blockchain: how the bitcoin technology can change the public sector

BlockchainWie die Bitcoin-Technologie den öffentlichen Sektor verändern kann

Christof Tinnes, Phillip Pham & Carmen Eisenacher

Unser Team zum Thema Blockchain

Copyright © Capgemini 2016. All Rights Reserved

220170112capgemini_beitrage442_blockchain.pptx

Carmen EisenacherCapgemini i*GovLab

Produktmanagement

B. Sc. Wirtschaftsinformatik

Christof TinnesCapgemini i*GovLab

Teamlead

M. Sc. Mathematik

Phillip PhamCapgemini i*GovLab

Entwicklung Blockchain

B. Eng. Wirtschafts-ingenieurwesen

Christian SchmidtCapgemini i*GovLab

Entwicklung Blockchain

TUM Elektrotechnik

i*GovLab: Ein Innovationslabor von Capgemini für den öffentlichen Sektor.

i*GovLab trägt die digitale Transformation in den öffentlichen Sektor

• Innovative Architekturvisionen

• Showcases• Horizontale Prototypen• Vertikale Prototypen• Fachliche

Einsatzszenarien

• Publikationen

• Ideen und Konzepte

• Verprobung neuer Technologien & Verfahren

• Blockchain• IoT• Etc.


20170112capgemini_beitrage442_blockchain.pptx 2

Fragestellungen, die wir beantworten möchten.



• Wie wurde Blockchain erfunden und was hat Bitcoin damit zu tun?

• Vorteile von Blockchain?

• Welche Arten von Blockchain gibt es?

• Wie funktioniert die Blockchain?

• Wie kann Konsens erreicht werden?

• Welche Anwendungsfälle gibt es?

• Wie kann Blockchain den öffentlichen Sektor verändern?

• Digitale Wahlen

• Bürgertresor

• Demo Bürgertresor

Blockchain ist die Antwort…

… auf den Vertrauensverlust in zentrale Banken.



Was 2007 passierte:

Preissteigerungen und riskante Kredite

Kreditrisiken gebündelt in Wertpapieren

Falsche Einschätzung von Wertpapieren

Die Blase platzt: Eine weltweite Wirtschaftskrise ist das Resultat.



Und wer ist der Grund für die Krise?



Unethisches Handeln von Akteuren der Finanzwirtschaft. Versagen diese Akteure zu regulieren.

Unzufriedenheit und Misstrauen führen zu Protesten. Viele Menschen wünschen sich eine Änderung des Status Quo.



Auch Satoshi Nakamoto ist sauer. Seine Antwort ist die Erfindung von Bitcoin.



Finanztransaktionen ohne Mittelmänner (die Banken) durchführen.

Bitcoin ist ein System das „von innen heraus“ Vertrauen schafft.

Bitcoin eliminiert Mittelmänner und macht direkten Werteaustausch möglich.



Werteaustausch über Mittelsmänner




Direkter Werteaustausch


Eine Geschichte von dezentralen Netzwerken und verteilten Verzeichnissen.

Verzeichnisse dokumentieren den Verlauf von „Aussagen“ zwischen Handelspartnern.



Verzeichnisse dokumentieren den Verlauf von „Aussagen“ zwischen Handelspartnern.



Banken

Unternehmen

Notare

Behörden

PrivateHaushalte

Eine Dezentralisierung von Verzeichnissen bringt viele Vorteile mit sich.



Zentrale Instanz, die das

gemeinsame Verzeichnis pflegen.

Hohe Transaktionskosten Datenkonsistenz leicht

erreichbar

Vertrauen in Mittelmänner Einfache technische

Realisierung

Zentrale Machtinstanz

Eine Dezentralisierung von Verzeichnissen bringt viele Vorteile mit sich.



Zentrale Instanz, die das

gemeinsame Verzeichnis pflegen.

Jeder Teilnehmer pflegt sein

eigenes Verzeichnis

Hohe Transaktionskosten Datenkonsistenz leicht

erreichbar

Vertrauen in Mittelmänner Einfache technische

Realisierung

Zentrale Machtinstanz

Konsensfindung Vertrauen per Protokoll

Redundanz und Overhead Nachvollziehbarkeit

Schnelle Clearings

Blockchain sorgt für Konsens sowie Datenkonsistenz und löst dadurch ein großes Problem von verteilten Netzen.



Entscheidungsfindung durch „echten“

Konsens.

Ein einziger böswilliger oder korrumpierter

Peer kann Konsens verhindern.

Blockchain sorgt für Konsens sowie Datenkonsistenz und löst dadurch ein großes Probleme von verteilten Netzen.



Entscheidungsfindung durch „echten“

Konsens.

Lösung: Entscheidungen durch einen

„zufälligen“ Peer, der als erstes eine

„zufällige“ Aufgabe gelöst hat.

Ein einziger böswilliger oder korrumpierter

Peer kann Konsens verhindern.

Um den „Zufall“ zu überwinden, müsste ein

böswilliger Peer sich selbst betrügen.

Blockchain löst „real World“ Probleme …



Netzwerkintegrität

Verteilte „Macht“

Wert als Anreiz

Manipulationsresistent

und fälschungssicher

Transparenz

Rechte wahren

Gleichheit aller

Teilnehmer

Sichere Infrastruktur

Quelle: Tapscott & Tapscott, 2016: Blockchain Revolution

Public & Private Blockchain

Nur Public Blockchain

Das Blockchain-Netzwerk kann aus natürlichen Personen, Unternehmen oder Behörden bestehen.



Universitäten

Krankenhäuser

Banken

Produzenten

Behörden

Verkäufer




Universitäten

Krankenhäuser

Banken

Produzenten

Behörden

Verkäufer

Universitäten-Netzwerk




Universitäten

Krankenhäuser

Banken

Produzenten

Behörden

Verkäufer


Banken-Netzwerk




Universitäten

Krankenhäuser

Banken

Produzenten

Behörden

Verkäufer


Banken-Netzwerk

Behörden-Netzwerk

Netzwerke können offen „für alle“ oder auf einen ausgewählten Kreis von Teilnehmern begrenzt sein.



Permissioned Blockchain

• Eingeschränkter Teilnehmerkreis• Authentifizierung• Normalerweise nur einen Knoten pro Teilnehmer… Interessenverbände wie Banken oder Behörden

Private Blockchains

Permissionless Blockchain

• „Für alle“• Keine Authentifizierung• Mehrere Knoten pro Teilnehmer möglich … Bitcoin oder Peercoin

Public Blockchains

Mit 5 Schritten lassen sich Werte mit der Blockchain übertragen.



KonsensTransaktion Blockerstellung Verkettung Verteilung

Zwei Parteien möchten eine Transaktion ausführen, um einen Wert zu übermitteln.



Transaktion

Werte können Geldwerte, wie Bitcoin,sein aber auch materielle Besitztümer

wie Gegenstände oder Zertifikate. Schlichte Aussagensind ebenfalls möglich.

KonsensTransaktionBlockerstellung

Verkettung Verteilung

Unsere Parteien sind Herr Maier und Herr Müller. Unser Wert ist ein Grundstück.



Transaktion

Der Verkäufer Herr Maier möchte Herr Müllers Grundstückkaufin der Blockchain hinterlegen

Hr. Maier Hr. Müller



Unsere Parteien sind Herr Maier und Herr Müller. Unser Wert ist ein Grundstück.



TransaktionTransaktion #7dj4eo

Sender Adresse: Verkäufer MaierReceiver Adresse: Herr Müller

Value: Grundstück

Maier Signatur: 84kdlafsl44

Hr. Müller



Hr. Maier

Der Verkäufer Herr Maier möchte Herr Müllers Grundstückkaufin der Blockchain hinterlegen

Herr Maier signiert die Transaktion und schickt sie in das dezentrale Blockchain-Netzwerk.



Blockerstellung

Transaktion #7dj4eoSender Adresse: Verkäufer Maier

Receiver Adresse: Herr MüllerValue: Grundstück




Hr. Maier

Die Transaktion werden mit anderen unbearbeiteten Transaktionen in einem Block verpackt.



Blockerstellung




Pending Block

Prüfsumme:00000023100xrds

Nonce: 234246571

Previous Block:00000dk6deos2

Maier an Müller

Transaktion: dk342lss

Transaktion: 98dke1s3

…

Transaktion #7dj4eoSender Adresse: Standesamt München

Receiver Adresse: Herr MaierValue: Geburtsurkunde Maier

Standesamt Signatur: 84kdlafsl44

Transaktion #7dj4eoSender Adresse: Bundesamt für Justiz

Receiver Adresse: Frau WagnerValue: Führungszeugnis Müller

BfJ Signatur: 84kdlafsl44



Hr. Maier

Es muss sichergestellt werden, dass die Blöcke nicht mehr geändert werden.



Verkettung

Block 44

Prüfsumme00000dk6deos2

Nonce: 734575368

Previous Block:000000ls4326jd

Maier an Müller


Transaktion: 9d8dk1s3

Block 45

Prüfsumme:00000023100xrds

Nonce: 234246571

Previous Block:00000dk6deos2

Transaktion: kdo8df56

Transaktion: 0df8slles

Transaktion: 54dkeiEd

Block 46

Prüfsumme:0000000288ffs94

Nonce: 1356234234

Previous Block:00000023100xrds

Transaktion: zde38cnd

Transaktion: k187dake

Transaktion: 1ldk76sk

… … …



Sobald der Block verschlüsselt ist, wird er an alle Teilnehmer des Netzwerkes verteilt.



New Block

Prüfsumme:….


Maier an Müller




Receiver Adresse: Herr MüllerValue: Grundstück Müller


Verteilung



Hr. Maier

Die Teilnehmer müssen sich nun einigen, ob dieser Block in ihr Verzeichnis aufgenommen wird.



Konsens

Ohne zentrale Instanz können wir nicht sicherstellen, dass Betrüger

Transaktionen durchführen, die gegen die festgelegten Regeln verstoßen, oder

dass versehentlich fehlerhafte Transaktionen durchgeführt werden.

Warum brauchen wir Konsens?



Was würde passieren, wenn ein Wert zweimal versendet wird?



Unser Verkäufer Herr Maier überträgt den Wert „Grundstück“ an Herr Müller. Direkt danach überträgt es denselben Wert an Herr Werner.

Wer ist nun der Besitzer des Grundstücks?

Und was steht in der Blockchain?




Transaktion #dk8ejdSender Adresse: Verkäufer Maier Receiver Adresse: Herr Werner

Value: Grundstück




Konsens

Hr. Maier

Die Reihenfolge von Blöcken hängt davon ab, welcher Block zuerst gelöst wird.



Block 4

Block 5

Block 6

Block 6

Konsens



Werden zwei Blöcke gleichzeitig gelöst, wird parallel auf beiden Branches weitergearbeitet bis…



Block 4

Block 5

Block 6

Block 6

Block 4

Block 5

Block 6

Block 6

Konsens



… in einem Branch ein weiterer Block gefunden wird. Die längste Kette bildet so den Konsens.



Block 4

Block 5

Block 6

Block 6

Block 4

Block 5

Block 6

Block 6

Block 4

Block 5

Block 6

Block 6

Block 7

Konsens



Zurück zu unserer doppelten Grundstück-Transaktion.






Transaktion #dk8ejdSender Adresse: Verkäufer MaierReceiver Adresse: Herr Werner

Value: Grundstück


Block 4

Block 5

Block 6

Block 6

Block 7

Verifizierungsmechanismen prüfen, dass ein Wert pro

Block nur einmal übertragen werden kann.

Konsens



Hr. Maier

Zweimal den gleichen Wert zu verschicken ist nahezu unmöglich.




Receiver Adresse: Herr MüllerValue: Grundstück Müller


Transaktion #dk8ejdSender Adresse: Person A

Receiver Adresse : Person AValue: Kaufvertrag Haus


Konsens



Hr. Maier

Die Grundstückübertragung ist nun manipulationsresistent in der Blockchain hinterlegt.



Hr. Müller

New Block

Proof of Work:….


Maier an Müller






Block 232

Proof of Work:….


Transaktion: asdjfoeidi

Transaktion: lkjov8d55

Transaktion: kfo8dl03f

Block 231

Proof of Work:….


Transaktion: dsf9gsad

Transaktion: 9sfkodf4

Transaktion: 23fzdka7



Hr. Maier

Dezentrale Konsensbildung ist eine der wichtigsten Fragestellungen von Blockchain-Netzwerken.

Konsens-Mechanismen haben großen Einfluss auf die Transaktionsgeschwindigkeit und müssen abhängig vom Anwendungsfall festgelegt werden.



Ge

rin

ge

La

ten

zH

oh

eL

ate

nz

Unflexibel Flexibel

Proof-of-Work

Proof-of-Stake

Proof-of-Activity

StellarConsensus

Protocol

Tender-mint

Proof of Work: Mining von Blöcken.

Der Schnellste gewinnt.

Proof of Stake: Mining von Blöcken.

Coins “konkurrieren” um den nächsten

Block.

Proof of Activity: Verbindung von

Proof of Stake und Proof of Work.

Teilweise PoS Blöcke, teilweise PoW

Blöcke.

Tendermint: Blockchain ohne Mining.

Stellar Consensus Protocol: Jeder

Teilnehmer bestimmt mehrere

Gruppen von Peers, denen er vertraut.

LatenzDauer von der erstenGenerierung einer “wahren”Transaktion bis zur Akzeptanz imNetzwerk und damit einhergehendergesicherter Weiterverwendung.

FlexibilitätZusammengesetztaus “Permissionless” und freierAuswahl an vertrauensvollen bzw.intakten Teilnehmern.

Die Blockchain eröffnet neue Möglichkeiten…

Ein breites Anwendungsfeld macht Blockchain spannend für viele Branchen.



Anwendungs-fälle

Identitätsmanagement

Notardienstleistungen

Digitale Wahlen

Urheberschutz im Internet

Geldtransaktionen

E-Patientenakte

Internet of Things

E-Zertifikate

Dezentraler Marktplatz

Dezentrale Datenbanken

Transparente Lieferketten

Aktienhandel

Dezentrale soziale Netzwerke

Dokumente validieren

Smart Contracts

Zahlreiche Banken, etablierte Unternehmen, Start-ups und Regulatoren forschen und entwickeln an Blockchain-Technologien.



$1,4 Milliarden Investment in 2016Quelle: Cryptocoinsnews.com

Die Fülle der Anwendungsfälle für den öffentlichen Sektor zeigt, dass Blockchain auch dort eine Rolle spielen kann.



E-Identität

Notardienstleistungen

Lieferkettenüberwachung

Staatliche Leistungen

Dokumente aufbewahren

Digitale Wahlen

Fall 1: Digitale Wahlen mit der Blockchain Technologie



Wahlbetrug, Einschüchterung von Wählern und geringe Wahlbeteiligung schwächen die Demokratie.



Wahlberechtigte senden Wahl-Tokens über die public Blockchain an ihren Kandidaten.



Keinen Wahlbetrug, keine Korruption

Mehr Vertrauen in Demokratie und Politik

Wählen von überall, Wähler beschützen

Bequem für Wähler, einfach auszuwerten

Gewonnen hat der Kandidat, unter dessen Adresse sich die meisten „Wahl-Tokens“ befinden.



Keinen Wahlbetrug, keine Korruption

Mehr Vertrauen in Demokratie und Politik

Wählen von überall, Wähler beschützen

Bequem für Wähler, einfach auszuwerten

60

99

72

Fall 2: Validierung von Dokumenten mit Hilfe der Blockchain Technologie



Prüfsummen von Dokumenten werden in einer privaten, permissioned Behörden-Blockchain fälschungssicher abgelegt.



Bundesamt für Justiz

Antragssteller

PDF#

Verifizierungs-API

#

#

#

#

#

#

PDF PDF

PDF

#

#

# #=

rechtsgültig

Manipulationen am Original-Dokument verändern die Prüfsumme und erzeugen so keine Übereinstimmung mit der Blockchain-Prüfsumme.




Krimineller Antragssteller

PDF#

Verifizierungs-API

#

#

#

#

#

#

PDF PDF

PDF

#

#

# #≠

Nicht rechtsgültig

Manipulationen am Original-Dokument verändern die Prüfsumme und erzeugen so keine Übereinstimmung mit der Blockchain-Prüfsumme.




Krimineller Antragssteller

PDF#

Verifizierungs-API

#

#

#

#

#

#

PDF PDF

PDF

#

#

# #≠

Nicht rechtsgültig

Einfacher Dokumente-Austausch zwischen Behörden

Überprüfung von Dokumenten ohne Kartenlesegerät

Manipulationen werden sofort erkannt

Zeitsparend, kostengünstiger und bequemer für alle

Beteiligten

Transparenz über alle föderalen Ebenen hinweg

Mit Capgeminis Prototypen können Dokumente über die Blockchain validiert werden.

DEMOBürgerTresor

Echtheit von Dokumenten validieren mit der Blockchain-Technologie

Link

http://blockchainprototyp-igovlab.mybluemix.net/login

Bis Blockchain einsatzbereit ist, müssen noch einige Steine aus dem Weg gerollt werden.

Blockchain-Hype nähert sich laut Gartner dem Peak of Inflated Expectations.






„Blockchain ist die wichtigste

Erfindung unserer Zeit!“




„Blockchain ist die wichtigste

Erfindung unserer Zeit!“

„Blockchain wird die Welt

verändern!“

Auch ungelöste, technische Fragestellungen blockieren den Einsatz von Blockchain-Technologien.



Blockchain erfordert

UmdenkenWenige

Blockchain-Experten




Gesetzeslage und

Bereitschaft von

Regierungen

Einigung auf ein Protokoll


UmdenkenWenige

Blockchain-Experten

Keine umfassende

digitale Identität




Unausgereifte Technologie

Gesetzeslage und

Bereitschaft von

Regierungen

Einigung auf ein Protokoll


UmdenkenWenige

Blockchain-Experten

Keine umfassende

digitale Identität

Sybil-Attacken

Smart Contracts

ohne Anreiz

Distributed Denial of Service-Attacken

Abschließende Worte zum Thema Blockchain

So sieht es aktuell mit der Blockchain aus!



Blockchain:

Wurde durch Bitcoin erfunden.

Eliminiert Mittelsmänner, die Verzeichnisse pflegen.

Ist manipulationsresistent und fälschungssicher.

Die Wahl des Konsensmechanismus ist maßgeblich.

Bietet für viele Branchen Anwendungsfelder.

Eignet sich um digitale Wahlen und Dokumente-Validierungen durchzuführen.

Hat viel Investment durch Firmen und Investoren erhalten.

Wir aktuell stark gehyped.

Ist noch unausgereift und nicht einsatzbereit.

Wie geht es weiter?



Der Hype wird nachlassen

… und somit auch das Investment.

Sinnvolle Anwendungsfälle werden sich herauskristallisieren

… und unsinnige werden (hoffentlich) niedergelegt.

Glaskugel: 5-10 Jahren ist Blockchain einsatzbereit

… denkt jedenfalls Gartner und wir stimmen zu.

Unsere Kooperationen mit Startups und Engagement in Open-Source Communities



Partnerschaften mit Startups

Kooperationen mit Startups

Engagement in der Open Source Community

Wie geht Capgemini und das i*GovLab vor?



Capgemini wird

seine Blockchain-Community ausbauen

weitere Kooperationen mit Startups eingehen

Proof of Concept für verschiedene Industrien erstellen

i*GovLab wird

Veröffentlichungen publizieren

Ideen bei Kunden platzieren

… am Thema dran bleiben!

Noch Fragen?

Blockchain VortragWie die Bitcoin-Technologie den öffentlichen

Sektor verändern kann

Capgemini i*GovLab

Referenten:

Christof Tinnes [email protected]

Carmen Eisenacher [email protected]

Phillip Pham [email protected]

Über CapgeminiMit mehr als 180.000 Mitarbeitern in über 40 Ländern ist

Capgemini einer der weltweit führenden Anbieter von

Management- und IT-Beratung, Technologie-Services sowie

Outsourcing-Dienstleistungen. Im Jahr 2015 betrug der Umsatz

der Capgemini-Gruppe 11,9 Milliarden Euro. Gemeinsam mit

seinen Kunden entwickelt Capgemini Geschäfts-, Technologie-

sowie Digitallösungen, die auf die individuellen

Kundenanforderungen zugeschnitten sind. Damit sollen

Innovationen ermöglicht sowie die Wettbewerbsfähigkeit gestärkt

werden. Als multinationale Organisation und mit seinem

weltweiten Liefermodell Rightshore® zeichnet sich Capgemini

durch seine besondere Art der Zusammenarbeit aus – die

Collaborative Business ExperienceTM. Erfahren Sie mehr unter

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