WD 5 - 032/22 Einsatz der Blockchain-Technologie (Schwerpunkt öffentliche
Wissenschaftliche Dienste Deutscher Bundestag Dokumententyp: Ausarbeitung Ausarbeitung Titel: Einsatz Einsatz der Blockchain-Technologie der Blockchain-Technologie (Schwerpunkt (Schwerpunkt öffentliche öffentliche Verwaltung) Untertitel: Anwendungsfälle, Anwendungsfälle, bisherige Erfahrungen bisherige Erfahrungen und und Förderprojekte Förderprojekte © 2022 Deutscher Bundestag WD 5 - 3000 - 032/22
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 2 WD 5 - 3000 - 032/22 Einsatz der Blockchain-Technologie (Schwerpunkt öffentliche Verwaltung) Anwendungsfälle, bisherige Erfahrungen und Förderprojekte Aktenzeichen: WD 5 - 3000 - 032/22 Abschluss der Arbeit: 16.03.2022 Fachbereich: WD 5: Wirtschaft und Verkehr, Ernährung und Landwirtschaft Disclaimer: Die Wissenschaftlichen Die Wissenschaftlichen Dienste des Dienste DeutschendesBundestages Deutschen Bundestages unterstützenunterstützen diedes die Mitglieder Mitglieder desBundestages Deutschen Deutschen bei ihrer mandatsbezogenen Bundestages Tätigkeit. IhreTätigkeit. bei ihrer mandatsbezogenen ArbeitenIhre geben nicht die Arbeiten Auffassung geben nicht diedes Deutschen Auffassung desBundestages, eines sei Deutschen Bundes ner Organe oder der Bundestagsverwaltung wieder. Vielmehr liegen sie in der fachlichen Verantwortung tages, eines seiner Organe oder der Bundestagsverwaltung wieder. Vielmehr liegen sie in der fachlichen Verantworder Verfasse rinnen und Verfasser sowie der Fachbereichsleitung. Arbeiten der Wissenschaftlichen Dienste geben nur den zum Zeit tung der Verfasserinnen und Verfasser sowie der Fachbereichsleitung. Arbeiten der Wissenschaftlichen Dienste punkt der Erstellung des Textes aktuellen Stand wieder und stellen eine individuelle Auftragsarbeit für einen Abge geben nur den zum ordneten des Zeitpunkt Bundestagesderdar. Erstellung des Textes Die Arbeiten könnenaktuellen Stand wieder und stellen der Geheimschutzordnung eine individuelle des Bundestages Auftragsarbeit unterliegende, ge schützte für einenoder andere nicht Abgeordneten deszur Veröffentlichung Bundestages dar. Diegeeignete ArbeitenInformationen enthalten. Eine beabsichtigte können der Geheimschutzordnung Weitergabe des Bundestages oder unter Veröffentlichung ist vorab liegende, geschützte dem jeweiligen oder andere nicht zur Fachbereich anzuzeigen Veröffentlichung undInformationen geeignete nur mit Angabe der Quelle enthalten. zulässig. Eine Der Fach beabsichtigte bereich berät über die dabei zu berücksichtigenden Fragen. Weitergabe oder Veröffentlichung ist vorab dem jeweiligen Fachbereich anzuzeigen und nur mit Angabe der Quelle zulässig. Der Fachbereich berät über die dabei zu berücksichtigenden Fragen.
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 3 WD 5 - 3000 - 032/22 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 4 2. Stand Umsetzung der Blockchain-Strategie 4 3. Blockchain-Technologie und deren Anwendungsfälle 6 3.1. Blockchain-Grundlagen 6 3.2. Generelle Anwendungsfälle 9 3.3. Anwendungsfälle in der öffentlichen Verwaltung 14 4. Bisherige Erfahrungen zu Blockchain-basierten Projekten in der öffentlichen Verwaltung 15 4.1. Gesammelte Erfahrungen in Blockchain-Projekten 15 4.2. Sicherheitsaspekte der Blockchain-Technologie 18 5. Förderprojekte und Förderprogramme mit Blockchain- Bezug 20
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 4 WD 5 - 3000 - 032/22 1. Einleitung Dieser Sachstand analysiert den aktuellen Stand der Blockchain-Technologie hinsichtlich des derzeitigen Umfangs möglicher Anwendungsfälle (mit einem besonderen Augenmerk auf die öf fentliche Verwaltung) sowie die bisherigen Erfahrungen, die aus Blockchain-basierten Projekten gewonnen wurden. In diesem Rahmen wird gesondert auf die Sicherheit von Blockchain-Anwen dungen eingegangen, wozu eine Kurzinformation des Fachbereichs Verfassung und Verwaltung 1 der Wissenschaftlichen Dienste berücksichtigt wurde . 2. Stand Umsetzung der Blockchain-Strategie Mit der Blockchain-Strategie hatte es sich die Bundesregierung 2019 zur Aufgabe gemacht, „die 2 Chancen der Blockchain-Technologie zu nutzen und ihre Potenziale zu mobilisieren“. Hierzu ge 3 hörte unter anderem auch die Einführung von digitalen Verwaltungsdienstleistungen. Die Umset zung der Strategie sollte unter Berücksichtigung der hohen Anforderungen an die IT-Sicherheit 4 und den Datenschutz erfolgen. Insgesamt wurden 44 Maßnahmen im Verantwortungsbereich von 10 Bundesministerien festge legt. Bis Ende 2021 sollten diese Maßnahmen ergriffen werden, „um die Chancen der Blockchain- 5 Technologie zu nutzen und ihre Potenziale zu mobilisieren.“ Es wurden fünf Teilbereiche defi niert, in denen Maßnahmen umgesetzt werden sollten: – Stabilität sichern und Innovationen stimulieren: Blockchain im Finanzsektor – Innovationen ausreifen: Förderung von Projekten und Reallaboren – Investitionen ermöglichen: Klare, verlässliche Rahmenbedingungen – Technologie anwenden: Digitale Verwaltungsdienstleistungen – Informationen verbreiten: Wissen, Vernetzung und Zusammenarbeit Dabei muss zwischen Projekten und Anwendungsfeldern für Unternehmen und Industrie einer seits sowie Anwendungsfeldern für die öffentliche Verwaltung andererseits unterschieden wer den. Im ersten Fall geht es um die Schaffung von Rahmenbedingungen und Rechtssicherheiten, sowie um Pilotprojekte unter Industriebeteiligung für bestimmte Branchen. Im zweiten Fall geht 1 Deutscher Bundestag, Wissenschaftliche Dienste, Zur Verwendung der Blockchain-Technologie in der Bundes verwaltung, WD 3 – 025/22. 2 Blockchain-Strategie der Bundesregierung, https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Digitale- Welt/blockchain-strategie.pdf, S. 5. 3 Vgl. Blockchain-Strategie der Bundesregierung, S. 6. 4 Vgl. Blockchain-Strategie der Bundesregierung, S. 5. 5 Vgl. Blockchain-Strategie der Bundesregierung, S. 5.
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 5 WD 5 - 3000 - 032/22 es um konkrete Anwendungsfälle in Behörden und Ministerien, die mit der Digitalisierung der Verwaltung einhergehen. Im Mai 2021 wurde ein Zwischenbericht zur Blockchain-Strategie veröffentlicht, der den Stand 6 der 44 Maßnahmen darstellt, aber nur sehr oberflächlich auf die einzelnen Maßnahmen eingeht. Dort wird der Umsetzungsstand der Maßnahmen in den o.g. übergreifenden Teilbereichen als Ganzes mittels eines Tortendiagramms angeben (siehe Abbildung 1). Abbildung 1: Prozentualer Anteil der Umsetzung der Maßnahmen der Blockchain-Strategie7 Der im Juni 2021 aktualisierte Bericht der Bundesregierung „Digitalisierung gestalten - Umset zungsstrategie der Bundesregierung“ platziert die Blockchain-Technologie als eine von mehreren Digitaltechnologien (wie z.B. auch das Thema Künstliche Intelligenz (KI) oder Internet of Things (IoT)), die sich durch mehrere Projekte und Programme ziehen. Auch hier finden sich u.a. die Maßnahmen aus der Blockchain-Strategie, jedoch wird nicht explizit die Technologie in den Vor dergrund gestellt, sondern das Anwendungsfeld bzw. der Anwendungssektor. 6 BMWi (2021), Die deutsche Blockchain-Strategie - Stand der Umsetzung und Ausblick, https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/B/bekanntmachung-umsetzung-blockchain-strate gie.pdf?__blob=publicationFile&v=4. 7 https://www.digital-made-in.de/dmide/massnahmen-der-blockchain-strategie-1793664
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 6 WD 5 - 3000 - 032/22 Die gezeigte Entwicklung deutet darauf hin, dass sich das Thema Blockchain von 2019 bis heute stetig fortentwickelt hat: Von einer dezidierten Technologie und deren potenziellen Möglichkei ten hin zu einer anwendungsfallbezogenen Betrachtung, bei der es darum geht, vom Anwen 8 dungsfall ausgehend das beste Werkzeug oder Mittel zu identifizieren. Dies spiegelt sich in einer Reihe von OECD-Akteuren und Studien wieder, die die Blockchain- 9 Entwicklung in den letzten Jahren eng begleiten. Lindman et al. (2020) zeigten sich zurückhal tend aufgrund der bisher fehlenden großen Durchbrüche beim Blockchain-Einsatz im öffentli chen Sektor. Dennoch sei das Potenzial weiter vorhanden: „In addition to the private sector, where blockchain has demonstrated disruptive potential through a series of proven use cases in areas such as fintech and asset management, interest for public sector applications of blockchain technology remain high. Governments continue to show strong demand for investments in blockchain efforts for identity, records and supply 10 chain management, financial services, land titles, and other applications.“ 3. Blockchain-Technologie und deren Anwendungsfälle 3.1. Blockchain-Grundlagen „Die Blockchain-Technologie gilt als eine potenzielle neue Basistechnologie der Digitalisie rung, für die ein breites, sektorübergreifendes Feld an Anwendungsmöglichkeiten vorstellbar ist. Blockchains sind dezentrale, digitale Register, die durch kryptografische Verfahren und dezentrale Speicherung ein hohes Maß an Datenintegrität und Vertrauenswürdigkeit bieten können. So werden manipulationssichere und nachprüfbare Transaktionen ermöglicht. Blockchains stellen damit eine technologische Lösung für bestimmte Vertrauensprobleme dar, die sich an ganz unterschiedlichen Stellen des Wirtschaftslebens und der Verwaltung er geben. Damit hat die Blockchain-Technologie das Potenzial, bisher notwendige vertrauens schaffende Intermediäre in bestimmten Bereichen zu ersetzen. Die Technologie könnte dar über hinaus zur Modernisierung von Registern und zur Digitalisierung von Dokumentations prozessen beitragen und die Automatisierung von Prozessen vorantreiben. Zudem könnte der Handel von bislang schwer handelbaren Gütern vereinfacht werden, weil mittels Blockchain- 8 Siehe u.a. Lindman, J., et al. (2020), "The uncertain promise of blockchain for government", OECD Working Pa pers on Public Governance, No. 43, OECD Publishing, Paris, https://doi.org/10.1787/d031cd67-en, sowie Reetz, F. (2019), Herausforderungen und Förderstrategien für die Blockchain-Technologie, Studien zum deutschen Innovationssystem, No. 10-2019, Expertenkommission Forschung und Innovation (EFI), Berlin, https://www.e- fi.de/fileadmin/Assets/Studien/2019/StuDIS_10_2019.pdf. 9 U.a. Blockchains Unchained: Blockchain - Technology and its Use in the Public Sector (https://doi.org/10.1787/3c32c429-en); State of the Art in the Use of Emerging Technologies in the Public Sector (https://doi.org/10.1787/932780bc-en). 10 Lindman, J., et al. (2020), "The uncertain promise of blockchain for government", OECD Working Papers on Pub lic Governance, No. 43, OECD Publishing, Paris, https://doi.org/10.1787/d031cd67-en, S. 2.
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 7 WD 5 - 3000 - 032/22 Technologie alle erdenklichen Werte, Rechte und Schuldverhältnisse an materiellen und im materiellen Gütern durch Token repräsentiert werden können. Blockchains sind ein Spezial 11 12 fall der Distributed-Ledger-Technologien .“ Technisch betrachtet ist der Kern einer jeden Blockchain-Anwendung der Konsens-Algorithmus, der um Smart Contracts zu sogenannten dApps erweitert werden kann. „Dieser [Konsens-]Algorithmus implementiert einen transparenten und verlässlichen Mecha nismus für die Einigung der Nutzer über die Validität und Reihenfolge der auf der Blockchain durchzuführenden Transaktionen. Dies ermöglicht eine dezentrale Speicherung eines jeder zeit identischen Informationsstandes auf den Systemen der jeweiligen Nutzer und bietet ihnen eine sichere Grundlage für die Überprüfung der Quelle und Unversehrtheit (d.h. Au 13 thentizität und Integrität) der abgelegten Informationen.“ Bei den Konsens-Mechanismen wird in der Funktionalität zwischen Proof of Work (PoW), Proof of Stake oder Proof of Authority unterschieden, die sich u.a. darin abgrenzen, wie Teilnehmer zur Berechnung der Validierung ausgewählt werden bzw. wie eine ökonomische Hürde aufgebaut wird, um Daten zu manipulieren (z.B. bei PoW durch hohen Energieverbrauch beim Lösen eines 14 kryptografischen Zufallsrätsels). Anwendungen, die auf Blockchains aufsetzen, sind sogenannte dApps. „Unter einer Blockchain-Anwendung verstehen wir Angebote, die auf der Grundlage einer Basistechnologie (oder ggf. einer digitalen Währung) eine zusätzliche Dienstleistung anbieten. 15 Blockchain-Anwendungen werden in der Regel als Smart Contract realisiert, können aber 11 Abk. DLT (Anm. d. Verf.) 12 BMWi (2021), Die deutsche Blockchain-Strategie - Stand der Umsetzung und Ausblick, https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/B/bekanntmachung-umsetzung-blockchain-strate gie.pdf?__blob=publicationFile&v=4, S. 1. 13 NExT e.V. in Zusammenarbeit mit der Initiative "Blockchain in der Verwaltung Deutschland" (BiVD) und der Community of Practice Blockchain des NExT-Expertennetzwerks (2019), Blockchain in der Verwaltung – An wendungsbereiche und Herausforderungen, https://assets.website-fi les.com/5ea4da2d27484ba34faa7528/5f4433270ef00855b0116f4a_Blockchain_in_der_Verwaltung_Teil_1_2019- 09-06.pdf, S. 4. 14 Reetz, F. (2019), Herausforderungen und Förderstrategien für die Blockchain-Technologie, Studien zum deut schen Innovationssystem, No. 10-2019, Expertenkommission Forschung und Innovation (EFI), Berlin, https://www.e-fi.de/fileadmin/Assets/Studien/2019/StuDIS_10_2019.pdf, S. 11 f. 15 Anm. d. Verf.: „Moderne Blockchain-Technologien können zudem Prozesslogiken in sogenannten Smart Contracts hinterlegen. Diese vordefinierten und für jeden einsehbaren Programmcode-Abschnitte werden bei Eintritt bestimmter Bedingungen automatisch ausgeführt und können dadurch die Effizienz, Transparenz und Manipulationsresistenz insbesondere organisationsübergreifender Prozesse steigern.“ (NExT e.V. in Zusammen arbeit mit der Initiative "Blockchain in der Verwaltung Deutschland" (BiVD) und der Community of Practice Blockchain des NExT-Expertennetzwerks (2019)), S. 4.
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 8 WD 5 - 3000 - 032/22 auch eine bereits bestehende Blockchain als Datenspeicher nutzen oder in anderer Form da mit interagieren. Bekannte Beispiele für Blockchain-Anwendungen sind die sogenannten „dApps“ – Anwendungen, die auf Basis der Ethereum-Blockchain entwickelt werden. Von Blockchain-Anwendungen angebotene Dienstleistungen werden häufig übersogenannte „To ken“ bezahlt. Token sind eine in der Regel über einen Smart Contract realisierte Form von Di gitaler Währung, die – unabhängig von der zugrundeliegenden Basistechnologie – für eine einzelne Anwendung genutzt werden kann. Token werden in der Regel genauso gegen Echt 16 geld gehandelt, wie die „Coins“ einer Digitalen Währung.“ Das NExT-Expertennetzwerk weist explizit darauf hin, dass „Blockchain zwar die meist bekannte aber nur eine mögliche Form einer Distributed Ledger Technology (DLT) ist und modernere, al ternative DLT vergleichsweise deutlich bessere Eigenschaften bzgl. Skalierbarkeit, Sicherheit und 17 Gesetzeskonformität aufweisen können.“ Weitere DLT-Formen sind der Tangle und der Hash graph (siehe Abbildung 2). 16 BSI (2019), Abschlussbericht Projekt 374 - Sicherheitsuntersuchung ausgewählter Blockchain-Anwendungen, https://www.bsi.bund.de/SharedDocs/Downloads/DE/BSI/Krypto/Blockchain_Studie-374.html, S. 9 f. 17 NExT e.V. in Zusammenarbeit mit der Initiative "Blockchain in der Verwaltung Deutschland" (BiVD) und der Community of Practice Blockchain des NExT-Expertennetzwerks (2019), Blockchain in der Verwaltung – An wendungsbereiche und Herausforderungen, https://assets.website-fi les.com/5ea4da2d27484ba34faa7528/5f4433270ef00855b0116f4a_Blockchain_in_der_Verwaltung_Teil_1_2019- 09-06.pdf, S. 12.
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 9 WD 5 - 3000 - 032/22 Abbildung 2: Schematische Darstellung der Datenstrukturen einiger unterschiedlicher Ledger-Arten ohne Anspruch auf Vollständigkeit18 3.2. Generelle Anwendungsfälle Die Blockchain- bzw. DLT-Technologie sind für die Organisation digitaler Interaktionen univer sell einsetzbar. In sämtlichen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Konstellationen lassen sich daher Anwendungsfälle identifizieren. Diverse Studien skizzieren hier die Einsatzfähigkeit und den potenziellen Nutzen. Die Liste an illustrativen Projekten ist vielfältig: Die Europäische Investitionsbank identifiziert sieben Anwendungsdomänen, wie die Blockchain- Technologien genutzt werden können (siehe Abbildung 3). Vorrangig im Bereich „Bezahlung und Transaktionen“ (Payments and international transactions) ist die Technologie weit verbreitet, was die ursprüngliche Herkunft der Entwicklung im Bereich der Crypto-Währungen widerspie gelt. Die Anwendungen lassen sich in verschiedenen Branchen zu neuen Services ausbauen (siehe Abbildung 4). 18 NExT e.V. in Zusammenarbeit mit der Initiative "Blockchain in der Verwaltung Deutschland" (BiVD) und der Community of Practice Blockchain des NExT-Expertennetzwerks (2019), Blockchain in der Verwaltung – An wendungsbereiche und Herausforderungen, https://assets.website-fi les.com/5ea4da2d27484ba34faa7528/5f4433270ef00855b0116f4a_Blockchain_in_der_Verwaltung_Teil_1_2019- 09-06.pdf, S. 14.
Wissenschaftliche Dienste Ausarbeitung Seite 10 WD 5 - 3000 - 032/22 Abbildung 3: Blockchain Domänen19 19 European Investment Bank, Verbeek, A., Lundqvist, M. (2021), Artificial intelligence, blockchain and the future of Europe : how disruptive technologies create opportunities for a green and digital economy : main report, https://data.europa.eu/doi/10.2867/126279, S. 33 ff.
