Titelaufnahme

Titel
Laufzeitverifikation von Geschäftsprozessen unter Verwendung der Blockchain / von Christoph Prybila
Weitere Titel
Runtime verification for business processes utilizing the blockchain
VerfasserPrybila, Christoph
Begutachter / BegutachterinSchulte, Stefan
ErschienenWien, 2016
Umfangxv, 140 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2017
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Text in englischer Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Choreographien / Blockchain / Geschäftsprozessmanagement / Laufzeitverifikation / Bitcoin
Schlagwörter (EN)Choreographies / Blockchain / Business Process Management / Runtime Verification / Bitcoin
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-94930 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Laufzeitverifikation von Geschäftsprozessen unter Verwendung der Blockchain [9.33 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Zentral orchestrierte Workflow-Managementsysteme sind nur eingeschränkt skalierbar. Wissenschaftliche Arbeiten forcieren daher einen dezentralen Ansatz zur Workflow-Choreographie. Hierbei wird die Kontrolle einer Workflow-Instanz zwischen unabhängigen Teilnehmern einer Choreographie aufgeteilt. Für diese geteilte Kontrolle wird ein unabhängiger Mechanismus benötigt mit welchem Workflow-Instanzen dokumentiert und verifiziert werden können. Um als kryptographische Währung dezentral und unabhängig zu bleiben, bestehen für das Bitcoin-Projekt ähnliche Anforderungen. Bei solchen digitalen Währungen kommt dabei die Blockchain-Technologie zum Einsatz, welche als verteiltes und unabhängiges Medium zur Kontoführung genutzt wird. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird von uns die Eignung der Blockchain für eine verteilte Laufzeitverifikation erforscht. Dazu werden zuerst bestehende Lösungen im Bereich der verteilten Laufzeitverifikation diskutiert und die Eigenschaften von verschiedenen Blockchains beleuchtet. Basierend auf den daraus gewonnenen Erkenntnissen wird ein neuartiger Ansatz zur Laufzeitverifikation abgeleitet und dieser in einem Prototyp umgesetzt. Der entwickelte Prototyp wird zuerst mit anderen existierenden, verteilten Laufzeitverifikationsansätzen verglichen. Basierend auf übergreifenden Kriterien für Choreographien wird ein funktioneller Vergleich durchgeführt. Es zeigt sich, dass der Einsatz der Blockchain ein nahtloses Monitoring der verteilten Ausführung ermöglicht. Gleichzeitig können Anonymität und Unabhängigkeit der Choreographieteilnehmer gewahrt werden. Weiters ermöglicht unser Prototyp das bedarfsorientierte Einbinden von neuen Choreographieteilnehmern. Es bleiben aber auch Nachteile. So können die Vertraulichkeit der Workflowdaten nicht gewährleistet und eine vorgegebene Ausführungssequenz nicht erzwungen werden. In einer Leistungsanalyse wird der Overhead unseres Ansatzes ermittelt. Die Verwendung des Prototyps kann zu einer signifikanten Erhöhung der Laufzeit führen. Der größte Einflussfaktor dafür ist die Transaktionsbestätigungszeit (TBZ) in der Bitcoin-Blockchain. Die TBZ betrug während der Analyse im Median 7,741 Minuten. Zusätzlich hat die TBZ auch eine sehr hohe Standardabweichung. Manche Transaktionen haben daher auch wesentlich länger benötigt um bestätigt zu werden. Es ist möglich den Prototyp mittels eines weniger sicheren Arbeitsmodus zu beschleunigen. Generell ist unser Ansatz jedoch am Besten für Geschäftsprozesse mit zeitintensiven Aktivitäten geeignet, zum Beispiel für Logistik oder Supply Chain Prozesse.

Zusammenfassung (Englisch)

To address the scalability limitations of orchestration-oriented workflow management systems, scientific contributions propagate workflow choreographies. The control over a workflow instance is shared between independent participants. Accordingly, an independent mechanism to document and verify the execution of a workflow instance is required. In the unrelated scientific field of cryptocurrencies, the Bitcoin project utilizes the Blockchain technology as distributed ledger to record payment transactions. This thesis explores the suitability of the Blockchain to create a novel approach to runtime verification. Existing approaches to distributed runtime verification are discussed. Next, the properties of different operating Blockchains are highlighted. Based on these findings a novel approach to runtime verification that utilizes the Bitcoin Blockchain is developed. The developed prototype is evaluated in a functional comparison. Based on selected criteria, runtime verification approaches are categorized and discussed. Findings show that our Blockchain-based approach enables a seamless execution monitoring while at the same time preserving anonymity and independence of the participants. Some downsides remain. Our proposed prototype enables flexible on-demand participant selection but is not able to provide data confidentiality or to enforce an execution sequence. At last, the prototype is evaluated in a performance analysis. The usage of the runtime verification prototype can significantly increase workflow duration. The greatest influence factor is the transaction confirmation time (TCT) in the Bitcoin Blockchain. A median TCT of 7.741 minutes is recorded in the evaluation. The TCT also exhibits a very high standard deviation, indicating that single transactions take even longer to confirm. While it is possible to reduce the induced execution overhead of the framework with a less safe but greedy approach, the results suggest that the prototype is most suited for business processes with long running activities like logistic or supply chain processes.