Mehr Sicherheit im Smart Home Nicht nur eine Frage des Geldes: Die Blockchain im Smart Home

Die Blockchain im Detail: mehr als nur Bitcoins

Aus technischer Sicht ist eine Blockchain, wie bereits erwähnt, eine Datenbank, die zeitlich aufeinanderfolgende Datensätze als eine verkettete Liste speichert. Bildhaft kann dies mit einer Patentkette verglichen werden, die sich aus achtförmig gestanzten Blechstücken zusammensetzt. Jedes neue Kettenglied wird durch die Löcher der vorherigen geschoben und dann so zusammengebogen, dass die beiden Löcher der Acht passgenau aufeinander zu liegen kommen. Infolgedessen kann die Kette nur dann ohne Gewaltanwendung aufgelöst werden, wenn vom Ende bis zum Anfang jedes Kettenglied einzeln aufgebogen und aus dem vorhergehenden herausgezogen wird. In ähnlicher Weise stellt die Verkettung einer Blockchain die Integrität der Datenbank sicher. Sobald ein neuer Datenblock an die Kette anhängt wird, kann der zuvor angehängte Block nicht mehr verändert werden.

Der Schlüssel zur Unveränderbarkeit der älteren Blöcke in einer Blockchain ist ein sogenannter Hashwert. Er wird aus den Daten des jeweils vorhergehenden Blocks berechnet und im neuen gespeichert. Ein zur Berechnung dieser Zahlen verwendeter Hashalgorithmus hat die charakteristische Eigenschaft, dass er schon bei einer minimalen Änderung der Eingangswerte ein deutlich verändertes Rechenergebnis liefert. So lassen sich Veränderungen der Ausgangsdaten zuverlässig erkennen. Ein einziger veränderter Block innerhalb einer Blockchain liefert bei allen folgenden Blöcken andere Hashwerte und ist damit eindeutig identifizierbar. Die Echtheit der Daten wird ständig durch sogenannte Miner überprüft, die im Netz verteilt sind und beliebig ausgetauscht werden können. Für eine erfolgreiche Manipulation der Blockchain müssten Unbefugte eine Mehrheit dieser Miner unter Ihre Kontrolle bringen. Dies ist jedoch sehr unwahrscheinlich.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Blockchain ist, dass es sich um eine verteilte Datenbank handelt. Das heißt, es gibt keine zentralen Datenbankserver, also auch keine zentrale Instanz wie eine Bank im Finanzwesen, die Transaktionen überwacht, um Manipulationen zu verhindern. Diese Aufgabe übernehmen die kryptografischen Blockchain Algorithmen und die Verteilung der Daten auf alle Teilnehmer.

Welche Merkmale kennzeichnen eine Blockchain?

• Eine Blockchain speichert Daten als Transaktionen in miteinander verketteten Datenblöcken.
• Beim Speichern werden die Datenblöcke mit einem Zeitstempel versehen und mit dem vorangegangenen Block verknüpft. Dabei wird ein Hashwert aus dem älteren Block berechnet, der eine Veränderung des Blockinhalts erkennbar macht, und im neuen Block gespeichert.
• Die verketteten Blöcke werden in Echtzeit an alle Teilnehmer verteilt, sodass jeder unabhängig und ohne eine zentrale Instanz, wie eine Bank, die Echtheit der Transaktionen überprüfen kann.
• Die Korrektheit der Transaktionen wird mit Kryptografie sichergestellt.
• Eine Blockchain übernimmt nur dann neue Daten, wenn diese von einer Mehrheit der Teilnehmer bestätigt werden.
• Ältere Transaktionen können nachträglich nicht verändert werden, sobald ein neuer Datenblock an die Kette angehängt wurde. Ausnahmen sind prinzipiell möglich, wenn die verwendete Blockchain einen Mechanismus vorsieht, beispielsweise dass eine ausreichend große Mehrheit der Teilnehmer der Änderung zustimmt.
• Die Datenblöcke einer Blockchain sind programmierbar. Das heißt, sie können mit Bedingungen und Aktionen verknüpft werden. Dadurch können Sie zum Beispiel sicherstellen, dass eine ausgewählte Transaktion nur und genau dann ausgeführt wird, wenn eine bestimmte Vorbedingung erfüllt ist.

Wofür können Sie die Blockchain Technologie im Smart Home nutzen?

Zunächst lässt sich die bekannte Anwendung der Blockchain als Kryptowährung auch im Smart Home nutzen. Immer mehr Shops akzeptieren Bitcoins & Co. Auch Banken haben die digitalen Geldsysteme entdeckt, zum Teil experimentieren sie sogar mit eigenen Währungen. In dieser Form können Sie die Blockchain im Smart Home also zum Beispiel für Online Einkäufe oder den Energiehandel mit selbst erzeugtem Strom nutzen. Beim Stromhandel machen Blockchains den Umweg über die zweifache Abrechnung mit dem Energieversorger überflüssig, sie erfolgt unmittelbar zwischen Erzeuger und Verbraucher. Der Einsatz von Blockchains ermöglicht außerdem eine zuverlässige, aber auch anonyme Zertifizierung von Ökostrom. Es gibt aber Blockchain Anwendungen, die spezifischer für das Smart Home sind.

Blockchain verbindet smarte Geräte ([victor zastol'skiy] stock.adobe.de/Fotolia)

Sicherer Fernzugriff auf Ihr Smart Home mit Blockchain

Wenn Sie mit Ihrem Smartphone oder Tablet unterwegs kontrollieren, ob in Ihrem Smart Home noch alles in Ordnung ist, dann gehen Sie davon aus, dass die angezeigten Sensordaten korrekt sind. Ebenso erwarten Sie, dass die Anweisungen, die Sie Ihrem Smart Home geben, nicht manipuliert werden. Konventionelle Sicherungssysteme mit Passwörtern sind aber ursprünglich für große, von fachkundigen Systemadministratoren verwaltete Computersysteme entwickelt und nicht für ein Internet of Things aus vielen, kleinen Geräten, die weitgehend unbeaufsichtigt ihren Dienst tun. Niemand kann und will für jedes smarte Device ein sicheres Passwort einrichten. Daraus ergeben sich typische Schwachstellen, die zunehmend von böswilligen Kräften ausgenutzt werden. Hacker knacken im Handumdrehen Überwachungskameras, Smartlocks und sogar für die Fahrzeugsteuerung verantwortliche Computersysteme in Autos. Das gelingt zum Beispiel mit Standardpasswörtern, die der Hersteller eingerichtet hat.

Ein Passwortschutz ist wie ein Schloss in Ihrer Haustür. Sobald es einmal geöffnet ist, besteht freier Zugang zu Ihren Räumen. In einer Blockchain ist jede Transaktion einzeln vor Manipulation geschützt. Der Zugriffsschutz erfolgt über eine asymmetrische Verschlüsselung mit Public- und Private-Key, bei der keine sensiblen Daten wie Passwörter oder PINs ausgetauscht werden müssen. Anders als ein Passwort, das sowohl ver- als auch entschlüsselt, können Sie den Public-Key ausschließlich zum Verschlüsseln nutzen und den Private-Key zum Entschlüsseln. Den öffentlichen Schlüssel (Public-Key) dürfen Sie also bedenkenlos verteilen. Den privaten Schlüssel brauchen Sie dagegen niemals herausgeben. Diese Art der Sicherung ist vollständig automatisierbar und kann ganz ohne Benutzereingriff erfolgen. Die Blockchain Technologie bietet daher die Möglichkeit, die Balance wieder zu Ihren Gunsten als legitimer Nutzer zu verschieben. Wie kann so etwas in der Praxis aussehen?

Sicherheit durch Blockchain ([fgnopporn] adobe.stock.com/Fotolia)

Ein Anwendungsszenario: Sicherer Zugang zu Smart Home Daten dank Blockchain

Eine mit Blockchain gesicherter Fernzugang zu Ihrem Smart Home lässt sich zum Beispiel so realisieren, dass Sie zunächst eine eigene Blockchain (Datenbank) aufsetzen. Für die komfortable Nutzung in der Praxis sollte diese Funktionalität beispielsweise vom Hersteller in eine Smart Home Zentrale integriert werden. Sie brauchen dann nur noch eine neue Transaktion für jedes Gerät anlegen, dass Sie in Ihrem Smart Home verwalten wollen. Wenn dann beispielsweise ein Türsensor, der geöffnet wird, neue Daten erzeugt, hängt er sie an die entsprechende Transaktion an, die anschließend von Ihrem Blockchain Miner verifiziert wird. Damit schließen Sie aus, dass ein Angreifer mit gefälschten Sensordaten Ihr Smart Home manipuliert. Umgekehrt ist auch eine sichere Übertragung von Befehlen an Ihre Smart Home Devices möglich.

Durch eine weitere Anwendung der Blockchain Technologie lassen sich diese Daten ebenso geschützt und gesichert im Internet übertragen und in der Cloud speichern. Die Verkettung mit Hashwerten erlaubt jederzeit eine Kontrolle der gesamten Transaktion. Durch die Verteilung der Daten und Aufgaben auf verschiedene, beliebig ersetzbare Knoten gibt es keine einzelnen Stellen, an denen das System zu knacken wäre, wie bei zentralisierten Systemen. Damit haben Sie selbst einen geschützten Fernzugriff auf Ihr Smart Home, aber auch eine Möglichkeit, anderen feinkörnig Zugriffsrechte darauf zu geben. So können Sie zum Beispiel einem Diensteanbieter Daten aus Ihrem Smart Home zur Verfügung stellen, die er für seine Dienstleistung benötigt.

Blockchain macht das Smart Home sicher ([goodluz] stock.adobe.com/Fotolia)

Fazit

Blockchain Anwendungen sind vor allem aus dem FinTech Sektor bekannt, der Informationstechnologie für die Bereitstellung finanzieller Dienstleistungen nutzt, und insbesondere durch die Bitcoin Kryptowährung. Aus informationstechnischer Sicht handelt es sich um eine spezielle Form von Datenbank. Die Technologie eignet sich gerade im Smart Home auch für Nutzungen, die nichts mit Finanztransaktionen zu tun haben. Sie kann zum Beispiel die Sicherheit beim Fernzugriff auf die Smart Home Komponenten erhöhen.