Blockchain und Smart City Anwendungsmöglichkeiten der Technologie außerhalb von Kryptowährungen

Der damalige UN-Generalsekretär Kofi Annan hat im Jahr 2000 auf der Weltkonferenz zur Zukunft der Städte in Berlin gesagt: „Die Zukunft der Menschheit liegt in den Städten“. In Anbetracht der aktuellen Entwicklung, scheint Kofi Annan Recht zu beweisen. Im Jahr 2008 lebten erstmals mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in urbanen Regionen. Im Jahr 2050 könnten bei anhaltendem Trend bis zu 6,5 Mrd. Menschen in Städten leben. Zum Vergleich: Anfang des 20. Jahrhunderts betrug der weltweite Urbanisierungsgrad nur ca. 13%. Die rasche Zunahme der Stadtbevölkerung stellt die Städte zunehmend vor besonderen ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen. Der Smart City Ansatz versucht sich diesen Herausforderungen durch wirtschaftliche, gesellschaftliche und technische Innovationen zu stellen. Die Anwendungsbereiche einer Smart City sind, wie eine Stadt selbst, sehr vielfältig. Unter dem Begriff Smart Mobility findet beispielsweise eine verkehrsmittelübergreifende App ihre Anwendung, die die User Experience verbessert und somit das Kombinieren von Verkehrsmitteln für die urbane Bevölkerung attraktiver gestaltet. Im Bereich der Smart Energy kann ein städtisches Stromnetz Daten sammeln und diese automatisch analysieren und adaptieren, um so die Zuverlässigkeit, Nachhaltigkeit und den Verbrauch städtischer Energie zu optimieren. Der Smart City Ansatz lässt sich kurz gesagt in jedem Bereich einer Stadt einsetzen. Oftmals ist es dabei technologischer Fortschritt, welcher Lösungen für die komplexen Probleme anhaltender Urbanisierung bietet. Denn durch den rasanten Wandel der Internet- und Webtechnologie und der ständigen Verfügbarkeit sämtlicher Geräte und dessen Nutzer ergeben sich neue potentielle Chancen für die Städte. Werden die Unmengen an Daten sinnvoll analysiert, können die daraus entstehenden Maßnahmen zu einer höheren Lebensqualität in sämtlichen Bereichen einer Stadt führen. Bei der Sammlung und Analyse von großen und teils sensiblen Datenmengen ergeben sich im Smart City Kontext allerdings auch die größten Schwachstellen. Ein tiefes Ausfallrisiko, sowie eine hohe Datensicherheit müssen gewährleistet werden, um die Integrität des Systems zu wahren. Das Ausfallrisiko ergibt sich aus der Vernetzung von zukünftigen städtischen Systemen, in der sämtliche Informationssysteme der Stadt miteinander interagieren. Darüber hinaus fungiert die Stadt im bisherigen Smart City Kontext als eine Art zentrale Instanz, in der sämtliche Daten auf einer Datenbank gespeichert werden. Dabei bildet diese jedoch einen Single Point of Failure. Der Single Point of Failure beschreibt eine einzelne Stelle im System, die bei Ausfall für einen Zusammenbruch des gesamten Systems sorgt. Wenn also eine städtische Datenbank als zentrale Institution im System ausfällt, wird der Ausfall sich auf alle beteiligten Bereiche auswirken, was einem Kollaps gleich kommen würde. Eine hohe Datensicherheit muss zudem gewährleistet werden, da sensible Daten verarbeitet und gespeichert werden.
An diesen Schwachstellen setzt die Blockchain-Technologie an.
Die Bitcoin-Blockchain, welche die erste Blockchain überhaupt ist, hat durch den rasanten Kursanstieg der Kryptowährung Bitcoin in den letzten Jahren immer mehr an medialer Aufmerksamkeit gewonnen. Entwickelt wurde die Technologie hinter der Kryptowährung von Satoshi Nakamoto im Jahr 2008. Dabei ist bis heute nicht bekannt, wer sich hinter dem Namen verbirgt. Der Gedanke der Person/Personengruppe war es, dass Teilnehmer weltweit über ein dezentral verteiltes, organisiertes Computernetzwerk eine digitale Währung (Bitcoin) versenden können und somit eine zentrale Instanz (z.B. ein Finanzinstitut), umgangen wird. Dabei wird jede noch so kleine Transaktion durch Mathematik und Kryptographie verschlüsselt, anschließend in einem sogenannten Block gespeichert und ist für alle Beteiligten jederzeit einsehbar. Der Vorteil der neuen Blockchain-Technologie ist dabei die Dezentralität, die Unveränderlichkeit und die Transparenz der sich im Umlauf befindenden Daten. Vereinfacht gesagt ist die Blockchain-Technologie eine dezentrale, digitale Datenbank, die jede Art von Austausch zwischen Teilnehmern transparent dokumentiert. Nach konzeptionellen Weiterentwicklungen in den letzten Jahren kann die Technologie jedoch sehr viel mehr, als nur eine Kryptowährung zu verwalten.
Diese Technologie könnte vielen Bereichen einer Smart City dienen, beispielsweise der Verwaltung. Da die dezentrale Datenbank einer Blockchain sicher und unveränderbar ist, kann die Technologie in Bereichen wie Vergabe von Sozialhilfeleistungen, Ausbildungsnachweise, aktuelle Aufenthaltsbewilligungen und Grundbucheinträgen eingesetzt werden. Im schweizerischen Ort Zug wird momentan ein Pilotprojekt getestet, in dem Bürger auf Blockchain-Basis abstimmen und wählen können. Das Ziel des Projekts ist es, Wahlen komplett Ausfall- und Manipulationssicher zu gestalten und trotzdem für ausreichend Anonymität zu sorgen. Nach den ersten Testläufen äußerte sich der Stadtpräsident Dolfi Müller wie folgt: „Beim dezentralen E-Voting sind die Datensouveränität und die Transparenz für die Abstimmenden am höchsten, weil eine individuelle Nachvollziehbarkeit besteht." Auch Dubai will ein Vorreiter der Blockchain-Technologie werden. Der Scheich Mohammed bin Rashid, Vizepräsident und Premierminister der Vereinigten Arabischen Emirate und Herrscher von Dubai hat das Projekt Blockchain Strategy 2021 ins Leben gerufen. Dabei sollen durch die Implementierung der Blockchain-Technologie in das städtische System ca. 1,3 Mrd. Euro und 25,1 Mio. Arbeitsstunden eingespart werden. Erreicht wird die Optimierung laut Projektbericht durch die Effizienzsteigerung bei der Bearbeitung von Dokumenten in staatlichen Institutionen. Durch die Vorteile der Blockchain hätte die Technologie auch den momentan schwierigen Nachweis von Grundbucheinträgen in Haiti verhindern können. Im Jahr 2010 wurden durch ein schweres Erdbeben die Archive der Grundbücher zerstört und die Bewohner müssen ihren eigentlichen Landbesitz bis heute erst wieder einklagen. Durch eine Speicherung der Grundbucheinträge auf einer dezentralen Blockchain, könnten auch nach einer solchen Katastrophe und der Zerstörung der zentralen Datenbank die Eigentumsverhältnisse nachgewiesen werden.
Neben Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Smart Governance bietet die Technologie auch in allen anderen Bereichen einer Smart Ciy, Anwendung. So wird zurzeit ein Projekt in Brooklyn im Bereich Smart Energy erprobt, bei dem Nutzer über die Blockchain-Technology Peer-to-Peer erneuerbare Energie kaufen und verkaufen können. Dabei nutzen sie die vorher installierten Solaranlagen auf ihren Dächern, um überschüssige Energie in einem dezentralen Netzwerk ohne einen zentralen Drittanbieter an andere Nutzer zu verkaufen, oder bei erhöhtem Bedarf zu kaufen.
Auch im Internet of Things (IoT) Bereich kann die Blockchain-Technologie einen wertvollen Beitrag leisten. Wenn Sensoren in einer zukünftigen Smart City permanent jegliche Form von sensiblen Daten sammeln, machen diese sich zunehmend angreifbar für Hackerattacken. Die Blockchain-Technologie ermöglicht eine direkte Kommunikation zwischen den IoT-Devices, sodass diese untereinander sicher und autonom kommunizieren können. Darüber hinaus müssen die gewonnenen Daten nicht wie üblich in eine zentrale Datenbank oder ein Rechensystem übermittelt werden, sondern sind dezentral auf der Blockchain gespeichert. Einen Schritt weiter geht dabei die Entwicklung von sogenannten Smart Contracts. Smart Contracts sind intelligente, selbstausführende, digital prüfbare Verträge, welche mittels einer Software gesteuert werden. So könnte beispielsweise ein Pkw mittels Smart Contract selbstständig eine Parkuhr auf Blockchain-Basis bezahlen, wenn sich dieser den Sensoren des Parkplatzes nähert. Dabei baut das Prinzip auf einer „Wenn, dann“ Logik auf. Wenn der Pkw die Parkbucht erreicht hat, dann bezahlt dieser eigeständig über einen Smart Contract der Parkuhr den anfallenden Betrag. Die Blockchain-Technologie findet, wie der Terminus Smart City, ebenfalls Anwendung in sämtlichen Bereichen einer Stadt.
Jedoch basiert die Blockchain-Technologie zurzeit noch auf einer sehr jungen Technik, die bis dato noch keine wirkliche Anwendung im Mainstream gefunden hat und zudem noch etwaige Schwachstellen hinsichtlich der Skalierung aufzeigt. Einige Experten vergleichen die theoretisch mögliche Reichweite der neuartigen Technologie dennoch bereits mit dem des Internets in den 1990er. Die Grundidee, durch Dezentralität, Transparenz und gemeinsame Kontrolle der Netzwerkteilnehmer ohne eine dritte externe Instanz in einem Peer-to-Peer-Netzwerk jegliche Formen von Daten auszutauschen, kann jedoch ein Schlüssel zur Optimierung des Smart City Konzepts werden.