Während die Speicherung von Daten in der Cloud als sichere Methode gilt, können Cloud-basierte Sicherheitsimplementierungen Daten weder vor Geräten mit beeinträchtigter Integrität noch vor Datenmanipulationen an der Quelle schützen. Darüber hinaus bedeutet die zentralisierte Architektur der meisten IoT-Anwendungen, dass die Ausfallsicherheit stark zu wünschen übrig lässt. Sollte die gesamte Verarbeitung aller Transaktionen nur noch in der Cloud erfolgen, könnte dadurch ein Mangel an Cloud-Ressourcen entstehen und der Geschäftsbetrieb zum Stillstand kommen.

Was ist eigentlich die Blockchain?

Blockchain ist eine Technologie, zur Erhöhung der Systemstabilität. Im Wesentlichen handelt es sich um eine verteilte Datenbank mit einer stetig wachsenden Liste von geordneten Datensätzen.

Blockchain ist eine Technologie, zur Erhöhung der Systemstabilität. Im Wesentlichen handelt es sich um eine verteilte Datenbank mit einer stetig wachsenden Liste von geordneten Datensätzen. Silicon Labs

Blockchain ist eine neue Technologie, welche die Systemstabilität erhöht. Das Grundkonzept der Blockchain ist einfach: Es handelt sich um eine Art verteilte Datenbank, oft auch als dezentral geführtes Kontobuch (Distributed-Ledger) bezeichnet, und sie unterhält eine stetig wachsende Liste von geordneten Datensätzen. Die Medien verbinden den Begriff Blockchain mit Transaktionen, intelligenten Verträgen oder Krypto-Währungen, jedoch besitzt die Technologie ein weitaus größeres Potenzial. Deshalb ist die Blockchain von bestimmten Implementierungen wie Bitcoin und Ethereum zu trennen. Zum Beispiel verbessern Walmart und Ford mithilfe der Blockchain das Versorgungsmanagement, ohne dass dabei Krypto-Währungen eine Rolle spielen. Die Konvergenz von Blockchain und IoT steht bei vielen Unternehmen auf der Agenda. Es sind bestehende Implementierungen, Lösungen und Initiativen in verschiedenen Bereichen außerhalb des IoT und der Finanzdienstleistungen entstanden.

Welche Vorteile bietet die Blockchain

Laut IBM bietet die Blockchain gleich mehrere Vorteile. So lassen sich einerseits durch den Wegfall von Mittelsmännern und Zwischenhändlern die Kosten reduzieren und andererseits durch die Verkürzung der Abwicklungszeit von Tagen auf Sekunden die Transaktionen beschleunigen. Zudem kommt es zu einem Vertrauensaufbau zwischen den Parteien und Geräten durch Blockchain-Kryptographie und zur Reduzierung des Risikos von Kollusionen und Manipulationen.

Um all diese Vorteile erreichen zu können vertritt IBM die Ansicht, dass alle Geräte in der Blockchain die Ressourcen zur Ausführung von Blockchain-Software haben sollten. Mit jedem Element in einem IoT-System, das Blockchain-Daten verarbeiten kann, könnte Blockchain also plötzlich als Lösung für jedes Problem dienen. Ganz so einfach ist es am Ende jedoch nicht.

Herausforderungen, die es zu meistern gilt

Verteilte Kontobücher sind offen und gehören in der Regel keinem Unternehmen. Jeder Computer, der mit einem verteilten Kontobuch verbunden ist, trägt die Bezeichnung „Knoten“. Die meisten Knoten verfügen nur über eine geringe Speicherkapazität im Verhältnis zu Cloud-Servern und halten deshalb nicht das gesamte Ledger. Jeder Block innerhalb des Kontobuchs hat eine maximale Größe von 1 MByte. Ein Desktop-Computer kann ohne weiteres eine vollständige Kopie des Kontobuchs aufnehmen, aber das ist bei den meisten IoT-Geräten noch nicht der Fall. Jedes Blockchain-System benötigt mindestens einige Vollknoten, die das komplette Kontobuch enthalten.

Ein weiteres Problem ist, dass für die Anzeige einer Transaktion ordnungsgemäße Berechtigungsnachweise notwendig sind. IoT-Sicherheitsfragen, wie die Inbetriebnahme von Geräten sowie ein sicheres Schlüsselmanagement, zählen bei IoT-Geräten zu den ungelösten Fragen, die noch nicht durch die Blockchain lösbar sind.

Unter der Prämisse einer zukünftigen Behebung dieser Einschränkungen ergänzt die Blockchain das IoT um eine verlockende kommerzielle Dimension. Ein Block enthält sowohl die Transaktion als auch den Vertrag. Ein IoT-Gerät kann Daten von einem anderen Gerät oder System kaufen oder an dieses verkaufen. Dies könnte zu einem transaktionalen System führen, das weniger anfällig für die Probleme der Ausfallsicherheit ist.

Mängel im Blockketten-Modell

Trotz seiner Vorteile weist das Blockketten-Modell durchaus noch einige Mängel auf. So ist die Blockchain nicht sehr gut skalierbar, was zu einer Zentralisierung führen könnte, die den Zweck des verteilten Kontobuchs zunichtemacht. Außerdem verfügen kleine Geräte nicht über die nötige Leistung, um alle Objekte eines Blockchain-basierten Ökosystems zu verschlüsseln. Die Produktion der prognostizierten Milliarden von IoT-Geräten soll in großen Stückzahlen und zu geringen Kosten erfolgen. Die meisten dieser Geräte sind aber nicht in der Lage, die erforderlichen Verschlüsselungsalgorithmen mit der gewünschten Geschwindigkeit auszuführen.

Probleme gibt es auch bezüglich der Lagerung. Auch wenn kein zentraler Server für die Speicherung von Transaktionen und Geräte-IDs mehr notwendig ist, muss die Speicherung des Kontobuchs auf dem Knoten selbst stattfinden. Da dieses jedoch im Laufe der Zeit immer weiter wächst, übersteigt dies die Möglichkeiten einer Vielzahl von intelligenten Geräten, wie zum Beispiel Sensoren, die eine sehr geringe Speicherkapazität haben (entweder interner Flash-Speicher oder externer NOR- oder NAND-Flash).

Zudem sind Interoperabilitätsprobleme nicht ausgeschlossen. Der Wert des IoT steigt durch eine Kombination verschiedener Datenquellen. Es fehlen aber Datenmodell-Standards für viele vertikale Märkte. Die zusätzliche Erweiterung des IoT um Blockchainfunktionen dürfte dieses Problem zusätzlich erschweren, ganz zu schweigen von den rechtlichen und Compliance-Problemen, die ein solches Transaktionsmanagement mit sich bringt. Abschließend ist noch auf die fehlende Expertise hinzuweisen. Es gibt nur wenige Menschen, die die Blockchain-Technologie wirklich verstehen und eine Vermischung mit IoT erhöht zusätzlich die Systemkomplexität.

Ein Blick in die Zukunft

Die Verschmelzung der Blockchain mit Milliarden von IoT-Geräten ist noch Jahre entfernt. Blockchain-Verarbeitungsaufgaben sind rechenintensiv und zeitaufwendig, und IoT-Geräte sind immer noch verhältnismäßig leistungsschwach, da sie nicht über die nötige Rechenleistung verfügen, um direkt an einer Blockchain teilzunehmen. Diese Einschränkung hat einen guten Grund: Die hohe Rechenlast trägt zum Schutz der Integrität bei. Deshalb ist diese Art von Anwendung also zunächst bei High-End-Gateways anzutreffen.

Die allgemeine Auffassung der Fachleute ist derzeit, dass die künstliche Intelligenz (KI) und die Blockchain das Wachstum des IoT beschleunigen; die Sache verhält sich allerdings umgekehrt. Das IoT ermöglicht nun ein Framework, in dem die Blockchain nützlich sein kann. Für die meisten Edge-Knoten ist es unausweichlich, die Blockchain-Funktionalität zunächst in einem Gateway zu implementieren, also einem Hardware-Gerät, das als Transaktionspunkt fungiert. Dies führt zu einer zusätzlichen Komplexität. Der für die Transaktion verantwortliche Edge-Knoten ist nicht das Gerät, das die Transaktion aufzeichnet. Demnach wäre der Edge-Knoten ein Peripheriegerät zum Gateway.

Doch auch wenn die Kombination von IoT und Blockchain noch nicht für die Gegenwart bereit ist, macht es Sinn sich bereits heute mit dieser Konvergenz zu beschäftigen. Blockchain-Dienste für das IoT könnten den offenen Datenaustausch zwischen den Nutzern und den Ausfall von Silos auslösen, die den Zugriff auf Nutzdaten einschränken. Die Umsetzung dieser Technologien in konkrete Anwendungen steht noch ganz am Anfang. Es ist jedoch nur eine Frage der Zeit, bis die Verbreitung von kostengünstigen Prozessoren mit ausreichenden Ressourcen die kontinuierlichen Verbesserungen der IoT-Systeme fördert, die für den Blockchain-Einsatz erforderlich sind.