Blockchain im Industrial IoT: Grundlagen und Anwendungen – Teil 1

Zum Ende von 2018 nähert sich der Blockchain-Hype dem „Trough of Disillusionment“ im Gartner Hype Cycle. Zwar mag dieser Begriff bedrohlich klingen, doch die Technologie beherrscht weiterhin die Schlagzeilen. Für viele ist Blockchain ein mächtiges Werkzeug, das auf den richtigen Branchen-Einsatz wartet.

Kryptowährungen bleiben der sichtbarste Use Case, doch ihr enormer Energieverbrauch und ihre Volatilität lassen viele Ingenieure an der Relevanz zweifeln. Im Gegensatz dazu übernehmen industrielle Sektoren Blockchain allmählich für Lieferketten-Rückverfolgbarkeit, Bestandsmanagement und Transactive Energy Management. Wenn Sie RTI Connext DDS in missionskritischen Echtzeitsystemen einsetzen, werden Sie feststellen, dass Kryptowährungs- und Lieferketten-Funktionen typischerweise nicht die primären Treiber für Ihre Use Cases sind.

RTIs dediziertes Forschungsteam hat mit dem Department of Energy zusammengearbeitet, um zu erforschen, wie Blockchain Industriesysteme sichern kann. Unsere Arbeit erstreckt sich über Army, Navy, Air Force, DARPA, DOE und Missile Defense, doch dieser Artikel fokussiert auf die Implikationen für Echtzeit-Industrieumgebungen.

Was ist Blockchain-Technologie?

Blockchain verteilt die Ledger-Kontrolle auf mehrere, oft nicht vertrauenswürdige Teilnehmer und eliminiert Single Points of Failure. Jeder Teilnehmer führt eine lokale Kopie des Ledgers, und alle Blöcke sind kryptografisch verknüpft, sodass Manipulation die gleichzeitige Änderung aller Kopien erfordern würde.

Daten werden in Blöcken gespeichert, die praktisch jede Information enthalten können – von Verträgen und Patenten bis zu Sensordaten und Systemzuständen. In industriellen Kontexten sind die häufigsten Einträge Sensordaten, Betriebsprotokolle und Konfigurations-Snapshots, die unveränderlich aufbewahrt werden.

Das Design der Kette erzwingt, dass jeder neue Block seinen Vorgänger referenziert, was eine manipulationssichere Historie schafft. Jeder Versuch, vergangene Blöcke zu ändern, würde das Neuschreiben der gesamten Kette auf allen Knoten erfordern – ein rechnerisch prohibitives Unterfangen.

Wann wird Blockchain benötigt?

Blockchain glänzt, wenn mehrere autonome Entitäten ein gemeinsames, manipulationssicheres Protokoll benötigen, ohne einem zentralen Schiedsrichter zu vertrauen. In Einzelpartei-Szenarien reicht möglicherweise eine Write-Once-Datenbank. In Multi-Unternehmens-Ökosystemen – wie Lieferketten, Joint Ventures oder gemeinsam genutzten Industrieanlagen – kann Blockchain die notwendige Datenintegrität bieten.

Traditionelle transaktionale Blockchain

Die meisten öffentlichen Blockchains zeichnen Transaktionen auf – Zustandsänderungen, die unveränderlich erfasst werden. Das Ledger schreitet nur voran, sobald eine Transaktion validiert und angehängt wurde. Dieses Modell führt zu Latenz, besonders wenn Transaktionen um Aufnahme konkurrieren, wie bei Bitcoins typischem einstündigem Bestätigungsfenster.

Während transaktionale Blockchains für einige industrielle Use Cases passen, kann ihre Latenz für Echtzeitanwendungen prohibitiv sein. Wir werden Lösungen für diese Herausforderung in späteren Beiträgen untersuchen.

Blockchain für Industriesysteme

Unser Fokus liegt auf der Aufnahme spezifischer Daten aus dem gesicherten Connext DataBus und dem direkten Schreiben in separate, unabhängig geführte Ledger. Da wir das System lediglich beobachten statt seinen Zustand zu steuern, gibt es keine Transaktionskonflikte, und die Latenz ist vernachlässigbar.

Indem wir eine Blockchain entwerfen, die außerhalb des Kontrollflusses operiert, eliminieren wir die traditionellen Engpässe der Transaktionsvalidierung. Diese Architektur eignet sich gut für Echtzeit-Industrieumgebungen und gewährleistet Datenintegrität ohne Performance-Einbußen.

Die Integration dieser Blockchain-Ebene in eine bestehende DDS-Implementierung ist unkompliziert und kann ohne Downtime erfolgen. Die Wahl des Blockchain-Designs und der spezifische Use Case bestimmen die optimale Implementierungsstrategie.

In Teil 2 werden wir in einen Oil-&-Gas-Use-Case eintauchen, eine Prototyp-Implementierung detaillieren und erklären, warum Blockchain nur eine Komponente der Lösung ist.