Safe-UR-Chain – Konsortial-Blockchain für Produktionsnetzwerke

Ausgangslage

Die schrittweise Digitalisierung und Vernetzung von Produktionssystemen hat es Unternehmen in den letzten Jahren ermöglicht, ihre Arbeit enger aufeinander abzustimmen und produktiver zu arbeiten. Diese Vernetzung hat jedoch auch ihre Schattenseiten: Durch die Verflechtung der einzelnen Segmente werden sie übergreifend verwundbar. So ermöglicht die Vernetzung es Cyber-Kriminellen, gezielte Angriffe auf vernetzte Unternehmen durchzuführen. Ein Angreifer kann gespeicherte Produktionsdaten z. B. so verändern, dass eine spätere Rückverfolgung von Fehlern unmöglich wird. Ein derartiger Angriff kann somit eine ernsthafte Gefährdung der Bevölkerung zur Folge haben, wenn beispielsweise Daten, die für eine Rückrufaktion relevant sind, verändert werden.

Um zu untersuchen, wie solche Angriffe in Zukunft verhindert werden können, beteiligt sich das Blockchain Competence Center Mittweida (BCCM) aktiv am Forschungsprojekt „safe-UR-chain“. In diesem Projekt wird erforscht, wie die Blockchain-Technologie in einem Unternehmensnetzwerk eingesetzt werden kann, um die nachträgliche Veränderung von produktionsrelevanten Daten zu verhindern.

Das Projektportfolio des BCCM fasst die Fragestellung so zusammen:

• Lieferketten- / Produktionsnetzwerke / ESG: Beweis, dass zu einem Zeitpunkt in der Vergangenheit gewisse Daten (Format beliebig) genauso vorlagen, wie heute behauptet.
• Daten: Produktions-, Konfigurations- und Prozess-Daten, Logfiles, … aber auch komplette Dokumente.

Funktionsweise

Ein Beitrag von Erik Neumann, Entwickler im safe-UR-chain-Forschungsprojekt an der Hochschule Mittweida, im Behörden Spiegel (Januar 2022) beschreibt den damaligen Stand, als ein unternehmensübergreifender Blockchain-Demonstrator entwickelt wurde:

• Blockchain als Manipulationsschutz: In einer Blockchain werden mit neuen Daten immer auch Verweise auf die bereits vorhandenen Daten eingefügt. Diese Verweise basieren auf eindeutigen „Fingerabdrücken“ von Daten, den sogenannten „Hashes“. Historische Daten lassen sich so nicht verändern, ohne viele dieser Verweise neu berechnen zu müssen; über den letzten Verweis kann die Integrität sämtlicher vorhergehenden Daten überprüft werden.
• Nodes mit unterschiedlichen Funktionen: Innerhalb eines Unternehmens wird die Blockchain von einem dezentralen Netzwerk aus sogenannten „Nodes“ geführt. Einige Nodes nehmen Daten direkt von Maschinen auf und speisen sie in das Netzwerk ein, andere erzeugen die Blockchain, indem sie Daten zu Blöcken zusammenfassen und den Verweis auf den vorhergehenden Block errechnen. Weitere Nodes speichern die Blockchain-Daten und bereiten sie für andere Systeme auf. Das Netzwerk kann sich selbstständig aufbauen und sich bei einem Ausfall von Nodes selbst reparieren.
• Unternehmensübergreifendes Netzwerk: Die lokalen Blockchain-Netzwerke werden zu einem unternehmensübergreifenden Netzwerk zusammengeschlossen. Darin teilen die Unternehmen die aktuell letzten Verweise aus ihrer lokalen Blockchain, nicht aber die eigentlichen Produktionsdaten. Diese „Verstrickung“ der unternehmensinternen Blockchains ermöglicht eine spätere Integritätsprüfung, ohne dass die eigentlichen Daten ihr jeweiliges Unternehmen verlassen müssen.
• Leichtgewichtiges Framework: Das Projekt baut auf einer völlig neuen, extrem leichtgewichtigen und eigens im BCCM entwickelten Blockchain-Lösung auf. Das Gesamtsystem umfasste zu diesem Zeitpunkt weniger als 10.000 Zeilen Quellcode und konnte laut Tests pro Unternehmensnetzwerk über 100 Datensätze pro Sekunde aufnehmen. Auch unterschiedliche Konsensverfahren (Proof-of-X) können zum Einsatz kommen. Getestet wurde das System von mehreren Partnerfirmen innerhalb des Projekts.

Lösung und Umsetzungsstand

Laut Projektportfolio des BCCM (Stand: 13. März 2025) ist Safe-UR-Chain eine Blockchain-basierte Plattform, die es Unternehmen ermöglicht, kryptographisch abgesicherte Beweise über die Existenz und Reihenfolge von Datensätzen zu erbringen. Dafür kommen Konsortial-Blockchain-Netzwerke zum Einsatz, die sogenannte „Hash-Werte“ untereinander austauschen – manipulationssicher und zensurresistent.

Umsetzungsgrad: voll funktionsfähige IT-Lösung (basierend auf Rust) mit den Komponenten Datenaufnahme, Blockerzeuger, Blockchain, Speicher und Netzwerk.

Offene Aufgaben laut Portfolio:

• Integration in eine Low-Code-Lösung (erfolgt momentan, siehe Projekt LCBIT)
• Prüfung des Einsatzes im Rahmen des Lieferkettengesetzes
• Herstellung von Kontakten zu Auditoren und Zertifizierern
• Gewinnung von Anwendern und Testern
• Gewinnung von Integrations- und Vertriebspartnern