Blockchain. Grundlegende Funktionsweisen und Anwendungsszenarien in der öffentlichen Verwaltung

Inhalt

1 Einleitung

2 Grundlagen und Entstehung der Blockchain-Technologie
2.1 Was ist die Blockchain?
2.2 Woher stammt die Konzeption der Blockchain-Technologie?
2.3 Wo steht die Technologie derzeit?

3 Technische Mechanismen der (Bitcoin) Blockchain
3.1 Wesentliche „Eckpfeiler“ des Bitcoin-Systems
3.2 Dezentralität und Digitalität
3.3 Konsens-Mechanismus
3.4 Anonymität
3.5 Bitcoin-Clients und Wallets
3.6 Wie verläuft eine Transaktion im Netzwerk?

4 Anwendungsszenarien in der öffentlichen Verwaltung
4.1 Estland als „Vorreiter“
4.2 Eine Schweizer Kleinstadt zieht nach
4.3 Auch die Briten beschäftigt die Blockchain
4.4 Deutschland folgt den Vorbildern

5 Problemstellungen und offene Forschungsfragen

6 Fazit und Ausblick

Abbildungsverzeichnis

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

Der Begriff der „Blockchain“ macht seit geraumer Zeit in diversen Medien die Runde, doch kaum jemand kann den Begriff richtig einordnen. Viele denken, es handle sich hierbei „nur“ um die Umsetzung des alternativen Zahlungssystems Bitcoin, welches seit 2008 etabliert ist. Jedoch ist die Blockchain vielmehr.

Die Folgende Arbeit wird den Versuch unternehmen, die Entstehung, die Funktionsweise und die anwendungsorientierte Übertragung der Blockchain-Technologie auf die öffentliche Verwaltung mithilfe der Methode der Inhaltsanalyse bestehender Literatur zu analysieren und strukturiert darzulegen und damit die Frage zu klären, wie zukünftig mit der Technologie im Bereich der Verwaltung verfahren werden könnte.

Ziel soll es sein, ein Verständnis für die wesentlichen technischen und konzeptionellen Grundlagen hinter der Technologie zu erlangen, um anhand dessen Schlussfolgerungen für zukünftige Anwendungsszenarien ableiten zu können.

Hierfür wird zuerst ein kleiner geschichtlicher Abriss vorgenommen, der die konzeptionelle „Entstehungshistorie“ am Beispiel eines Zahlungsmittels auf der pazifischen Insel Yap dargelegt, die letztlich einen Beitrag zur Entwicklung der ersten Anwendung einer (digitalen) Blockchain, dem Bitcoin, geleistet hat.

Darauf basierend wird geklärt, in welchem Entwicklungsstadium sich die Blockchain-Technologie derzeit befindet und welche technischen Grundpfeiler dazu führen, dass die Technologie für die öffentliche Verwaltung zukünftig an Bedeutung gewinnen wird.

Anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele ans den Ländern Estland, Schweiz, Großbritannien und Deutschland soll die praktische Bedeutung der Blockchain deutlich gemacht werden.

Im letzten Teil wird auch die „Schattenseite“ der Technologie bzw. derzeit offene Forschungsfragen und Problemstellungen beleuchtet, welche es im Hinblick auf die sinnvolle Nutzbarmachung der Technologie zu bewältigen gilt.

Der Leser soll nach dem Studium dieser Arbeit die Grundlagen der Technologie verstanden haben, offene Forschungsfragen definieren können und Lust darauf bekommen, tiefergehende Studien anzustellen.

Viel Spaß beim Lesen!

2 Grundlagen und Entstehung der Blockchain-Technologie

2.1 Was ist die Blockchain?

Die noch recht junge Blockchain-Technologie ist vereinfacht gesagt eine Kombination aus bereits bestehenden Einzeltechnologien, deren geschicktes Zusammenwirken es erlaubt, ohne Mithilfe und Einbeziehen eines Intermediäres, einer sogenannten „Trusted Third Party“, vertrauenswürdige Aufzeichnung und Abwicklung von Transaktionen zu gewährleisten.

Transaktionen jedweder Art (z.B. E-Payment-Vorgänge, Register- und Eigentumseiträge, Herkunftsnachweise, Beglaubigungen, digitale Identitäten oder gar Wahlvorgänge) können hierbei in einem verteilten, dezentralen Register in chronologischer Reihenfolge, unveränderbar, nachvollziehbar und miteinander verkettet, abgelegt werden^[1]. Im englischsprachigen Raum bezeichnet man die Blockchain deshalb auch treffend als „Distributed Ledger“^[2], also ein „verteiltes Hauptbuch“.

Abbildung 1: Vergleich "klassische" Intermediäre und Blockchain^[3]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Vertrauensbildung in Bezug auf die Protokollierung, Prozessdurchführung und Transaktionsabsicherung innerhalb der Blockchain wird unter Abwesenheit einer Trusted Third Party (z.B. Finanzinstitute, Notare, Ämter und Behörden, etc.) durch das Zusammenspiel einer Netzwerkinfrastruktur auf Peer-to-Peer-Basis (P2P-Netzwerk), sowie digitaler Signaturen (Kryptografie) und der stetigen Lösung eines rechenintensiven und auf Algorithmen basierenden „Rechenrätsels“^[4] gewährleistet, wobei das erfolgreiche Lösen des Rätsels vom System „belohnt“ wird und demnach einen Anreiz für die Netzwerkteilnehmer bietet, für das System und nicht gegen das System zu arbeiten.

Einzelne Transaktionen im Netzwerk werden in regelmäßigen Abständen zu sogenannten Blöcken zusammengefügt. Die fertiggestellten Blöcke werden anschließend über kryptografische Prozesse untrennbar miteinander verkettet. Aus der Verkettung der Blöcke resultiert auch die Namensgebung der Blockchain. Jede Transaktion innerhalb der Blockchain ist dabei für jeden Netzwerkteilnehmer jederzeit einsehbar, also transparent, wobei der einzelne Netzwerkteilnehmer über ein Pseudonym in Sachen Privatsphäre geschützt ist^[5].

2.2 Woher stammt die Konzeption der Blockchain-Technologie?

Fest steht, dass das Konzept des dezentralen Vorhaltens und der vernetzten Weitergabe und gegenseitigen Validierung von Informationen über die Änderung von Rechten an materiellen Gütern keine Errungenschaft des digitalen Zeitalters ist. Derartige Transaktionenverfahren finden seit hunderten von Jahren statt.

An dieser Stelle sei ein kleiner Exkurs gestattet, um diesen Punkt näher zu erläutern. Auf der pazifischen Insel Yap verwendet man seit mehreren Jahrhunderten riesige, teils tonnenschwere Steine, sogenannte Rai-Steine, als reguläres Zahlungsmittel. In Ermangelung von Bodenschätzen wie Edelmetallen oder -steinen als adäquates Tauschmittel für den Handel mit Grundstücken, Immobilien und Handelswaren blieb den Bewohnern der Insel keine Alternative, als auf der 400 Kilometer entfernten Nachbarinsel Palau Steine unter großen Mühen abzubauen und mittels einfachen Booten auf ihre Insel zu transportieren, um sie dort zu kreisrunden Scheiben mit einem Loch in der Mitte (für den Weitertransport zwecks Tausch auf der Insel) weiterzuverarbeiten.

Abbildung 2: Rai-Stein auf der Insel Yap^[6]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Seit 1931 wurde jedoch kein Rai-Stein mehr hergestellt und nach und nach wurde der amerikanische Dollar als Zahlungsmittel eingeführt.

Das Erstaunliche jedoch ist die Art und Weise, wie auf Yap mit den Rai-Steinen Handel betrieben wurde und in Teilen heute noch wird. Anstatt sie mühevoll zu transportieren, beließen die Inselbewohner die schweren Steine an Ort und Stelle (z.B. angelehnt an Häuser, Straßenränder o.ä.) und gaben lediglich das Wissen um den Besitz des Steins in Umlauf.

Kam es also zu einem Tauschgeschäft, so händigte der Verkäufer dem Käufer die Ware bzw. Immobilie aus, wohlwissend, dass er nun der Besitzer eines gleichwertigen Rai-Steines ist, der möglicherweise am gegenüberliegenden Ende der Insel lagerte^[7]. Der Verkäufer konnte dem Käufer hierbei ohne Zutun einer zentralen Instanz (Intermediär) wie beispielsweise einer Bank, welche über vorgenommene Transaktionen Buch führt, vertrauen, dass er der rechtmäßige Besitzer des entsprechenden Steins ist, da die Information über den Besitz sämtlicher Steine auf der Insel bereits allen Inselbewohnern bekannt waren und jede neue Transaktion, also Veränderung der Besitzverhältnisse an den Steinen, sofort den anderen Dorfbewohnern und in letzter Konsequenz der gesamten Insel bekanntgemacht wurden.

Diese dezentrale und einheitliche Verteilung des Wissens auf der gesamten Insel hat zu einem hohen Grad an Vertrauen bei der Abwicklung entsprechender Transaktionen geführt. Übertragen auf die grundlegenden Funktionsweisen der heutigen Blockchain-Technologie und dessen Hauptzielsetzung, der Vertrauensbildung ohne Intermediär, kann man also durchaus feststellen, dass die Bewohner der Insel Yap eine der ersten Gesellschaften sind, die das Prinzip der Blockchain auf ihr Handelssystem angewandt haben.

2.3 Wo steht die Technologie derzeit?

Erst im 21. Jahrhundert, nämlich am 31. Oktober 2008, also etwa zeitgleich mit der jüngsten weltweiten Bankenkrise und dem daraus resultierenden enormen Vertrauensverlust der weltweiten Anleger in die funktionierende Regulierung des Bankensystems, hat eine Person oder Gruppe unter dem Pseudonym „Satoshi Nakamoto“ (die genaue Identität ist bis heute ungeklärt), ein Whitepaper mit dem Titel "A Peer-to-Peer Electronic Cash System" veröffentlichte und damit den Weg für die alternative Zahlungsmethode Bitcoin als ersten digitalen Anwendungsfall für die Blockchain geebnet^[8].

Ob sich Bitcoin oder andere Alternativkryptowährungssysteme, sogenannte Altcoins^[9], zukünftig als alternatives Zahlungsinstrument zum Giral- und Bargeld durchsetzen wird, ist aus derzeitiger Sicht schwer zu sagen. Wenn man den aktuell veröffentlichten Zahlen Glauben schenkt, so kann die Marktkapitalisierung aller derzeit gehandelten Coins (tagesaktuell auf https://coinmarketcap.com abrufbar) von derzeit etwa 473 Milliarden US-Dollar (Stand: 05. März 2018) im Vergleich zu etwa 10 Milliarden US-Dollar am 05.03.2014 durchaus als ein erstes Anzeichen für die zunehmende Akzeptanz und den Ausbau der Technologie in Form konkreter technischer Anwendungen gedeutet werden.

Ein zweites Indiz für den derzeitigen Stand und zukünftige Entwicklung der Blockchain-Technologie liefert der Gartner Hype Cycle, der die Blockchain derzeit noch mit zwar mit überzogenen Erwartungen einordnet, gleichzeitig jedoch eine Prognose abgibt, dass die Technologie in ca. fünf bis zehn Jahren ihre volle „Reife“ entfaltet und somit ihr „Plateau of Productivity“ erreicht haben könnte (siehe Abbildung 3). Die Blockchain steckt somit also noch in den Anfängen Ihrer Entwicklung.

Abbildung 3: Derzeitige Erwartungshaltung gegenüber Blockchain gem. Gartner^[10]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In einem Punkt sind sich viele Institutionen wie der IWF oder diverse EU-Organe, sowie Forschungseinrichtungen wie z.B. das Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme, die die Implementierung der Blockchain-Technologie, sowie die Nutzbarmachung von Kryptowährungen untersuchen, derzeit einig: Die Blockchain-Technologie und damit die transparente, unveränderliche, sowie rechtssichere Abwicklung und Dokumentation von Transaktionen, wird als zukunftsträchtig wahrgenommen und ihr Anwendungspotenzial wird derzeit umfänglich getestet und bewertet (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Stimmen zu Blockchain und Kryptowährungen^[11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[...]

^[1] Vgl. Christian Welzel u. a., „MYTHOS BLOCKCHAIN: HERAUSFORDERUNG FÜR DEN ÖFFENTLICHEN SEKTOR“, hg. von Kompetenzzentrum Öffentliche IT und Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS (Berlin, 2017), https://cdn0.scrvt.com/fokus/1ce7946ad1882e46/18ab9d5982ef/Mythos-Blockchain---Herausforderung-f-r-den--ffentlichen-Sektor.pdf. S. 7.

^[2] Vgl. Elfriede Sixt, Bitcoins und andere dezentrale Transaktionssysteme - Blockchains als Basis einer Kryptoökonomie (Wien: Springer Gabler, 2017). Kap. 2.2.

^[3] Welzel, „Blockchain für die Öffentliche Verwaltung - Bedeutung und Einsatzfelder“. S.5.

^[4] Vgl. Welzel u. a., „Mythos Blockchain: Herausforderung für den öffentlichen Sektor“. S. 7.

^[5] Vgl. Welzel u. a. S. 7.

^[6] o.V., „Rai (Währung)“.

^[7] Vgl. Custers, „Der Yap-Stein“.

^[8] Vgl. Sixt, Bitcoins und andere dezentrale Transaktionssysteme - Blockchains als Basis einer Kryptoökonomie. Kap. 1.

^[9] Vgl. Sixt. Kap. 4.

^[10] Panetta, „Top Trends in the Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies, 2017“.

^[11] XING - Ein Kulturmagazin, „Blockchain: Dezentralisiert euch!“. S.8.