So. Nov 27th, 2022

An der Technischen Universität München (TUM) arbeitet künftig ein interdisziplinäres Forschungsteam aus Informatik, Elektrotechnik und Wirtschaftswissenschaften daran, die Blockchain-Technologie deutlich schneller zu machen und für ganz neue Anwendungen vorzubereiten. Im Interview erläutert Georg Carle, Professor für Netzarchitekturen und Netzdienste, das Projekt ACE SUPPRA, das künftig mit rund 4,5 Millionen Euro gefördert wird. Blockchain-Technologie könnte in Zukunft nicht nur in Kryptowährungen und NFTs Anwendung finden. Im Projekt ACE SUPPRA will ein Team der TUM die Blockchain echtzeitfähig machen – so könnte sie etwa in vernetzten Autos zum Einsatz kommen.

Prof. Georg Carle über das interdisziplinäre Forschungsprojekt ACE SUPPRA:

„Wir machen die Blockchain schneller und nachhaltiger“

Hinter dem Begriff Blockchain verbergen sich verschiedene Verfahren, mit denen sich eine dezentrale Datenbank erzeugen lässt. Dieser Datenbank werden nach und nach – in sogenannten Blöcken – Informationen hinzugefügt. Bei einer Kryptowährung sind das beispielsweise Informationen über Transaktionen. Diese Liste kann nicht verändert werden. Ob die Informationen im jeweils zu speichernden Block korrekt sind, entscheidet nicht eine zentrale Einheit, der die anderen vertrauen müssen. Stattdessen wird mit einem technikbasierten Konsensverfahren bestimmt, welche Informationen in den Block geschrieben werden und welche der beteiligten Einheiten den Block hinzufügen darf. Die enormen Energiekosten, die die Kryptowährung Bitcoin verursacht, hängen mit ihrem Konsenssystem, Proof-of-Work, zusammen. Moderne Blockchain-Verfahren nutzen Konsensverfahren, deren Energiebedarf weit weniger groß ist.

Prof. Carle, an der TUM startet ACE SUPPRA, ein großangelegtes neues Forschungsprojekt zum Thema Blockchain. Was wollen Sie damit erreichen?

Kurz gesagt wollen wir die Blockchain-Technologie schneller, robuster und nachhaltiger machen. Dafür haben wir ein interdisziplinäres Team aus fünf Professuren an der TUM zusammengestellt, die sich auch vorher intensiv mit dem Thema auseinandergesetzt haben. Blockchain-Technologie ist vor allem durch Kryptowährungen bekannt geworden. Sie ist aber letztlich ein Werkzeug, das sich für eine Vielzahl an Aufgaben nutzen lässt. Unser Ziel ist, Schwächen dieses Werkzeugs zu beheben und dadurch noch mehr Blockchain-Anwendungen möglich zu machen.

Welche Schwächen haben Blockchain-Technologien bislang?

Beispielsweise ihre fehlende Geschwindigkeit: Viele bekannte Blockchain-Systeme, unter anderem Bitcoin, arbeiten mit einem wahrscheinlichkeitsbasierten Konsensverfahren. Es dauert recht lange, bis ein Block zum Teil der gültigen Blockchain wird. Bei einer Kryptowährung bedeutet das, dass eine Transaktion erst dann final ist, wenn nach Erzeugung eines Blocks – was bei Bitcoin im Schnitt zehn Minuten dauert – auch Konsens darüber hergestellt ist, dass der Block tatsächlich Teil der gültigen Blockchain ist. Das kann auch mal eine Stunde dauern.

Dauert das in jedem Fall so lange?

Mit modernen Blockchains ist eine Finalität von wenigen Sekunden erreichbar, das heißt nach wenigen Sekunden herrscht Konsens über den neuen Block und den damit gültigen Transaktionen. Aber auch das reicht für manche Anwendungen nicht: Für Hochfrequenzhandel, wie er an Börsen stattfindet, müsste man deutlich unter diesen Wert kommen. Das gleiche gilt zum Beispiel bei interaktiven Anwendungen und für den Einsatz in cyber-physischen Systemen.

Heißt das, man könnte Blockchain-Technologie zum Beispiel in vernetzten Autos einsetzen?

Wenn sie echtzeitfähig ist, ja – und an solchen Geschwindigkeiten wollen wir in unserem Projekt arbeiten. Wenn man beispielsweise verschiedene Komponenten eines Autos zu Akteuren in einem Blockchain-Netzwerk macht, könnte man bei einer Panne exakte und gesicherte Aussagen darüber treffen, welche Komponente zu welchem Zeitpunkt Probleme gemacht hat. Noch weiter gedacht könnte man das auf verschiedene vernetzte Autos anwenden und könnte so einen Unfallhergang anhand der Daten von verschiedenen Sensoren fälschungssicher dokumentieren.

Welche Ziele haben Sie bei ACE SUPPRA?

Wir gehen das Thema interdiszplinär an. Die Blockchain-Technologie ist komplex und hat unzählige Stellschrauben. Teilweise liegen die gar nicht in den Blockchain-Algorithmen selbst. Das Team von Andreas Herkersdorf, Professor für Integrierte Systeme, wird beispielsweise an einer Hardware-Beschleunigung für bestimmte Blockchain-Mechanismen forschen, an Co-Prozessoren, mit denen sich die notwenigen Geschwindigkeiten erreichen lassen und die zudem eingebaute Sicherheitsmechanismen besitzen.

Und das führen Sie dann mit dem eigentlichen Blockchain-Code zusammen?

Genau, meine Arbeitsgruppe wird die Fortschritte in der Hardware mit den Protokollen für die Konsensbildung zusammenbringen. Dabei achten wir auch besonders darauf, den Schutz der Privatsphäre im System fest einzubauen und werden das in reproduzierbaren Experimenten belegen.

Welche Themen werden Sie abgesehen von der Geschwindigkeit der Blockchain angehen?

Wir interessieren uns sehr dafür, wie Menschen mit der Blockchain interagieren können. Auch hier gibt es noch viel Potenzial: Alexander Pretschner, Professor für Software und Systems Engineering, beschäftigt sich mit Smart Contracts, einem sehr interessanten Feature der Blockchain. Er will solche automatisierten „Verträge“ nachweisbar verlässlich machen und auch für komplexe Anwendungen nutzbar machen. Florian Matthes, Professor für Software Engineering betrieblicher Informationssysteme wird den Einsatz von Blockchains für bestimmte Anwendungsfälle untersuchen. Ihm geht es dabei unter anderem darum, wie man die passenden Anreize für eine Mitwirkung in der Blockchain setzt, und welches Missbrauchspotential existiert. Einen verwandten Aspekt wird Isabell Welpe, Professorin für Strategie und Organisation an der TUM School of Management, untersuchen: Ihr geht es um Governance, also die Regeln, die man aufstellen muss, um mit dem Einsatz einer Blockchain vorab definierte Ziele zu erreichen, und darum, wie solche Regeln in den Code eingebaut werden können.

ACE SUPPRA wird mit rund 4,5 Millionen Euro von der Algorand Foundation gefördert…

Wir sind eines von zehn großen Universitätskonsortien, die diese Förderung bekommen. Dabei sind auch Yale, Columbia und die École Polytechnique in Paris. Die TUM hat sich nicht nur in Deutschland beim Thema praxis-relevante Informatik eine Führungsrolle erarbeitet – wenn es um IT-Systeme geht, mit denen auch unter realen Bedingungen komplexe Anwendungsfälle realisiert werden können, können wir vorne mitspielen.

Fließt das Geld ausschließlich in die Forschung?

Nein, wir wollen als Teil des Projekts Forschung und Lehre zu Blockchain an der TUM weiter ausbauen, dazu gehören auch neue Formate für Studierende, beispielsweise ein Hackathon mit Blockchain-Anwendungen und Workshops zu Blockchain-Themen.

Mehr Informationen:

Beteiligte Professuren

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Georg Carle
Technische Universität München
Lehrstuhl für Netzarchitekturen und Netzdienste
Tel: +49 89 289 18030
carle@net.in.tum.de

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