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Jacqueline Peter, Aileen Pfeil, Christopher Ehmke, Florian Weßling, Alexander Malkwitz, Volker Gruhn

Blockchain – The Next BIM

Anwendungspotenziale der Blockchain-Technologie

Ist Blockchain nach BIM die nächste Revolution in der Bau- und Immobilienwirtschaft? Welches Anwendungspotenzial bietet diese Technologie für die Baubranche?

Das Institut für Baubetrieb und Baumanagement(IBB) und das Ruhr Institute für Software Technologie (paluno) betreiben seit einiger Zeit Anwendungs- und Grundlagenforschung im Bereich der Blockchain-Technologie.

Das Ziel besteht darin, das Innovationspotential der Blockchain-Technologie in der Bau- und Immobilienbranche einzuschätzen, Anwendungsfelder zu finden und dort die konventionelle Methode mit der Blockchain-implementierten Methode zu vergleichen. Nachfolgend wird die Technologie kurz erläutert.

Was ist die Blockchain?

Bei der Blockchain-Technologie handelt es sich um ein Konzept, das 2008 von einer Person oder Gruppe unter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto vorgestellt wurde1. Die Zielsetzung von Nakamoto bestand darin, ein Währungssystem zu entwickeln, das ohne zentrale Komponenten auskommt und somit eine direkte Interaktion zwischen zwei Geschäftspartnern ermöglicht. Solche theoretischen Konzepte sind schon länger bekannt 2, scheiterten jedoch an der praktischen Umsetzung.

Ein elementares Problem einer digitalen Währung besteht darin, zu verhindern, dass ein Guthaben mehrfach ausgegeben wird. In traditionellen Systemen gibt es zentrale Institutionen (Banken), die das sicherstellen. In einem dezentralen System, das ohne diese Möglichkeit auskommen soll, muss ein anderer Weg gefunden werden. Nakamoto nennt als Grund, ohne zentrale Stellen auskommen zu wollen, die Vermeidung von Vertrauen. In traditionellen Finanzsystemen können Transaktionen innerhalb einer gewissen Zeit widerrufen werden, was zu Unsicherheit und der Notwendigkeit von Vertrauen in die durchführenden Institutionen führt.

Anstatt auf die korrekte Arbeitsweise dieser Institutionen zu vertrauen, soll ein System erstellt werden, das auf mathematischen Konzepten und Algorithmen beruht, die von jedem überprüft werden können. Vertrauen in Institutionen wäre in diesem Fall nicht mehr notwendig 3.

Die Blockchain und ihre Komponenten

Wie zuvor beschrieben, besteht das Grundproblem eines dezentralen Finanzsystems darin, Mehrfachausgaben von digitalen Guthaben zu verhindern. Nakamotos hatte hierfür die Idee, dass grundsätzlich nur die erste legitime Transaktion, die ein bestimmtes Guthaben ausgibt, als gültig angesehen wird. Um jedoch abschätzen zu können, ob eine Transaktion die erste legitime Transaktion ist, benötigt jeder Netzwerkteilnehmer einen Überblick über alle bisherigen Transaktionen des Netzwerks. Weiterhin muss dieser Überblick über die durchgeführten Transaktionen für alle Netzwerkteilnehmer gleich sein.

Um solch einen gemeinsamen Überblick über die durchgeführten Transaktionen und ihre Reihenfolge zu erhalten, schlägt Nakamoto ein Verfahren vor, das später unter dem Begriff Blockchain bekannt wurde. Die Blockchain funktioniert dabei wie folgt:

Transaktionen werden von den Teilnehmern des Netzwerks in Blöcken gebündelt und diese mit Hilfe kryptographischer Algorithmen gegen Veränderungen abgesichert. Jeder Block wiederum verweist auf seinen Vorgänger, wodurch eine Kette von Blöcken entsteht und die Reihenfolge der verarbeiteten Transaktionen eindeutig bestimmt werden kann. Hierdurch kann bei einer neuen, eingehenden Transaktion von jedem Teilnehmer geprüft werden, ob das digitale Guthaben bereits in einer vorherigen Transaktion ausgegeben wurde oder sie gültig ist 4.

Vereinfachte Darstellung einer Blockchain-Transaktion (Bild: Universität Duisburg-Essen/Institut für Baubetrieb und Baumanagement (IBB))

Die Absicherung der einzelnen Blöcke gegen nachträgliche Veränderungen hat hierbei zwei Aufgaben. Zum einen sorgt sie dafür, dass es für Angreifer nicht möglich ist, Dritte davon zu überzeugen, dass eine manipulierte Blockchain gültig sei. Zum anderen erfordert die Absicherung der Blöcke eine gewisse Rechenleistung.

Gleichzeitig gilt die Festlegung, dass nur der Strang der Blockchain mit der höchsten akkumulierten Rechenleistung als gültig angesehen wird. Dies führt dazu, dass die Netzwerkteilnehmer mit Hilfe Ihrer Rechenkraft über eine gemeingültige Version der Blockchain abstimmen können. Der Grund dafür, die Abstimmung anhand der Rechenkraft und nicht personenbasiert zu machen, ist der Schutz vor Betrug. Im digitalen Umfeld ist das Erstellen von
fiktiven Personen ohne zentrale Kontrollinstanz sehr einfach. Betrüger könnten dies zum mehrfachen Abstimmen ausnutzen. Diese Problematik kann bei einem rechenkraftbasierten Vorgehen vermieden werden 5.

Sicherheit der Blockchain

Die Sicherheit des vorgestellten Konzepts beruht auf mehreren Grundlagen. Zum einen basiert die Absicherung der Blöcke auf bekannten kryptographischen Konzepten. Die Festlegung darauf, dass die Kette mit der höchsten akkumulierten Rechenkraft als gültig angesehen wird, führt anderseits zu einem System, dessen Stabilität mit spieltheoretischen Mitteln verifiziert werden kann. Forschungen in diesem Bereich haben gezeigt, dass das Gesamtsystem so lange sicher ist, wie mehr als zwei Drittel der Teilnehmer ehrlich sind und nur gültige Transaktionen in die Blockchain aufnehmen 6.

Erweiterung des initialen Konzepts

In den Jahren nach der Vorstellung von Nakamotos Grundkonzept hat sich gezeigt, dass es neben Finanztransaktionen auch weitere Anwendungsfälle gibt, in denen es wünschenswert wäre, ohne vertrauensbedürftige Intermediäre auszukommen. Deshalb wurde die Grundidee so weiterentwickelt, dass neben Transaktionen auch der Programmcode dezentral und reproduzierbar ausgeführt werden kann: die sogenannten Smart Contracts 7.

Schematische Darstellung eines Blockchain-Netzwerks. Jeder Netzwerkteilnehmer hat eine Kette von Blöcken, die identisch mit denen der anderen Netzwerkteilnehmer ist. Dadurch wird ein konsistentes Gesamtbild über das Guthaben aller Netzwerkteilnehmer ermöglicht (Bild: Universität Duisburg-Essen/Institut für Baubetrieb und Baumanagement (IBB))

Ebenso hat sich gezeigt, dass es Situationen gibt, in denen es weder notwendig noch wünschenswert ist, dass jeder die Blockchain einsehen und daran teilnehmen kann. Aus diesem Grund gibt es inzwischen eine Unterscheidung zwischen public (öffentlichen) und private (privaten) Blockchains.

In die erste Kategorie würde das von Nakamoto vorgeschlagene System fallen, bei dem jeder mitwirken kann 8. Private Blockchains wiederum eignen sich gerade in Unternehmenskontexten, wo nur Teilnehmer eines bestimmten Unternehmens oder eines Konsortiums Zugriff auf die Blockchain erhalten sollen 9. Neben der strikten Trennung zwischen öffentlichen und privaten Blockchains gibt es auch Mischformen (hybride Systeme), bei denen zum Beispiel der Lese- oder Schreibzugriff auf bestimmte Teilnehmer beschränkt sein kann.

Blockchain in der Bau- und Immobilienwirtschaft

Die nachfolgenden Anwendungsfelder versprechen Potenzial für den Einsatz der Blockchain-Technologie in der Praxis.

Im Bereich Building Information Modeling (BIM) kann die Blockchain durch ihre unveränderbare und kontinuierliche Aufzeichnung von Daten helfen, Veränderungen in einem Projekt oder an einem Modell zu dokumentieren. Die Blockchain kann Teilnehmern ermöglichen, ihren Anteil an einem BIM-Projekt oder den Besitz eines Models nachzuweisen.

So können in der Planungs- und Ausführungsphase mit Smart Contracts Abrechnungsprozesse von Planungs- und Bauleistungen beschleunigt werden. Auch während der Bauausführung kann die Blockchain-Technologie in der Lieferkette der Baustoffe und -teile nützlich sein und diese mit dem BIM-Model verknüpfen. Mittels Smart Contracts ist es möglich, viele administrative Prozesse in der Baulogistik zu vereinfachen.

Die Blockchain-Technologie lässt sich auf das Grundbuch anwenden. Mithilfe von Smart Contracts können Prozesse beispielsweise beim Kauf oder Verkauf automatisiert und beschleunigt werden. Grundstücksgrenzen lassen sich mittels GPS-Daten hinterlegen und digitale Bauanträge mit dem Blockchain-Grundbuch verknüpfen.

Auch in den Bereichen Mietermanagement und Finanzierung von Immobilien kann die Blockchain-Technologie zum Einsatz kommen. Eine neue Chance im Bereich Finanzierung von Immobilien bietet zum Beispiel Initial Coin Offering (ICO), eine unregulierte Methode des Crowdfundings mit Hilfe von Kryptowährung. Im Mietermanagement ist es möglich, den administrativen Aufwand in der Vertragsabwicklung mit Hilfe von Smart Contracts zu minimieren, indem Prozesse automatisiert werden.

Zudem können Smart Contracts die Beauftragung von Wartungs- und Reparaturarbeiten im Bereich Facility Management automatisieren.

Fazit

Die Blockchain-Technologie besitzt das Potenzial, nach BIM die nächste revolutionäre Innovation in der Bau- und Immobilienwirtschaft zu sein. Die oben aufgelisteten Anwendungsfelder stellen einen knappen Überblick der Forschungsfelder im Bereich Blockchain des Instituts für Baubetrieb und Baumangement (IBB) dar. Die Forschung zum Thema Umsetzbarkeit im Detail sowie zu Effizienz und Rentabilität wird am IBB und The Ruhr Institute for Software Technology (paluno) fortlaufend betrieben. Dazu werden weitere Arbeiten folgen.


Fußnoten

1 Vgl. Satoshi Nakamoto (2008).
2 Vgl. Szabo (2008), Dai (1998).
3 Vgl. Satoshi Nakamoto (2008).
4 Vgl. Antonopoulos (2017).
5 Vgl. Franco (2014).
6 Vgl. Eyal (2018).
7 Vgl. Swan (2015)
8 Vgl. Tapscott und Tapscott (2016).
9 Vgl. Gareth W. Peters und Efstathios Panayi (2015).


Literaturverzeichnis

Antonopoulos, Andreas M (2017): Mastering Bitcoin: Programming the open blockchain; O‘Reilly Media, Inc.

Arvind Narayanan, Joseph Bonneau, Edward Felten (2016): Bitcoin and Cryptocurrency Technologies; Princeton University Press.

Dai, Wei. (1998): b-money: www.weidai.com/bmoney.txt

Drescher, Daniel (2017): Blockchain Grundlagen – Eine Einführung in die elementaren Konzepte in 25 Schritten; 1. Auflage; Frechen: mitp.

Eyal, Ittay, and Emin Gün Sirer (2018): Majority is not enough: Bitcoin mining is vulnerable: Communications of the ACM 61.7; S. 95–102.

Franco, Pedro (2014): Understanding Bitcoin: Cryptography, engineering and economics; John Wiley & Sons.

Gareth W. Peters; Efstathios Panayi (2015): Understanding Modern Banking Ledgers through Blockchain Technologies: Future of Transaction Processing and Smart Contracts on the Internet of Money; S. 5–6.

Hosp, Julian (2018): Kryptowährungen – Bitcoin, Ethereum, Blockchain, ICOs & Co. einfach erklärt; 2. Auflage; München: FBV.

Peter Dixon (2017): Innovationen und Innovationsmanagement in der Finanzbranche; Wiesbaden: Springer Gabler.

Satoshi Nakamoto (2008): Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.

Swan, Melanie (2015): Blockchain: Blueprint for a new economy; O’Reilly Media, Inc.

Szabo, Nick. (2008): Bit gold; unenumerated.blogspot.com/2005/12/bit-gold.html.

Tapscott, Don; Tapscott, Alex (2016): Die Blockchain-Revolution – Wie die Technologie hinter Bitcoin nicht nur das Finanzsystem, sondern die ganze Welt verändert; Kulmbach: Plassen Verlag.

Walport, M. (2015): Distributed Ledger Technology: beyond block chain.

Vereinfachte Darstellung einer Blockchain-Transaktion (Bild: Universität Duisburg-Essen/Institut für Baubetrieb und Baumanagement (IBB))
Autoren

Jacqueline Peter, M. Sc., erkannte als Projektmanagerin im Hoch- und Industriebau sowie bei privaten Recherchen, dass großes Potenzial in Blockchain- Technologien für die Bau- und Immobilienwirtschaft steckt. Dazu forscht sie im Rahmen ihrer Dissertation am Institut für Baubetrieb und Baumanagement der Universität Essen. uni-due.de/baubetrieb


Christopher Ehmke, M. Sc., studierte an der FH Dortmund Praktische Informatik und befasste sich bereits in seiner Masterarbeit mit dem Thema Blockchain. Das Thema führt er in seiner Forschung an der Universität Duisburg-Essen (The Ruhr Institute for Software Technology) fort. se.wiwi.uni-due.de


Florian Weßling, M. Sc., studierte an der Universität Duisburg-Essen Angewandte Informatik: Systems Engineering und beschäftigt sich in seiner Forschung am The Ruhr Institute for Software Technology (paluno) mit Software-Architekturen Blockchain-basierter Anwendungen. se.wiwi.uni-due.de

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