Technologie, Aufbau und Begrifflichkeiten im Kontext der Blockchain
Konsens-Mechanismus
Um die Richtigkeit und Echtheit von Transaktionen in den Blöcken zu bestätigen sowie zu verhindern, dass Transaktionen desselben Transaktionsgegenstandes mehrmals stattfinden („double spending“), benötigt jede Blockchain einen sogenannten Konsens-Mechanismus. Dieser bestätigt anhand standardisierter Verfahren (dezentral) die Korrektheit der sich im Block befindlichen Transaktionsverläufe und „kettet“ den bestätigten Block an den vorherigen Block. So entsteht mit der Zeit eine ständig wachsende Kette von Blöcken („Blockchain“). Somit herrscht über die Validität und Reihenfolge von Transaktionen Einigkeit. Manipulationen und Missbrauch können so verhindert werden.
Hash-Funktion
Unter Hashing wird die Umrechnung von Input-Werten variabler Länge in einen Hash fixer Länge bezeichnet. Von einem Hash kann nicht auf den zugrundeliegenden Input rückgeschlossen werden. Diese Funktion findet an mehreren Stellen Anwendung, u. a. aber auch bei dem bislang am weitesten verbreiteten Konsensmechanismus Proof-of-Work, wo sie Teil des zu lösenden kryptographischen Rätsels darstellt.
Kryptographie
Die Blockchain-Technologie bedient sich neben Hashing auch Komponenten der Kryptographie wie z. B. asymmetrischer Verschlüsselung zur Sicherung der Integrität von Daten und Identitäten. Bei public-/private-key-Verschlüsselung werden für die Ver- und Entschlüsselung unterschiedliche Schlüssel benötigt. Damit wird in der Regel sichergestellt, dass nur die an der Transaktion beteiligten Akteure die Informationen entschlüsseln können.
Ausprägungsarten der Blockchain-Technologien
Die Ausgestaltungsmöglichkeiten einer Blockchain sind vielfältig und betreffen verschiedene Details. So kann eine Blockchain nicht nur allgemein und frei für jeden zugänglich sein, sondern auch alternativ gewisse Restriktionen hinsichtlich ihrer Teilnehmer und Nutzungsart haben. Die Begriffe „public, private“ beschreiben dabei die Möglichkeiten zur Teilnahme am Blockchain-Netzwerk selbst (vgl. Intranet vs. Internet). Mit „permissioned“ bzw. „permissionless“ ist hingegen die Möglichkeiten zur Teilnahme am Konsens-Mechanismus beschrieben. Abbildung 2 zeigt die verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten als Überblick.
Was ist Blockchain in der Energiewirtschaft?
Welche Anwendungsmöglichkeiten bieten sich für Blockchains in der Energiewirtschaft? Ein denkbarer Einsatzzweck ist die Selbstorganisation des Strommarktes über Smart Meter in Kombination mit einer Blockchain. Ausgestattet mit Smart Metern wird die Stromproduktion dezentraler Anlagen sowie der Verbrauch von Stromabnehmern kontinuierlich überwacht. Durch die Blockchain könnte darüber hinaus ein Verbraucher, der mehr Strom benötigt, automatisch bei teilnehmenden Produzenten auf der Blockchain diesen Strom einkaufen lassen – es wäre auch möglich voreinzustellen, dass dieser Produzent sich (vornehmlich) in räumlicher Nähe zum Verbraucher befinden soll. Auf diese Weise werden Umwege über Aggregatoren und die Börse unnötig, was langfristig für eine Senkung der Stromkosten und eine sich selbst organisierende Stromlandschaft aus dezentralen Anlagen sorgen könnte.
Ein anderer Anwendungsfall könnte etwa die Koordination zwischen Übertragungsnetz- und Verteilnetzebene sein. Momentan ist es auf Verteilnetzebene schwer nachzuvollziehen, wie die Nachfrage nach Regelenergie von Aggregatoren durch Anlagen, die an das Verteilnetz angeschlossen sind, bereitgestellt wird, da die Kommunikation nur direkt zwischen Aggregator und Übertragungsnetzbetreiber erfolgt. Dieses Überspringen des VNBs in der Kommunikation bei Regelenergieabrufe kann dort in letzter Konsequenz zu Engpässen oder Überlastungen führen. Blockchains könnten in diesem Fall als digitaler Kommunikationskanal genutzt werden. Dadurch, dass alle Transaktionen auf allen Knotenpunkten gleichzeitig hinterlegt sind, kann auch der Verteilnetzbetreiber erkennen, wenn eine Regelenergieanfrage an eine Anlage gesendet wird. Es wäre dann denkbar, dass der Verteilnetzbetreiber über ein Interface ein Veto einlegen oder seinerseits Bedarfsanfragen zur Verteilnetzstabilisierung ausschreiben könnte. Aktuelle Pilotprojekte sind z.B. Gridchain in Österreich und Enko in Norddeutschland.
Jedoch sind bis zur Marktreife energiewirtschaftlicher Einsatzmöglichkeiten noch einige Schritte notwendig. So eignet sich Bitcoin als verbreitetste Blockchain bislang nicht zur Umsetzung dieser Aufgabe,da Bitcoin keine Smart Contracts unterstützt, die für die Komplexität energiewirtschaftlicher Transaktionen nötig wären. Ein weiteres Hindernis ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Kryptowährung. Denn da Bitcoin eine offene Blockchain ist, der jeder beitreten kann, ist dort ein aufwendiges Kryptoverfahren zur Verifizierung neuer Blöcke („proof of work“) notwendig, um eine hohe Datensicherheit gewährleisten zu können. Das macht die Ausführung verhältnismäßig langsam: Bitcoin ist in der Lage etwa drei bis sieben Transaktionen pro Sekunde durchzuführen – für energiewirtschaftliche Transaktionen ist dies definitiv zu wenig. Zum Vergleich: An der EPEX Spot werden bis zu 200 Trades pro Sekunde vorgenommen.
Blockchain im Gesundheitswesen
Das Potenzial der Blockchain für das Gesundheitswesen
Schon heute werden medizinische Daten häufig digital gespeichert. Nur eben in nicht kompatiblen Systemen. Darin, diese zusammenzubringen und jederzeit verfügbar zu machen, liegt das vielleicht größte Potenzial der Blockchain. Unter Umständen kann die Technologie nämlich Menschenleben retten. Das lässt sich an drei Beispielen plastisch erklären: einem Organspenderegister, dem Rückruf gefälschter Arzneimittel und medizinischen Forschungsprojekten. Aber der Reihe nach.
In der Vergangenheit kam es immer wieder zu Fälschungen von Wartelisten für Organspenden. In der Folge ist die Bereitschaft der Bevölkerung, ein Organ zu spenden, rückläufig. Die Blockchain könnte Manipulationen in Zukunft verhindern.
Mithilfe der Blockchain-Technologie könnte auch die Qualität von Arzneimitteln besser kontrolliert werden, da die gesamte Produktionskette von der Herstellung über Temperaturschwankungen und den gesamten Transportweg bis zur Auslieferung an Apotheken überwacht und in der Blockchain gespeichert werden könnten. Mit dem Ergebnis: Wird die Kühlkette nicht eingehalten, wird das Medikament nicht ausgeliefert. Unabhängig davon könnten Pharmaunternehmen jedem Medikament einen QR-Code zuweisen, den die Patienten scannen können, um es auf seine Echtheit zu prüfen. Dies zu fälschen, wäre zwar nicht unmöglich, aber doch sehr viel aufwendiger als bisher.
Auch Forschungsprojekte könnten großen Nutzen aus der Blockchain-Technologie ziehen: Erstens könnten sie sich die Rechenleistung teilen und enger zusammenarbeiten und zweitens könnten Patienten über eine Einverständniserklärung ihre Daten aus der Blockchain für Studien zur Verfügung stellen.
Bevor es so weit ist, wird noch viel Zeit vergehen. Denn noch steht die Blockchain-Technologie ganz am Anfang. Erst wenn Krankenhäuser, Arztpraxen und andere medizinische Organisationen die nötige Infrastruktur aufgebaut haben, können grundlegende Konzepte in der Praxis getestet werden. Darin liegt aber auch ihr größter Vorteil: Die neue Technologie kann heute ganz im Nutzen des Patienten gestaltet werden.