Unternehmen in der Regel in Abhängigkeit von zentralen Plattformen bringen, was sie vermeiden wollen. Mit einer Blockchain, so die Hoffnung, können sie kooperieren, ohne einem Plattformbetreiber vertrauen zu müssen. Eigentlich ein sehr klassisches Motiv: Cut out the Middle Men – entfernt die Mittelsmänner.

Am stärksten ausgeprägt ist das Interesse dabei bei der Verwaltung von Lieferketten. Für viele Unternehmen wäre es reizvoll, die Lieferkette für alle Involvierten transparent und validierbar zu machen, aber erneut scheuen sie sich, sich in Abhängigkeit einer Plattform zu begeben. Interessant ist für viele auch die Dezentralisierung des doch sehr zentralisierten und überkomplexen Energiemarktes. Oder das „Roaming zwischen unterschiedlichen Anbietern von Ladesäulen für Elektroautos.“

Projekte zerbröckeln oft am Kontakt mit der Wirklichkeit

Es gibt also mehrere Felder, auf denen ein großes Interesse am Einsatz von Blockchain-Technologie besteht. Allerdings blieb es bisher häufig bei Machbarkeitsstudien und Prototypen. „Etwas Produktives ist bis auf wenige Ausnahmen in meinen Augen noch nicht entstanden. Man könnte sagen, die Unternehmen spielen noch mit der Blockchain und erkunden mögliche Einsatzgebiete.“

Mit ein Grund für die schleppende Umsetzung in die Produktion sind die Probleme der Technologie, auf die das Institut und seine Partner immer wieder stießen: Wie schafft man eine Governance-Struktur, die es den Unternehmen ermöglicht, sich auf Standards zu einigen? Welche Daten will man herausgeben und welche nicht? Wie können Unternehmen ihre Privatsphäre wahren, während die Daten dennoch verifizierbar sind oder mit ihnen in Smart Contracts gerechnet werden kann? Und, natürlich: Wie skaliert man eine Blockchain auf das Performance-Niveau, das die Industrie benötigt?

Unter diesen Problemen sind schon diverse Projekte am Kontakt mit der Wirklichkeit „zerbröckelt.“ Echte Erfolgsgeschichten aus Deutschland in der Industrie kann Sedlmeir nicht nennen; er verweist auf MediLedger, eine private Blockchain, die in den USA einem Zusammenschluss von Pharmaunternehmen hilft, Medikamentenfälschungen zu bekämpfen. Hier werden die Herausforderungen von Blockchains hinsichtlich sensitiver Daten mit Zero-Knowledge Proofs adressiert; die Architektur ist dabei nahe an die von Zcash angelehnt.

Derzeit scheitern die meisten Projekte aber an der hohen Komplexität der Vereinbarkeit von Transparenz und Privatsphäre. Die meisten Unternehmen versuchen zunächst eine „permissioned“ Blockchain wie Hyperledger Fabric. Dabei kann man die Herausforderungen im Zusammenhang mit sensitiven Daten und Performance-Problemen einfacher beherrschen, da die Anzahl und Art der Teilnehmer kontrollierbar ist; vollständig lösen kann man diese Probleme aber durch diesen Ansatz in der Regel auch nicht.

Die Zukunft gehört öffentlichen Blockchains

Sedlmeir erkennt die Vorteile offener Blockchains an; er meint sogar, dass private Blockchains langfristig möglicherweise gar keine Existenzberechtigung haben werden. Allerdings überwiegen derzeit aus Sicht der Wirtschaft die Probleme offener Blockchains, von dem nicht kontrollierbaren Zugang über die niedrige Skalierbarkeit zur Abhängigkeit von Open-Source-Entwicklern.

Der Forscher ist aber überzeugt, dass diese Probleme zu lösen sind. Dann „werden Sachen entstehen, welche man sich derzeit noch nicht erträumen kann. Da jedoch alles sehr komplex ist und selbst Experten oftmals nicht alles verstehen, wird es eine Welle geben, in welcher sich die Spreu vom Weizen trennt. Das konnte man bereits beim x-ten Blockchain Projekt und genauso beim ICO-Hype beobachten.“

Eine der Technologien, die er mit Begeisterung verfolgt, sind die Zero-Knowledge-Rollups, wie sie bei Ethereum schon zum Einsatz kommen. „Sie ermöglichen die Zusammenfassung und Verifizierung von vielen Transaktionen mit wenig Speicherplatz und Aufwand, wodurch möglicherweise das Problem der Skalierbarkeit gelöst wird, aber auch Privacy-Herausforderungen teilweise oder sogar gänzlich gemeistert werden können.“

Aber bisher hat die Blockchain für die Forscher am Fraunhofer-Institut und ihren Partnern aus der Wirtschaft vor allem eine indirekte Wirkung. Sie ist „ein fundamentaler Treiber für die Weiterentwicklung der Kryptographie. Mir ist kein anderes Thema bekannt, das eine so große Nachfrage nach Technologien wie Public Key Infrastrukturen, digitalen Signaturen, Zero-Knowledge Proofs, Multi-Party Computation oder Homomorphic Encryption ausgelöst hat. Durch die Blockchain ist der omnipräsente Einsatz von Kryptographie im Alltag, von dem Kryptographen früher geträumt haben, Realität geworden.“

Darüber hinaus haben viele Mitarbeiter in Unternehmen durch die Beschäftigung mit der Blockchain zum ersten Mal von Technologien erfahren, die es schon seit Jahrzehnten gibt: Hashes und Merkle Trees, asymmetrische Kryptographie, verteilte Datenbanken und mehr. Das macht die Blockchain bisher weniger zu einer Technologie, die direkt produktiv eingesetzt wird, als vielmehr einer inspirierenden und aufklärenden Technologie, in deren Umfeld Innovationen der letzten Jahrzehnte, unter anderem aus der Kryptographie und dem Bereich des verteilten Berechnens, in die Praxis getragen werden.