Blockchain im ÖPNV: Wie ist der derzeitige Forschungsstand?

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Kann Blockchain im ÖPNV einen Unterschied bewirken? Schauen wir uns hierzu bereits existierende wissenschaftliche Literatur an.

Ein Artikel der sich die Frage stellt, ob Blockchain-Technologien das Reisen revolutionieren werden, beginnt mit dem gleichen Gedanken, den mein Kollege mir erzählte, als er mich auf die Idee für diesen Blog-Artikel brachte.

“Vor 25 oder 30 Jahren reiste man von einem Ende Deutschlands zum anderen, indem man Tickets aus Papier vorlegte und separat jedes Verkehrsmittel zahlte. Heute leben wir in einer digitalen Welt, in der die meisten Menschen ihre Reisen online planen. Warum können Fahrgäste dann immer noch nicht ein einzelnes Ticket kaufen und damit verschiedene Verkehrsmittel nutzen?

Einführung in den Artikel über den Nutzen von Blockchain zur Verbesserung des ÖPNVs.

Das überholte Geschäftsmodell im Transportwesen beinhaltet Fahrgäste, die bei unterschiedlichen Unternehmen Tickets kaufen, um mit verschiedenen Verkehrsmitteln von A nach B zu kommen. Auch in einem digitalen Zeitalter bedeutet das den Besuch von verschiedenen Webseiten, um alle Tickets beisammen zu haben.

Das ist wahrscheinlich einer der Gründe, warum Fahrgäste eine nahtlos übergehende Lösung haben wollen, wenn sie Tickets buchen und verschiedene Verkehrsmittel nutzen müssen. Die Fahrgäste wollen eine Buchung auf einer Webseite oder in einer App tätigen und dabei Zugriff auf verschiedene Fahrzeugvarianten haben.

Das ist auch ein Grund, warum ein Transportsystem, das auf Blockchain basiert, in die Diskussion eingebracht wurde. Daher schauen wir uns ein paar wissenschaftliche Arbeiten zum Thema Blockchain im ÖPNV an.

Falls Sie nicht genau wissen, was Blockchain ist:

“Die weltweit populärste Art Kryptowährungen zu kaufen, verkaufen und handeln. Millionen von Menschen vertrauen seit 2011 auf ihr. Über 800 Milliarden US-Dollar in Kryptowährung sind im Umlauf.”

Die Aussage von Blockchains Webseite.

Diese Aussage unterstützt die generelle Wahrnehmung von vielen Menschen, die sich mit Blockchain nicht auskennen. Denn viele denken, dass es sich bei Blockchain nur um Bitcoins handelt. Aber wenn Sie sich ein bisschen durch Blockchains Hintergrundinfo The Future is Decentralised lesen, dann werden Sie schnell feststellen, dass Blockchains vielmehr als nur Kryptowährungen sind.

Meiner Meinung nach erklärt niemand die Grundlagen von Blockchain besser als 101 Blockchains (an dieser Stelle soll dies KEINE Werbung sein, ich bin nur der Meinung, dass diese Quelle das Thema leicht verständlich erklärt):

“Blockchain ist ein Peer-to-Peer-Netzwerk das Mitarbeitern die Möglichkeit bietet, untereinander Daten auszutauschen, ohne dass eine zentrale Instanz notwendig wäre. Das Peer-to-Peer-Netzwerk ist vollständig dezentralisiert. Damit das Netzwerk dezentralisiert sein kann, besitzt jeder Beteiligte eine Kopie des Ledger (Kontenbuch). Der Ledger kann eine vollständige oder minimale Kopie sein. Die Kopie muss nur insoweit genügen, dass der Ledger funktionsfähig bleibt und weiterhin mit dem Netzwerk verbunden ist.”

Blockchain for Beginners on 101 Blockchains.

Wenn Sie mehr über Blockchains lernen wollen, dann können Sie die 101-Blockchain-Webseite besuchen. Falls Sie eher ein visueller Lerner sind, dann schauen Sie mal bei Simply Explained, Simplilearn, oder dem Centre of International Governance Innovation vorbei.

Unterstützt Blockchain den Transportsektor dabei besser zu werden?

“Blockchain wurde in der Vergangenheit als vertrauensloses System bezeichnet. Vertrauenslos bedeutet hier, dass Sie keinem spezifischen Nutzer bei einer Datenübertragung vertrauen müssen, ob die Übertragung auch stattfindet. Da es bestimmte festgesetzte Regeln und Algorithmen (Protokolle) auf einer Blockchain-Plattform gibt, wird die Übertragung sicherlich stattfinden. Da das System nicht auf Vertrauen basiert, wird die Bestätigung der Transaktion auf mehrere Nutzer im Netzwerk aufgeteilt.

Blockchain in transport and logistics – paradigms and transitions von Koh, Dolgui und Sarkis (April 2020). Sie argumentieren, dass Blockchain die Notwendigkeit obsolet macht, vertrauenswürdige Nutzer zu haben.

In den vergangenen Jahren wurden mehrere Studien und Berichte über die Anwendung von Blockchain sowie Distributed Ledger Tech (DLT) im ÖPNV geschrieben und veröffentlicht. Eine Studie heißt Blockchain-Based Intelligent Transportation: A Sustainable GCU Application System. Die Forscher Xiaomin Du et al veröffentlichten im Juni 2020 einen Artikel über die nachhaltige Anwendung von Blockchain auf ein intelligent gesteuertes Transportwesen.

Ein intelligent gesteuertes Transportsystem meint die Nutzung von Physik, Informatik, das Internet der Dinge und das Verwenden von Transportdaten zur Optimierung des Verkehrswesens.

“Die technologische Neuerung, die mit Blockchain kommt, liegt in der Tatsache, dass ein Konsens über den wahren Stand des Ledgers besteht. So muss nicht einer zentralen Instanz oder einem Vermittler vertraut werden. Blockchain hat exzellente Eigenschaften um das Datenteilen zu unterstützen. Zu den Eigenschaften gehören, dass Blockchain zugriffssicher, vertrauenswürdig und nachvollziehbar ist. Mit diesen Charakteristika kann ein Informationssystem aufgebaut werden, das mit Daten aus verschiedenen Unternehmen arbeitet.”

Blockchain-Based Intelligent Transportation: A Sustainable GCU Application System also on why blockchain is good.

Die Autoren griffen auf eine umfangreiche Literaturliste und die Evaluation eines Expertenausschusses zurück. Sie führten einen Entscheidungsprozess durch und nutzten ein Auswertungslabor (DEMATEL). Anhand dieses Prozesses bestimmten sie die Wichtigkeit und den Zusammenhang von 15 Faktoren, die Einfluss auf ein intelligent gesteuertes Transportsystem nehmen. So konnten sie begründen, warum Blockchain für den ÖPNV notwendig ist.

Basierend auf den Ergebnissen, wurden die Faktoren von höchster zur niedrigsten Wichtigkeit aufgelistet:

Die Autoren schlugen ebenfalls vor, dass das Transportsystem anhand drei Schichten aufgebaut werden sollte, nämlich: Staat, Unternehmen, Nutzer.

• Staat: Verkehrsbehörden können Verkehrszulassungen erstellen, den Verkehr überwachen, Daten erfassen und Informationen über den Verkehrszustand veröffentlichen, indem sie Blockchain nutzen. Diese Verkehrsinformationen können von Bauunternehmen weiterverwendet werden, um die Straßen besser zu gestalten.
• Unternehmen: Transportunternehmen können ihre Fahrzeuge in Echtzeit verfolgen, Zahlungen aufnehmen oder prüfen, Steuern einreichen und Versicherungsverträge als intelligente Verträge speichern, indem sie Blockchain verwenden.
• Nutzer: Fahrgäste oder Fahrer können nach Verkehrsdaten suchen oder Auskunft geben, Tickets kaufen oder verkaufen und mit Reisegenehmigungen verhandeln, indem sie Blockchain nutzen.

Allerdings merkten die Autoren auch an, dass Blockchain nicht perfekt ist. Da die Übertragungen immer wieder kopiert werden, entstehen Unmengen an Daten, die generiert werden müssen. Das führt zu langsameren Verarbeitungszeiten, mehr benötigtem Speicherplatz und höheren Kosten (was der zuvor erwähnten Kosteneinsparung widerspricht).

Weitere Nachteile sind komplizierte Berechnungen, das Hinzufügen von neuen Blocks, der Bedarf an öffentlichen und privaten Verschlüsselungen, die hohen Kosten, die mit der Erweiterung der Blockchains kommen und das weitverbreitete Misstrauen in DLTs.

Die Implementierung von Blockchain im öffentlichen Personenverkehr ist mit einigen Herausforderungen verbunden. Eine bibliometrische Analyse wurde beispielsweise von Astarita et al durchgeführt, in der sie Transportsysteme, die auf Blockchain basieren könnten, untersuchten (Dezember 2020). Sie schlussfolgerten, dass Blockchain-Technologien noch im Frühstadium sind, auch wenn sie das Potential haben, das Vertrauen in den ÖPV zu stärken.

Die italienischen Autoren wiesen auch darauf hin, dass ein Großteil der relevanten Studien, die analysiert wurden, sich auf hypothetische Fälle bezogen und nur ein geringer Teil sich auf tatsächliche Anwendungen bezog. Daher liegt ein langer Prozess vor uns, in der Blockchain in das Transportsystem implementiert werden muss, um tatsächliche Resultate zu sehen.

Ähnliche Schlussfolgerungen wurden ebenfalls im OECD International Transport Forums Bericht aus dem Jahr 2018 gefunden. Der Bericht “Blockchain and Beyond: Encoding 21st Century Transport” versuchte das Potential von DLTs festzustellen. Denn DLTs sollen dank ihrer dezentralisierten Herangehensweise für ein koordiniertes und nahtlos ineinander übergehendes Transportsystem sorgen.

Der Bericht fand heraus, dass DLTs wie Blockhain die Möglichkeit haben, Transportunternehmen mithilfe von Protokollen zu verbinden, integrieren und anzupassen. Die Verknüpfung untereinander ist deshalb so wichtig, da so die Strategien der Unternehmen an die Fahrgäste angepasst werden können, die mehr Kontrolle über ihre Reisegewohnheiten gewinnen.

Da Blockchain noch in den Kinderschuhen steckt, sind die Auswirkungen, die Blockchain auf das Transportwesen haben, noch unbekannt. Außer jemand wagt den Versuch und implementiert Blockchain in das Transportsystem, was davon abhängen könnte, ob Blockchain bessere Veränderungen bringt, als es bereits existierende Systeme tun.

Macht Blockchain nun einen Unterschied im Transportwesen?

Es gibt keine endgültige Antwort auf diese Frage, da es kaum tatsächlich angewandte Studien gibt. Die Verwendung von Blockchain befindet sich wie gesagt noch immer in den Anfängen. Aber Blockchain hat folgende Vorteile:

• Bequeme Reiseerfahrung für Fahrgäste.
• Dezentralisiertes Peer-to-Peer-Netzwerk, indem die Nutzer Daten übermitteln können, ohne dass es einer zentralen Instanz oder eines Vermittlers bedarf.
• Die Nutzer müssen sich gegenseitig nicht vertrauen, da die Übermittlung ein Protokoll durchläuft.
• Transportdaten können nicht verändert oder durcheinander gebracht werden.
• Transportdaten können nachvollzogen werden.
• Verkehrsbehörden können Blockchain nutzen, um Verkehrslizenzen auszustellen, den Verkehr zu analysieren und Transportdaten zu übermitteln.
• Das Bauwesen kann Blockchain nutzen, um auf Transportdaten zuzugreifen und die Stadtinfrastrukturen zu planen.
• Fahrgäste können Blockchain nutzen, um Transportdaten zu suchen und Tickets zu kaufen.
• Fahrer können Blockchain nutzen, um Transportdaten zu übermitteln, Fahrkarten zu verkaufen und Reisegenehmigungen auszustellen.

Andrerseits müssen Anpassungen vorgenommen werden, um von diesen Vorteilen einen Nutzen ziehen zu können. Der Bericht der OECD sieht folgende Veränderungen vor:

• “Öffentliche Behörden müssen sich auf eine miteinander eng verknüpfte Welt vorbereiten.
• Sie müssen Veränderungen im Data Science und den Technologien in Erwägung ziehen, wenn sie das Transportwesen als Dienstleistung ansehen wollen.
• Über den Tellerrand schauen und den höheren Wert von DLTs anerkennen, als nur Kryptowährungen zu sehen. [Bei DLTs geht es um mehr als nur Kryptowährungen.]
• Regierungen sollten dabei helfen die Grundbausteine zu legen, die eine größere Aufnahme von DLTs erlauben.
• Blockchain-Technologien in langsamen und (relativ) kleinen Transportsystemen anwenden. Davon ausgehen, dass die nächste Generation an DLT-Technologien für “große und schnelle” System später angewandt werden.
• Regierungen sollten Leitfaden erstellen, die auf Algorithmen und Code basieren, um die Einführung von DLT-Technologien zu unterstützen.”

Vielleicht können wir von Ergebnissen profitieren, wenn wir diese Änderungen vornehmen. Und das bedeutet, dass ein Fahrgast ein Ticket auf einer Plattform für eine multimodale Verkehrsstrecke kaufen kann.

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