Blockchain revolutioniert IoT-Anwendungen

Das Internet der Dinge stellt eine neue Dimension der Digitalisierung dar. Mit Blockchain-Frameworks können Unternehmen die Limitierungen bisheriger Lösungen überwinden und ihren Transformationsprozess voranbringen, die Effizienz erhöhen und Kosten senken.

Anwendungen für das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) bieten Unternehmen die Möglichkeit, ihre Geschäftsmodelle zu digitalisieren und neue Verbindungen zu Partnern und Kunden aufzubauen. Erprobt wird dies derzeit in vielen verschiedenen Bereichen. Dazu gehören beispielsweise Car-Sharing-Dienstleistungen, die den Besitzern der Fahrzeuge Informationen über die Kunden liefern. In der Automobilbranche kann mit IoT-Anwendungen der Bau elektrisch betriebener und vernetzter Fahrzeuge unterstützt werden, aber auch die Entwicklung des autonomen Fahrens. Und Versicherungen können mit Daten über die Gewohnheiten des Fahrers ihre Tarife individueller kalkulieren.

IoT als neue Dimension

Das Internet der Dinge entsteht durch die Verbindung alltäglicher Objekte mit dem Internet. Die Voraussetzung dabei ist, dass diese Dinge oder Geräte über drahtlose Netzwerke Informationen senden (Sensoren) oder empfangen (Aktoren) können. Einen Thermostat kann man beispielsweise smart machen, indem man solche Möglichkeiten einbaut. Aufgrund der Positionsdaten des Autos kann die Temperatur dann für in ihr Smart Home heimkehrende Verbraucher automatisch rechtzeitig optimiert werden.

Über Sensoren anfallende große Datenmengen lassen sich mit maschinellem Lernen analysieren, um nützliche Informationen zu gewinnen und auf dieser Basis über Aktoren zweckmäßige Aktionen anzustoßen. Zum Beispiel kann ein Fertigungsunternehmen seine Maschinen anhand gemessener Parameter überwachen und Bauteile bei absehbarem Bedarf proaktiv austauschen.

Dezentral organisiertes Netzwerk

Die gegenwärtigen IoT-Lösungen folgen meist einer zentralisierten Architektur, um die smarten Geräte miteinander und mit dem Internet zu verbinden. Ein Nachteil dieser Architektur besteht darin, dass ein Single Point of Failure entstehen kann, so dass ein Fehler an einer Stelle den Ausfall des gesamten Systems zur Folge hat. Des Weiteren ist nicht sichergestellt, dass die Daten nicht manipuliert werden können.

Bei dezentraler Organisation lassen sich diese Probleme lösen. Mit einer zuverlässigen Peer-to-Peer-Kommunikation zur Verarbeitung der Transaktionen zwischen den Geräten des Netzwerks lassen sich nicht zuletzt Kosten einsparen, die zentrale Rechenzentren verursachen. Die Technologie, die gegenwärtig dafür erprobt wird, heißt Blockchain. Deren Vorteile bestehen in großer Transparenz, erweiterter Sicherheit, verbesserter Rückverfolgbarkeit und hoher Effizienz. Überdies wird keine dritte Instanz benötigt. Die Blockchain-Technologie ist gewissermaßen der Missing Link, um Datenschutz- und Sicherheitsfragen bei IoT-Lösungen zu adressieren. Sie kann verwendet werden, um sogar Milliarden vernetzter Geräte zu überwachen und die Transaktionen zwischen ihnen zu protokollieren. Dabei ermöglicht eine Blockchain die gemeinsame Nutzung verteilter Dateien und die Koordination der vernetzten Geräte.

Bild: Die Architektur der IoT-Blockchain-Plattform sollte entkoppelte Schichten vorsehen. (Quelle: Nidhi Agarwal)

Blockchain als Buchhaltungssystem

Eine Blockchain ist eine verteilte Datenbank mit redundanter Speicherung aller Daten und Schreib- sowie Lesezugriffen für alle Berechtigten. Sie fungiert als Buchhaltungssystem für Transaktionen – und zwar ohne zentrale Kontrolle und ohne Single Point of Failure. Entwickelt wurde diese Technologie für die Kryptowährung Bitcoin.

Ein neu angelegter Datensatz (Block) wird in allen Datenbanken der Blockchain gespeichert. Für den vorangegangenen Datensatz wird durch ein kryptographisches Verfahren ein Hashwert erzeugt, der dann im nachfolgenden Datensatz mitgespeichert wird. Personenbezogene Daten werden dabei pseudonymisiert. Die Blockchain ist also eine Verkettung aller angelegten Datensätze, die gegen nachträgliche Veränderungen geschützt sind. Updates können in einem Konsensverfahren nur durchgeführt werden, wenn alle zustimmen.

Framework für IoT auf Blockchain-Basis

Ein Framework für IoT-Anwendungen mit einer Blockchain regelt den Zugang zu einem Geräte-Netzwerk dezentral. Allgemein gesprochen muss es Daten auf einer skalierbaren und sicheren Plattform managen. Im Einzelnen muss es Daten integrieren, dabei Komplexität und Kosten reduzieren und die getätigten Investitionen des Unternehmens schützen. Ferner müssen Mittel bereitstehen, um Daten zu analysieren, aber auch Aktionen auszuführen und dadurch geschäftliche Vorteile zu erreichen.

Eine wesentliche Aufgabe ist es, die Integrität der Daten zu gewährleisten. Außerdem muss ein solcher Framework die Beziehungen zwischen Nutzern und Geräten kontrollieren und Überwachung in Echtzeit erlauben. Darüber hinaus muss ein Portal für das Workload-Management als Benutzeroberfläche bereitgestellt werden.

Modulare Architektur mit Schichten

Bei der Architektur empfiehlt sich ein modularer Aufbau. Die Schichten sollten voneinander entkoppelt sein, so dass sich Module hinzufügen oder ersetzen lassen, ohne dabei das System zu beeinträchtigen. Gebraucht wird eine Schicht für Anwendungen, die sich um Administration, Geräte-Management, Aufgabenverwaltung und Datenvisualisierung kümmert. Eine weitere Schicht für die Dienste der IoT-Blockchain, die das Protokoll für die Peer-to-Peer-Kommunikation bereitstellt, die Transaktionsbuchhaltung und das Konsensverfahren realisiert, das Management von Ereignissen sowie Identitäten unterstützt und Datenanalyse ermöglicht. Die nächste Schicht ist die Konnektivitäts-Schicht. Hier geht es um das Management des Netzwerks sowie des Routings und der Sicherheit. Zuletzt wird eine Schicht für die physikalische Seite des IoT-Netzwerks benötigt, die Sensoren, Aktoren, Rechen- und Speichermöglichkeiten behandelt.