Datensouveränität : Hyperledger Fabric Blockchain: Die Blockchain für den 3D-Druck?

Die steigende Relevanz der additiven Fertigung sowie eine fortschreitende Digitalisierung der Prozesskette stellt die Fertigungsindustrie vor neue Herausforderungen hinsichtlich der Absicherung der Daten und des garantierten Schutzes des geistigen Eigentums. Denn die Partner im Bereich der additiven Fertigungsverfahren benötigen eine dezentrale Lösung, um die Datensouveränität und Nachvollziehbarkeit der Datennutzung sicher zu stellen. Dies gilt umso mehr, wenn die Fertigung zunehmend dezentral erfolgt. Das heißt, innerhalb globaler Netzwerke sollen Bauteile dort produziert werden, wo sie auch benötigt werden.

Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen hob ThyssenKrupp die Plattform „Digitales TechCenter für Additive Manufacturing“ aus der Taufe. Diese Plattform bietet Beratungs- und Konstruktions-Dienstleistungen sowie die Umsetzung von industriellem 3D-Druck für konzerninterne sowie externe Industriekunden an. Nun soll sie mit einer Blockchain-Lösung unterfüttert werden. „Hier geht es uns in erster Linie darum, 3D-Druck-Aufträge in globalen Netzwerken besser und sicherer abwickeln und näher mit unseren Kunden zusammenarbeiten zu können“, erklärt Joachim Stumpfe, Innovation Strategy and Projects bei ThyssenKrupp. „Zum anderen sehen wir mit unserem Partner IBM ein großes Potenzial, um Anwenderprobleme zu lösen.“ Für das Blockchain-Projekt mit IBM wurde ein Design Thinking Workshop abgehalten, indem verschiedene Use Cases und deren Anforderungen diskutiert und überprüft wurden. „Dafür stand immer der Mehrwert für den Kunden im Vordergrund“, ergänzt Stumpfe.

Die digitale Plattform soll im Prinzip auf zwei innovativen Technologien basieren: Hyperledger Fabric als Blockchain-Technologie für die Nachvollziehbarkeit und Unveränderbarkeit der einzelnen Interaktionen und Prozessschritte sowie Industrial Data Space (IDS) für einen sicheren Datentransfer. Wobei die Hyperledger Fabric eine „Private Permissioned Blockchain“ darstellt, die individuell definierte Zutrittsberechtigungen erlaubt, für die sich die Nutzer registrieren und ihre Anonymität ablegen müssen. Das heißt, Zugriffe auf einzelne Daten lassen sich innerhalb dieser privaten Blockchain nochmal granular nachtunen, indem zum Beispiel sogenannte Unterkanäle beziehungsweise Untergruppen eingeführt werden können. Diese flexiblen Berechtigungen sind im BtoB-Bereich unabdingbar, um das notwendige Vertrauen herzustellen. Auf diese Weise bekommt man auch gegenseitige Wettbewerber auf eine Industrieplattform. Das passiert zum Beispiel wenn mehrere Unternehmen unterschiedliche Preise aushandeln, die natürlich nicht jeder erfahren darf. Die Need-to-Know-Funktion von Hyperledger Fabric erlaubt es, dass bestimmte Transaktionen nur für eine bestimmte, vorab definierte Gruppe sichtbar werden. Ein weiterer Punkt ist die Geschwindigkeit. Bei der Blockchain mit der Kryptowährung Bitcoin entsteht durch das Verifizieren der Einträge etwa alle 10 Minuten ein Block. Da Hyperledger Fabric über kein festes Konsensus-Protokoll verfügt, müssen nicht alle Knotenbetreiber in eine Transaktion eingebunden werden. Dadurch reduziert sich das Verifizierungsniveau, was wiederum eine höhere Skalierbarkeit ermöglicht.

„So war es für die Anforderungen dieses Projekts ganz wichtig zu klären, welche Projektteilnehmer welche Daten sehen dürfen“, betont Sarah Wiederkehr, Managing Consultant IBM Schweiz. „Das heißt, die Blockchain ist nicht offen, sondern geschlossen und eignet sich damit für BtoB-Plattformen. Die einzelnen Teilnehmer müssen dafür zugelassen werden und bekommen so eine Identität. Das war in unserem Design Thinking Workshop ein ganz entscheidender Punkt.“ Die zweite wichtige Anforderung ist die Datenübertragung. Denn in einem solchen Manufacturing-Prozess werden Dateien wie zum Beispiel CAD-Files vom Kunden an den Engineering-Service-Provider - also an ThyssenKrupp - versendet, der wiederum das Druck-File erstellt. Aus dem 3D-Drucker kommen dann wiederum Daten hinsichtlich der Qualität oder der Druckprozesse. Da diese Daten natürlich zum Teil recht umfangreich sein können, möchte man sie nicht alle auf die Blockchain speichern. „Aus diesem Grunde bauten wir einen Connector, der sich an die Referenz-Architektur der IDS-Association hängt“, so Wiederkehr. „Wir versenden die Dokumente Peer to Peer und beim Sender und Empfänger generieren wir einen Hashwert, um sicher zu stellen, dass nichts verändert wurde. Der Hashwert wird dann auf die Blockchain geschrieben.“ Das bedeutet, dass die Plattform mit dem Connector eine Kommunikations-Schnittstelle zu anderen Teilnehmern im IDS-Netzwerk nutzt. „Bei uns sind diese IDS-Connectoren deswegen relevant, weil sie mit dem Datentransfer auch vertragliche Bedingungen regeln“, sagt Stumpfe. „Der IDS-Connector legt fest, wer die Daten bekommen darf, für welchen Zweck und für welchen Zeitraum. Diese Funktion resultiert aus der Interaktion aus den Technologien der „Private Permissioned Blockchain“ und dem IDS-Netzwerk.“ Die dritte Anforderung ist der Datenschutz. „Gemäß der DSGVO haben wir eine Lösung gefunden, dass keine personenbezogenen Daten auf der Blockchain hinterlegt werden“, sagt Wiederkehr. „Dazu geben wir einen Referenzwert in die Blockchain ein, den der jeweilige Nutzer nicht bei sich entschlüsseln kann.“

Ein wesentliches Merkmal der Plattform-Lösung ist die Integration von industriespezifischem Know-how zur additiven Fertigungstechnik. Einerseits wird so neben großen Unternehmen auch kleineren Kunden ohne einschlägige Kenntnisse ein schneller und einfacher Zugang zur additiven Fertigung ermöglicht, andererseits erlaubt die Plattform eine bessere Planung sowie einen nachweisbaren Qualitätsstandard über die gesamte Prozesskette. Da der 3D-Druck viel Know-how und größere Investitionen in innovative Maschinen erfordert, ist er meist nicht jedem Unternehmen zugänglich. Die neue Plattform mit IBM erfordert dagegen für den Kunden nur sehr geringe Investitionen. Zudem bietet sie besondere Materialien und Legierungen, die kleineren Unternehmen nicht zur Verfügung stehen. „Daher kann über uns alles abgewickelt werden“, so Stumpfe. „Wer möchte, kann das Bauteil auch in Asien ausgedruckt bekommen. Das geht vor allem auch schneller als wenn man es erst umständlich versenden muss. Da die einzelnen Teilnehmer auch über die Kontinente verteilt sein können, ist uns das Thema Datensouveränität und Datensicherheit natürlich ganz besonders wichtig.“