7 Absätze lesen und die Blockchain-Grundlagen verstehen

Blockchain und die Digitalisierung der Energie

Blockchain ist ein heißes Thema. Alle reden drüber, kaum einer versteht es und noch weniger tun es.  

Hier ist der Versuch einer Blockchain-Einführung  in 7 Absätzen - inklusive:  

  • einer Beschreibung der Blockchain-Grundlagen
  • einem kleinen Blockchain-Beispiel
  • einer Beschreibung der wichtigsten Blockchain-Vorteile und Blockchain-Nachteile,
  • Beschreibung des Transaktionsprozesses, 
  • einem (verlinkten) Video zur Erklärung der grundsätzlichen Blockchain-Technologie,
  • einer Auflistung von möglichen Blockchain-Use-Cases in der Energiewirtschaft und in Stadtwerken und
  • einer Einschätzung des Zeithorizonts der Blockchain-Zukunft im Energiesektor.

Beschreibung deR Blockchain-Grundlagen

Vereinfacht gesprochen ist eine Blockchain nichts anderes als öffentliches Hauptbuch (englisch „ledger“), wie es seit sehr langer Zeit in der Buchhaltung gebräuchlich und allen Betriebswirten aus dem ersten Semester bekannt ist. 

 

Es hat aber dann doch ein paar besondere Eigenschaften: Es ist digital, es ist transparent, es ist dezentral und es ist fälschungssicher. Üblicherweise sind Blockchains als Peer-to-Peer-Netzwerk aufgebaut. Deshalb wird für Transaktionen kein zentrales Clearinghaus benötigt. Blockchains können offen gestaltet sein und dadurch anonymen Teilnehmern Transaktionen ermöglichen. Oder sie sind geschlossen und Teilnehmer müssen sich vorab identifizieren.

Blockchain-Grundlagen
Blockchain-Grundlagen

Das Bild zeigt schematisch den Unterschied. In der „alten Welt“ gibt es eine zentrale Autorität, die mindestens bei Konflikten Eigentumsverhältnisse bestätigt und Transaktionen freigibt. In der „neuen Welt“ haben alle Teilnehmer Zugriff auf die einzig wahren Daten und sind gleichzeitig als Schwarm Teilnehmer und Clearingstelle. 

Eins Kleines Blockchain-Beispiel

Heinz schuldet Uschi 100€ und Heinz will das Geld zurückzahlen. Es gibt eine Transaktion zwischen Heinz und Uschi. Heinz zahlt Uschi 100 €. Die beiden wollen die Transaktion als neue Seite  in unsere Blockchain (Hauptbuch) eintragen lassen. Soweit so unspektakulär. Die Blockchain ist aber öffentlich. Nicht nur Heinz und Uschi sind Zeugen der Blockchain-Transaktion, sondern auch alle anderen Akteure im System. 

 

Die Transaktion wird danach als neuer Block in das Hauptbuch eingetragen. Zum Beispiel als Seite 111. Im Eintrag steht nicht nur Heinz hat 100€ an Uschi gezahlt, sondern auch, dass auf der Seite 110 der Schlüssel 000ß6b24607fbe14080d90ef1b0c12c2 steht. Der genaue Code ist von der Höhe der Transaktion abhängig und muss aufwendig berechnet werden.  Alle Zeugen rechnen gemeinsam nach und bestätigen die Richtigkeit der Transaktion. Im Anschluss kopieren sich alle Zeugen das Hauptbuch. 

 

Uschi ist nun in Geldnot und versucht noch mal 25€ von Heinz zu bekommen. Sie reduziert in Ihrem Buch die Höhe der letzten Transaktion auf 75€. Jetzt passt der Schlüssel der Seite 110 nicht mehr zu den Schlüsseln der anderen Seiten. Uschi ändert alle Seiten ebenfalls. Und geht zu Heinz, um mehr Geld zu verlangen. Heinz lehnt das natürlich ab und ruft alle anderen alle anderen zusammen, um den Konflikt zu lösen. Uschi sagt, dass die Seiten Ihres Buches zusammen passen und ihr Anspruch dadurch belegt sei. Dummerweise haben alle anderen eine Kopie des Buches mit anderen Schlüsseln und können die  Version von Heinz bezeugen.  

Blockchain-Vorteile

Fälschungssicherheit: Aufgrund der sogenannten Hash-Funktion, dem sehr aufwendigen Verschlüsselungsverfahren sind Blockchains faktisch manipulationssicher. Außerdem sind die Kopien der Datenbank im gesamten Netzwerk verteilt. Es müsste mehr als die Hälfte aller Instanzen geändert werden, um erfolgreich einen Datenbankeintrag zu fälschen. Bei Bitcoins müssten mehrere Milliarden Euro als Beute winken, damit ein Betrug zu einer lukrativen Straftat für die digitalen Langfinger wird.

Verzicht auf zentrale Infrastruktur: Dadurch, dass keine zentrale Infrastruktur notwendig ist, können Blockchains auch dort eingesetzt werden, wo es an Akteuren fehlt, die zum sicheren langfristigen Betrieb dieser Infrastruktur fähig sind. Zum Beispiel für Zahlungssysteme in sehr schwach entwickelten Regionen (in Afrika oder in Bundesländern, die lange von der SPD regiert wurden).

Robustheit: Systeme mit zentralen Datenbanken funktionieren nicht mehr, falls es zum Serverausfall kommt. Fallen dagegen Knoten der Blockchain aus, funktionieren dir übrigen Knoten weiter und Transaktionen sind weiterhin möglich

Geschwindigkeit: Bis zur Freigabe von Transaktionen müssen die zugehörigen Blöcke von mehreren Teilnehmern bestätigt werden. Dies geschieht in der Regeln innerhalb von mehreren Minuten oder ein paar Stunden. Im Vergleich zu konventionellen Überweisungen, die teils mehrere Tage dauern, sind Blockchains also um einiges schneller. Ganz zu schweigen von jährlichen Abrechnungen im Energiebereich.

Blockchain-Nachteile

Rechenkapazität und Stromverbrauch: Die ständig notwendigen Operationen sind aufwendig und nutzen Rechenkapazitäten, womit sie viel Energie verbrauchen damit. Alleine die Blockchain hinter Bitcoin verbraucht jährlich halb so viel Strom wie Irland! Markus Demary vom Institut der deutschen Wirtschaft (IW) in Köln hat für eine Studie den Taschenrechner ausgepackt - mit spektakulären Ergebnissen: Nehmen wir an, der Anteil der Weltbevölkerung, der heute noch kein Konto besitzt in Zukunft, nutzt zukünftig Kryptowährungen zu Kontoführung. In diesem Fall wird alleine dafür mehr Strom verbraucht als heute weltweit produziert wird! Allein ein ganzes Viertel der weltweiten Stromproduktion würde verbraucht, wenn nur zehn Prozent der Weltbevölkerung auf die Blockchain-Technologie setzten.  

Privatsphäre und Datenschutz: Grundsätzlich sind alle Transaktionen öffentlich und für alle anderen Teilnehmer einsehbar. Und das für sehr lange Zeit und möglicherweise viel länger als das den Nutzern heute bewusst ist.

Falsches Gefühl von hunderprozentiger Sicherheit: Blockchains werden von vielen als absolut sicher bezeichnet. Grundsätzlich wird aber lediglich die Echtheit der Transaktionen gewährleistet. An den Schnittstellen zu anderen Systemen (z.B. Wallets für Bitcoin) oder durch Fehler in den smarten Verträgen ist es aber aus Sicht der Nutzer möglich, dass es zu Fehlern oder Betrügereien kommt. Auch wenn in diesen Fällen die Blockchain technisch einwandfrei funktioniert.

Geschwindigkeit: Blockchain ist schneller als manches zentrale System, z.B. bei der Abrechnung im EVU oder bei Überweisungen zwischen digital nicht gut aufgestellten Banken. Blockchain ist aber auch langsamer als zentrale Hochleistungsdatenbanken. Bitcoin schafft nur sieben Transaktionen pro Sekunde. Xetra (Börse Frankfurt) führt in der Spitze 8,5 Millionen Transaktionen pro Tag aus.

Möglicherweise overhyped: Den tatsächlich bisher selten absolut überzeugenden Anwendungsfeldern stehen extreme Kurssprünge bei Kryptowährungen und Anbietern von Blockchain-Lösungen gegenüber. Sehr eindringlich wird dies durch die Anekdote des Unternehmen Riot Blockchain beschrieben: Nach dem das Unternehmen seinen Namen von Bioptix auf Riot Blockchain geändert hatte stieg der Kurs deutlich. Die alleinige Erwähnung des Wortes "Blockchain" hat die Marktkapitalisierung um 20% steigen lassen. Höchstwahrscheinlich werden Blockchains in Zukunft eines signifikanten Anteil der Datenbanken ersetzen. Dennoch wird es diverse Anwendungsfälle geben, in denen zentrale Datenbanken die bessere Lösung sind (hier). Außerdem könnten auch andere Innovationen (z.B. Hashgraphs) die Blockchain ersetzten, bevor sie im Mainstream angekommen ist. Die erste Dotcom-Blase trat auf, nach dem das Internet technisch lange erprobt war. Der aktuelle Hype der Blockchain tritt in einem früheren technischen Stadium auf. Ob es nach dem nicht auszuschließenden Knock-down noch mal zu einer Comeback kommen wird, darf man zumindest bezweifeln.

Transaktionsprozess - Wie Blockchain abläuft

Der eigentliche Prozess beginnt in dem die Transaktion angemeldet wird und die zugehörigen Informationen in einen Block eingearbeitet werden. Die angefragt Transaktion wird dann an ein P2P-Netzwerk gesendet. Die Knoten des Netzes überprüfen die Transaktion und sobald eine festgelegte Anzahl an Knoten die Transaktion bestätigt, ist sie verifiziert. Der Block wir dann unveränderlich ans Ende der Blockchain angehängt. Im Anschluss kopiert sich ein Teil der Knoten die gesamt Blockchain für spätere Überprüfungen.

Blockchain-Erklärung für Transaktionen
Prozess der Blockchain-Transaktion

Die Grundlagen der Blockchain-Technologie - wie können Sie blockchain einfach verstehen?

Die wichtigsten Begriffe im Zusammenhang mit den technischen Grundlagen der Blockchain sind Block, Once, Hash, Hashfunction, Header und Transaktion. Und wie diese Begriffe zusammen hängen erklärt dieses Video - leider oder zum Glück - besser als ich:

Blockchain-Use-Cases - welche Rolle Blockchain bei der Digitalisierung der Energie spielt

Grundsätzlich könne Bockchains überall eingesetzt werden, wo es Transaktionen zwischen Markteilnehmern gibt. Da das Marktmodell der Energiebranche auf Transaktionen und Vertragsbeziehungen basiert, sind das  sehr viele potentielle Anwendungsfelder.

 

Sehr spannend Pilotprojekte  umfassen den P2P-Stromhandel, Smart-Neighborhoods und Nachweise von Regional- und Ökostromerzeugung. In diesen Bereichen ist auch am schnellsten die Nutzung von Blockchains im Regelbetrieb zu erwarten.

 

Langfristig bestehen fast unbegrenzte Möglichkeiten, bis hin zur vollständigen und automatisierten Abwicklung von Messung, Abrechnung und Zahlung. Die Einbindung von Smart Contracts (Blockchain-Verträge) in die energiewirtschaftlichen Vertragsbeziehungen scheint möglich. Ebenso der sofortige Wechsel von Verbrauchern zu  anderen Lieferanten – und in diesem Fall kann der Lieferant auch ein beliebiger anderer Prosumer sein. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Abwicklung der Transaktionen zwischen Lieferanten und Netzbetreibern,  inklusive der Marktkommunikation und dem Vertragsmanagement sowie der Wechselprozesse. Blockchain wird ein Schlüsselelement bei der Digitalisierung der Energiewirtschaft sein.

 

Spannend sind insbesondere auch die Anwendungen im Bereich Elektromobilität. In diesem Bereich kommt es ständig zu neuen Transaktionen zwischen wechselnden Vertragspartnern. Das komplexe Geflecht zwischen Autobesitzer, Ladesäulenbetreiber, Stromlieferanten, Aggregator (z.B. wenn der Hersteller die Flexibilität vermarktet) in wechselnden Kombinationen – je nach dem wer wo das Auto lädt - schreit geradezu: "Blockchain, nimm mich!".

Was heißt das für  Stadtwerke?

Der Gartner-Hpye-Cycle für Zukunftstechnologien (hier) schätzt die vollständige Marktreife auf einen Zeitraum von 5-10 Jahren. So lange die Bundesbehörden den aktuellen Regulierungsrahmen aufrecht erhalten, geht das Leben ohnehin weiter wie bisher. Aktuell sieht es so aus, als stünde die Bundesregierung dem Thema äußerst skeptisch gegenüber. Bis tatsächlich Blockchain-Technologie im Massenmarkt auftaucht, fließt noch viel Blindstrom durch die Massekabel. Blockchain ist also nicht unbedingt das Thema, in dem ich jedem Energieversorger den sofortigen Start eines Pilotprojekt empfehlen würde. Aber wenn man ein junger Kollege nach der Freigabe des Budgets für einen Besuch des nächsten Blockchain-Meetups bittet, muss man ja nicht sofort nein sagen.

Die Blockchain-Infographik

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Blockchain in der Energiewirtschaft
Graphische Einführung in das Thema Blockchain mit Bezug zur Energiewirtschaft.
Blockhain in der Energiewirtschaft - Spi
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