Blockchain bietet Anwendungen, die weit über Bitcoin hinausgehen, hat jedoch seine eigenen Einschränkungen


Stephen Ornes

Im Jahr 2008 führte Satoshi Nakamoto die Welt in Bitcoin ein, eine volatile digitale Währung, die an keine bestimmte Institution oder ein bestimmtes Land gebunden ist (1). (Satoshi Nakamoto wurde schnell als Pseudonym entlarvt; die wahre Identität des Erfinders oder der Erfinder bleibt unbekannt.) In den folgenden Jahren ist der Wert von Bitcoin gestiegen, gesunken und wieder gestiegen, während eine Flut neuer Kryptowährungen entstanden ist von unterschiedlicher Stabilität und Legitimität. Bitcoin und die anderen haben ihre Booster und ihre Kritiker (siehe Stellungnahme: Bewertung, Liquiditätspreis und Stabilität von Kryptowährungen, https://www.pnas.org/content/115/6/1131).

Blockchain wird für immer mit Kryptowährungen verknüpft sein, aber Forscher haben begonnen, ungenutzte Anwendungen für den sicheren Ledger-Ansatz von Blockchain zu untersuchen. Bildnachweis: Shutterstock / Iaremenko Sergii.

Bitcoin war jedoch nicht nur als virtuelle Währungsinnovation revolutionär. Es wurde auch eine neue Möglichkeit für Investoren und andere eingeführt, diese Währung zu erhalten, zu überwachen und zu handeln. Benutzer erfassen und sichern Finanztransaktionen zusammen mit einem Zeitstempel mithilfe der Blockchain, einem von Nakamoto entwickelten Buchführungssystem, das sich von allen herkömmlichen Buchführungssystemen unterscheidet. Eine Blockchain wird nicht auf einem zentralen Computer gespeichert oder von einem einzelnen Boss gesteuert. Stattdessen wird es verteilt. Dies bedeutet, dass jeder Benutzer in einem Blockchain-Netzwerk über eine Kopie des gesamten Hauptbuchs verfügt. Informationen werden auch durch einen Konsensalgorithmus geschützt – ein Computerprogramm, mit dem das Netzwerk Transaktionen validieren kann.

Blockchain wird für immer mit Kryptowährungen verknüpft sein, aber viele Forscher haben begonnen, ungenutzte Anwendungen für den sicheren Ledger-Ansatz von Blockchain zu untersuchen. Dank seiner eingebauten Mechanismen für Vertrauen und Zuschreibung eignet es sich hervorragend für die Organisation von Netzwerken, in denen Personen Informationen austauschen möchten – ein potenziell großer Vorteil für die Verfolgung von Informationen in allen Arten von wissenschaftsbezogenen Systemen. Zu den Anwendungen zählen die Erschließung neuer Möglichkeiten zur Verwaltung verteilter elektrischer Netze, die Verfolgung regulierter Lebensmittel und Medikamente, die Überwachung von Geräten im immer weiter wachsenden Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) sowie die schnelle und genaue Dokumentation neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse.

Blockchain selbst ist aber auch anfällig für Hype. Einige vorgeschlagene Anwendungen sind möglicherweise nicht sinnvoll. "Wirklich gibt es nur zwei oder drei Dinge, mit denen Blockchain das Gegenteil bewirkt", sagt der Informatiker David Mazières, Mitdirektor des Zentrums für Blockchain-Forschung an der Stanford University in Palo Alto, Kalifornien. Dazu gehören eine Möglichkeit für zwei Personen, eine Transaktion zu tätigen, insbesondere wenn sie sich nicht vertrauen, und eine manipulationssichere Aufzeichnung des Transaktionsverlaufs. Wenn ein System diese Komponenten nicht benötigt, gibt es wahrscheinlich eine bessere Möglichkeit, die Informationen zu verwalten.

„Eines der Dinge, die ich die Leute frage, ist, wie Ihr Projekt die spezifischen Funktionen der Blockchain nutzt“, fügt Mazières hinzu. "Wenn Sie eine zentral vertrauenswürdige Partei haben, benötigen Sie keine Blockchain." Obwohl er von den jüngsten Fortschritten bei den Blockchain-Technologien begeistert ist, fordern viele Projekte keine eindeutigen Attribute der Blockchain. "Es gibt auch eine Menge fehlgeleiteter Bemühungen."

Sogar geeignete Projekte müssen möglicherweise ihren Ansatz anpassen. Die Blockchain-Version von Bitcoin ist ein unhaltbares Modell, betonen Skeptiker. Der Konsensalgorithmus ist zu umständlich und energieintensiv, das Hinzufügen von Transaktionen ist relativ langsam und erfordert viel Datenspeicher, da jeder Benutzer eine Kopie des gesamten Hauptbuchs führen muss. Öffentlich zugängliche Blockchains bereiten auch Datenschutzprobleme. Daher muss in bestimmten Einstellungen die Blockchain möglicherweise optimiert werden, um den Sicherheits-, Energie- und Benutzeranforderungen von Netzwerken jenseits von Kryptowährungen gerecht zu werden.

Vor allem, so Elektroingenieur Krishna Ratakonda von IBM, müssen die Menschen einen Anreiz haben, sich daran zu beteiligen. Eine Blockchain, die Daten von Kunden sammelt, ohne dafür Gegenleistungen zu erbringen, wird wahrscheinlich nicht viele Booster anziehen. "Dies sind die Situationen", sagt Ratakonda, "in denen die Dinge auseinanderfallen."

Eine Blockchain besteht aus einem "Block" von Daten, die als alphanumerischer Code geschrieben sind. Dies kann nur hinzugefügt werden, wenn das Netzwerk dies genehmigt und validiert. Bei Bitcoin erfolgt dies über einen Algorithmus zum Nachweis der Arbeit. Das bedeutet, dass alle der Kette hinzugefügten Blöcke mit der Lösung eines Rechenproblems codiert werden müssen, das schwer zu knacken, aber leicht zu überprüfen ist (z. B. die Primfaktoren einer großen Zahl zu finden). Das gesamte Netzwerk kann die Lösung validieren, das Hinzufügen überprüfen und den Block mit einem Zeitstempel zur Kette hinzufügen. Die Stärke von Bitcoin liegt in seiner Größe: Jeder Benutzer kann diese Lösung beobachten und Informationen werden durch Konsens geschützt.

Bitcoin-Benutzer haben einen Anreiz, das Netzwerk am Laufen zu halten, da sie beträchtliche Energie und Ressourcen in ihre Teilnahme investiert haben. Es gibt auch einen finanziellen Anreiz. Benutzer, die diese Probleme lösen, erhalten Einheiten der Kryptowährung. Das Proof of Work-Erfordernis rät von Hacking ab, da das Aufbrechen in die Blockchain Zeit und Energie erfordert, um einen einzelnen Block zu entschlüsseln, jedoch ohne Anreiz oder Unterstützung durch das Netzwerk.

"Proof of Work war ein guter Ausgangspunkt, um alle ehrlich zu halten", sagt Ratakonda. Es war ein Konzept, dem jeder vertrauen konnte, auch wenn sie einander nicht vertrauten, stellt er fest. "Das war wirklich eine Notwendigkeit."

Proof of Work erfordert jedoch ernsthafte Rechenleistung, sodass führende Informatiker nach alternativen Methoden suchen, um die Vertrauenswürdigkeit zu bestätigen. Beispielsweise genehmigt das Brooklyn Microgrid, mit dem Verbraucher mithilfe von Sonnenkollektoren und anderen Mitteln Strom erzeugen und an ihre Nachbarn verkaufen können, Benutzer einzeln und validiert Transaktionen, anstatt einen Arbeitsnachweis zu verlangen.

Sowohl private als auch öffentliche Einrichtungen verfolgen bereits Blockchain-Systeme. Walmart hat angekündigt, mit IBM zusammenzuarbeiten, um ein Blockchain-basiertes System zu entwickeln, mit dem die Verteilung des Kopfsalats verfolgt werden kann, um die Herkunft des Kopfsalats zu ermitteln Salmonellen Kontamination oder andere Ausbrüche (2). Einige Versicherungsunternehmen testen Blockchain-Ansätze, um die Deckung von Schadensfällen zu überprüfen, Betrug einzudämmen und die laufenden Kosten zu senken (3). Amazon bietet Verbrauchern einen Service zum Erstellen und Verwalten von Blockchain-Netzwerken mit Hyperledger, einem Blockchain-Framework. Und die US-amerikanische Food & Drug Administration hat einen Pilotplan gestartet, der mithilfe der Blockchain verschriebene Medikamente verfolgt (4).

Die Verwendungen werden sich wahrscheinlich vervielfachen. Viele Online-Geräte, die Teil eines wachsenden IoT sind, sind bekanntermaßen unsicher gegen Hacks. Dies liegt zum Teil daran, dass Hacker Software-Schwachstellen finden und ausnutzen können, bevor die Benutzer sie erkennen oder die Hersteller sie beheben können. Blockchain bietet möglicherweise eine Lösung. Wenn sein Hauptbuch manipulationssicher ist, kann es jede Transaktion zwischen intelligenten Geräten aufdecken, einschließlich des unbefugten Zugriffs durch Hacker. Ein intelligentes Schloss kann beispielsweise anzeigen, wer wann ein Haus betreten hat, und unbefugte Eingaben erkennen. 2017 kündigte ein Konsortium von Technologiegiganten wie Cisco und Bosch an, neue Projekte mithilfe der Blockchain zu untersuchen, um die IoT-Sicherheit zu verbessern. "Blockchain ist ein nahezu perfektes Prüfinstrument", sagt der Software-Ingenieur Konstantinos Christidis, der zu Hyperledger Fabric beiträgt, einem Blockchain-Framework, das von der Linux Foundation gehostet und von IBM verwendet wird.

Die Blockchain kann zwar Eindringlinge erkennen, sie kann sie jedoch nicht aufhalten. Geräte können so gehackt werden, dass sie nicht durch eine Blockchain gekennzeichnet werden. Ratakonda weist darauf hin, dass IoT-Netzwerke bereits solide Möglichkeiten für den Datenaustausch bieten und Blockchain in solchen Fällen keinen Vorteil bieten würde. "Wenn die vorhandenen ausreichen, warum brauchst du dann eine Blockchain?"

Das Brooklyn Microgrid verwendet ein Blockchain-basiertes System, mit dem Menschen Energie an ihre Nachbarn verkaufen können, ohne die Kosten eines großen zentralen Energieversorgungsunternehmens zu tragen. Bildnachweis: Sasha Santiago von Storylabs I / O für Brooklyn Microgrid.

Mit „intelligenten“ Stromnetzen können Menschen mit Sonnenkollektoren oder Windkraftanlagen bereits Energie an ein Energieunternehmen verkaufen. Einige Experten sagen jedoch, dass Blockchain-basierte Systeme es diesen Menschen ermöglichen könnten, Energie direkt an ihre Nachbarn zu verkaufen, ohne die Kosten, die mit einem großen zentralen Energieversorgungsunternehmen verbunden sind, wie im Fall des Brooklyn Microgrid. Ein solcher Peer-to-Peer-Ansatz könnte Energienetze in lokale Systeme verwandeln.

Ab 2016 suchte die Forscherin Esther Mengelkamp am Karlsruher Institut für Technologie in Deutschland nach Wegen, „eine Energiegemeinschaft zu schaffen, die in Bezug auf Strom, Wärme und andere Arten von Energie völlig autark ist“, sagt sie. Umfragen ergaben, dass die Menschen interessiert waren, den Gemeinden jedoch die Mittel fehlten, um ein solches System einzurichten. Deshalb hat Mengelkamp begonnen, Blockchain-basierte Setups zu untersuchen, die zu den besten Systemen mit „intelligenten“ Verträgen gehören und mit denen Transaktionen automatisch ausgeführt werden können, wenn Käufer und Verkäufer einen bestimmten Preis oder eine bestimmte Nachfrage erreichen (5).

Funktionen wie intelligente Verträge könnten auch dazu beitragen, ein dringendes Problem in der Biomedizin zu lösen: die Monetarisierung personenbezogener Daten auf eine Weise, die sowohl Verkäufern als auch Käufern gerecht wird, während die Privatsphäre geschützt wird und Transparenz darüber besteht, wie diese Daten verwendet werden. „Alle reden über den Wert von Daten“, sagt der Physiker und Mathematiker Alex Zhavoronkov von Insilico Medicine in Hongkong, einem Unternehmen, das sich auf die Entdeckung neuer Medikamente konzentriert, indem es künstliche Intelligenz mit Blockchain kombiniert. „Aber die Leute haben Mühe, es richtig einzuschätzen. Wie viel sind Ihre Daten wert? "

Es könnte viel wert sein. Zhavoronkov sieht Blockchain als eine mächtige Organisationskraft für Gesundheitsfürsorge und biomedizinische Daten. "Ich denke, es wird irgendwann zu einer neuen Datenökonomie führen", sagt er.

Techniken wie die genetische Sequenzierung mit hohem Durchsatz generieren große Datenmengen und bieten Fragen zum Sammeln, Verwenden, Analysieren und Kontrollieren personenbezogener Daten. Zhavoronkov ist der Ansicht, dass private Blockchains – bei denen Patienten die Kontrolle darüber haben, wer Informationsblöcke sehen und verwenden kann – ein ansprechendes Organisationsprinzip bieten (6). Im Gegensatz zu öffentlichen Blockchains sind diese "berechtigten" Netzwerke nur für autorisierte Benutzer sichtbar (obwohl die Netzwerke für Hacks nicht unempfindlich sind).

Zhavoronkov hat mit einer Firma namens Longenesis in Hongkong zusammengearbeitet, die private Blockchain-Tools für Krankenhäuser und Pharmaunternehmen entwickelt, die mit Patienten verwendet werden können. "Wir behandeln Datenelemente als Vermögenswerte", sagt Garri Zmudze, CEO des Unternehmens. Laut Zmudze sollen Krankenhäuser und andere Institutionen einen Weg finden, Patientendaten zu monetarisieren, dies jedoch auf eine Weise, die für Patienten, die sich für eine Teilnahme entscheiden, transparent ist und von diesen kontrolliert wird. Die Gewährleistung der Sicherheit und des Datenschutzes eines solchen Netzwerks werde ein zentrales Thema sein.

Benutzer können im Blockchain-Ledger überprüfen, wer ihre Daten verwendet und wann und was damit passiert ist. Jeder Arztbesuch, jede Verschreibung, jeder Behandlungsplan und jeder Informationsaustausch würden im Hauptbuch vermerkt. Wenn Personen einer Teilnahme an einer klinischen Studie zustimmen, werden ihre Zustimmung – und die Bedingungen dieser Zustimmung – aufgezeichnet. Mit intelligenten Verträgen könnten sie diesen Prozess automatisieren.

Zmudze geht noch einen Schritt weiter und schlägt vor, dass die Merkmale der Blockchain die Hindernisse für den medizinischen Fortschritt verringern können. Wenn ein norwegisches Pharmaunternehmen eine internationale Studie zu Männern eines bestimmten Alters und mit einem bestimmten Gesundheitszustand durchführen möchte, kann es mithilfe der Blockchain eine Transaktion mit der Informationsanforderung erstellen, anstatt Patienten über zusammenarbeitende Einrichtungen rekrutieren zu müssen. Wenn Patienten der Teilnahme zustimmen, wird ihre Zustimmung im Hauptbuch protokolliert.

Das vielleicht größte Hindernis für diesen Ansatz ist die Sicherheit, da Blockchain-Ledger alle Transaktionen offenlegen. Zmudze ist der Ansicht, dass die Herausforderung überwunden werden kann: Ein Ledger würde Transaktionen zu den Daten enthalten, nicht jedoch zu den Daten selbst. Auf diese Weise können diese Daten gelöscht werden – ohne dass die gesamte Blockchain gelöscht werden muss. „Der Patient hat nicht nur den Mechanismus, die Daten zu kontrollieren, sondern auch den Mechanismus, um die Vorgeschichte zu sehen“, sagt Zmudze.

Am Knowledge Lab der Universität Chicago hat der Soziologe James Evans darüber nachgedacht, wie Blockchain den wissenschaftlichen Prozess selbst revolutionieren könnte.

Ein traditionell veröffentlichter wissenschaftlicher Artikel bündelt viele Informationen zu einem ordentlichen, diskreten Paket, das die darin enthaltenen Arbeiten häufig nicht genau wiedergibt. "Es ist ein sehr klobiges System", sagt Evans. In den letzten vier Jahrzehnten hat der Aufwand für die Erstellung einer wissenschaftlichen Arbeit dramatisch zugenommen. Ein einzelner biomedizinischer Artikel enthält jetzt durchschnittlich doppelt so viele Experimente wie ein Artikel, der Ende der 1970er Jahre veröffentlicht wurde (7). "Wir packen immer mehr Material in diese Papiere und geben in gewisser Weise weniger Details", sagt Evans.

Dieses Detail könnte wichtig sein. Forscher teilen in der Regel keine negativen Ergebnisse, Berichte über fehlgeschlagene experimentelle Ansätze oder Umrisse von experimentellen Methoden, die funktionierten, aber die Hypothese des Forschers nicht stützten. "Ein Bewusstsein für experimentelle Sackgassen könnte anderen helfen, die gleichen Fehler nicht zu wiederholen", sagt Evans. Und neuartige Methoden, die für ein Experiment nicht funktionierten, könnten für ein anderes nützlich sein.

Ein Blockchain-Netzwerk könnte helfen, sagt Evans. Blockchain könnte einzelne Beiträge zu einer wissenschaftlichen Entdeckung aufschlüsseln. Anstatt nur in einem veröffentlichten Artikel nach seinen Ergebnissen und experimentellen Ergebnissen zu suchen, könnten Forscher neue Methoden und Techniken und die potenziell informativen Sackgassen, die sie auf dem Weg finden, austauschen.

"Solange sich nicht einige Institute für dieses Konzept entscheiden, wird es nicht von alleine losgehen. Es muss genug Schwung bekommen, damit es eine sinnvolle Sache wird. “

– James Evans

Mazières sieht einige Vorteile. Der manipulationssichere Zeitstempel von Blockchain kann Forschern dabei helfen, festzustellen, wer was wann getan hat, und kann ihnen sogar dabei helfen, ihre Arbeit fortzusetzen. „Grundsätzlich kann es nützlich sein, dies zu tun [researchers] sich dazu verpflichten, was sie tun oder beabsichtigen “, sagt er.

Blockchain ist alles andere als perfekt. Neben dem Energie- und Rechenaufwand nennt Ratakonda Transparenz als große Herausforderung. Einige Blockchain-Plattformen wie Hyperledger und Quorum, die von JP Morgan Chase entwickelt wurden, sind für jeden transparent. "Diese würde ich empfehlen", sagt Ratakonda. Er macht sich Sorgen um die Verbreitung privater Blockchains, bei denen nicht alle Benutzer Zugriff auf das gesamte Hauptbuch haben.

Laut Ratakonda ist Datenschutz jedoch „wahrscheinlich die größte Herausforderung“ für die Implementierung von Blockchain-Netzwerken. Ein Hacker, der sich beispielsweise virtuell als Patient ausgibt, kann möglicherweise immer noch auf elektronische Gesundheitsakten zugreifen – oder Identitäten in einem öffentlichen Netzwerk entschlüsseln oder den privaten Schlüssel einer Person abrufen und deren Daten kontrollieren. Blockchains, die mit den besten kryptografischen Algorithmen von heute verschlüsselt und nie aktualisiert wurden, sind möglicherweise weiterhin anfällig für zukünftige Hacker.

Und manchmal gibt es bessere, einfachere Alternativen, wie Mazières und andere Forscher betonen. Intelligente Verträge allein rechtfertigen beispielsweise nicht die Verwendung einer Blockchain. "Ein intelligenter Vertrag ist nur ein anderes Wort für ein Programm", sagt er, und es ist möglich, diese Programme ohne Verwendung einer Blockchain einzubauen. In vielen Fällen ist Blockchain möglicherweise nicht die geeignete technologische Lösung für das Problem. Ein typisches Beispiel: Die Forscher des noch in Betrieb befindlichen Landau Microgrid-Projekts entschieden sich letztendlich gegen die Blockchain-Technologie und entschieden sich stattdessen für ein anderes zentrales System, das weiterhin den Peer-to-Peer-Energiehandel ermöglicht.

Auch wenn Blockchain potenzielle Vorteile bietet, wird das institutionelle Buy-in eine große Herausforderung sein. Ein Paradebeispiel ist ein Blockchain-basiertes System, das die Kreditvergabe und die Mittelzuweisung unter den Forschern verbessert. "Solange sich nicht einige Institute für dieses Konzept entscheiden, wird es nicht von alleine losgehen", sagt Evans. "Es muss genug Schwung bekommen, damit es eine bedeutungsvolle Sache wird."

Veröffentlicht unter der PNAS-Lizenz.

Coins Kaufen: Bitcoin.deAnycoinDirektCoinbaseCoinMama (mit Kreditkarte)Paxfull

Handelsplätze / Börsen: Bitcoin.de | KuCoinBinanceBitMexBitpandaeToro

Lending / Zinsen erhalten: Celsius NetworkCoinlend (Bot)

Cloud Mining: HashflareGenesis MiningIQ Mining

Werbung: Immobilienmakler HeidelbergMakler Heidelberg

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close