Blockchain Adoption in Organizations : Technical Barriers and Potential Solutions

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Sedlmeir, Johannes:
Blockchain Adoption in Organizations : Technical Barriers and Potential Solutions.
Bayreuth , 2023 . - XII, 329 S.
( Dissertation, 2023 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00007183

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Abstract

Blockchain technology is considered a potential solution to many challenges businesses and public institutions face within the digital transformation. Specifically, blockchain-based IT solutions can enable cross-organizational digital interactions for which no universally trusted intermediary exists for economic, political, or social reasons. Related work suggests that the technical properties of blockchain networks align very well with the requirements of many applications and emphasizes management-related adoption challenges, for instance, identifying business models or developing effective governance approaches for decentralized systems. However, when taking a closer look at blockchain projects in organizations in practice, several technical issues appear significantly more relevant than anticipated. This doctoral thesis focuses on three essential representatives of these technical adoption barriers: (1) high electricity demand, (2) low performance accompanied by high operating costs, and (3) excessive transparency. I discuss to which extent these issues are problematic when implementing blockchain technology in organizations and survey solutions already being explored in academia and practice. Furthermore, I design and evaluate novel approaches for blockchain-based IT systems. I find that sustainability issues are not problematic in general but rather an undue extrapolation from Bitcoin's high electricity needs. In contrast, performance and data visibility aspects are more fundamental and difficult to solve for organizations. According to my analysis, permissioned blockchains that have been developed to address these issues often do not provide a sufficient solution. Serverless blockchains may be useful in specific scenarios in which high performance, favorable cost stuctures, seamless integration with cloud applications, as well as fine-granular access control are crucial aspects while a high degree of centralization is acceptable. In general, blockchain-based solutions in organizations that address performance and data visibility requirements will involve complex combinations of different cryptographic components and communication layers, with verifiable computation techniques such as zk-SNARKs and the bilateral exchange of verifiable attestations according to the self-sovereign identity paradigm playing a key role.

Abstract in weiterer Sprache

Blockchain-Technologie wird als eine potenzielle Lösung für viele Herausforderungen, denen Unternehmen und öffentliche Institutionen im Rahmen der digitalen Transformation begegnen, angesehen. Insbesondere können Blockchain-basierte IT-Lösungen organisationsübergreifende digitale Prozesse ermöglichen, für die aus wirtschaftlichen, politischen oder gesellschaftlichen Gründen kein allgemein vertrauenswürdiger Intermediär gefunden werden kann. Viele Arbeiten argumentieren, dass die technischen Eigenschaften von Blockchain-Netzwerken sehr gut mit den entsprechenden Anforderungen in Anwendungen übereinstimmen und betonen häufig, dass managementbezogene Herausforderungen, wie etwa die Identifizierung von Geschäftsmodellen oder die effiziente Gestaltung von dezentraler Governance, die zentralen Gründe für die langsame Adoption der Technologie sind. Bei näherer Betrachtung von Blockchain-Projekten in Organisationen zeigt sich jedoch, dass einige technische Fragestellungen wesentlich relevanter sind als erwartet. Diese Arbeit befasst sich mit drei wesentlichen dieser technischen Hürden: (1) hohem Strombedarf, (2) geringer Performanz bei gleichzeitig hohen Betriebskosten sowie (3) einem übermäßigen Grad an Transparenz. Ich diskutiere, in welchem Maße diese Hürden sich manifestieren und untersuche zahlreiche Lösungen, die bereits erforscht oder in der Praxis eingesetzt werden. Zudem stelle ich neue Ansätze für Blockchain-basierte IT-Systeme vor und evaluiere diese. Ich komme zu dem Schluss, dass Nachhaltigkeitsaspekte im Allgemeinen als wenig problematisch angesehen werden können und eher einer unzutreffenden Extrapolation des hohen Stromverbrauchs von Bitcoin entspringen. Im Gegensatz dazu sind die Performanz- und Datenschutzaspekte grundlegender und für Organisationen deutlich herausfordernder zu lösen. Meine Analyse zeigt, dass zugangsbeschränkte Blockchain-Lösungen, die gerade angesichts dieser Herausforderungen entwickelt wurden, in vielen Fällen keine ausreichende Lösung darstellen. „Serverless Blockchains“ können sich in speziellen Szenarien eignen, in denen hohe Performanz, vorteilhafte Kostenstrukturen, einfache Integration mit Cloud-Anwendungen sowie feingranulares Zugangsmanagement essentielle Aspekte sind und ein vergleichsweise hoher Grad an Zentralisierung für die beteiligten Organisationen akzeptabel ist. Allgemein müssen Blockchain-basierte Lösungen in Organisationen, die typische Anforderungen hinsichtlich Performanz und Kontrolle über die Sichtbarkeit von Daten erfüllen, komplexe Kombinationen unterschiedlicher kryptographischer Komponenten und Kommunikations-Ebenen aufweisen. Techniken der „Verifiable Computation“, wie etwa zk-SNARKs, sowie der bilaterale Austausch von verifizierbaren Nachweisen nach dem Paradigma selbstsouveräner Identitäten können dabei Schlüsselrollen einnehmen.