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Towards compliance-by-design for a decentralized business process execution engine
No full textDie Blockchain-basierte Ausführung von Geschäftsprozessen hat in den letzten Jahren in Wissenschaft und Industrie viel Aufmerksamkeit erregt. Blockchains und andere Distributed-Ledger-Technologien ermöglichen ein vertrauensbasiertes Ökosystem, das den Bedarf an Vermittlern reduziert, indem es eine sichere und transparente Möglichkeit zur Aufzeichnung, Überprüfung und gemeinsamen Nutzung von Daten zwischen den beteiligten Parteien bietet. Darüber hinaus verbessert die Unveränderlichkeit verteilter Ledger die Datenintegrität und Nachvollziehbarkeit, was es für Unternehmen einfacher macht, Bedingungen und Vorschriften einzuhalten. Diese Arbeit zielt darauf ab, bestehende Ansätze zu verbessern, indem die Datenperspektive eines kollaborativen Geschäftsprozesses berücksichtigt wird. Wir ermöglichen es, Einschränkungen für diese Daten zu definieren, um robuste Prozesse zu definieren, die mit den relevanten Vorschriften konform sind. Auf der Grundlage einer Design Science-Methodik stellen wir ein Konzept für eine Rule-Engine vor, die in bestehende Lösungen integriert werden kann, um den geteilten Prozessstatus und die ausgetauschten Nachrichten auf Konformität zu überprüfen, ohne dass dafür Code in einer Programmiersprache wie Solidity geschrieben werden muss. Auf der Grundlage dieses Konzepts implementieren wir einen Prototyp, der die Sprache Friendly Enough Expression Language des DMN-Standards verwendet, die speziell entwickelt wurde, um für Entwickler und Fachleute leicht verständlich zu sein und so ein gemeinsames Verständnis fördert. Um den praktischen Nutzen unseres Prototyps zu zeigen, implementieren wir die Integritätseinschränkungen von realen Geschäftsprozessen. Außerdem integrieren wir ihn in eine bestehende Blockchain-basierte Engine zur Ausführung von Geschäftsprozessen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, eine solche Rule-Engine zu implementieren und dabei essentielle Eigenschaften wie Terminierung, Determinismus und Verifizierbarkeit zu erhalten. Anders verhält es sich mit der Erweiterbarkeit. Diese Eigenschaft ist zwar erforderlich, um unterschiedlichste Geschäftsprozesse zu realisieren, kann aber die zuvor genannten Eigenschaften erheblich abschwächen.Blockchain-based business process execution has gained much attention from academia and industry in recent years. Blockchains and other DLT enable a trust-based ecosystem that reduces the need for intermediaries by providing a secure and transparent way to record, verify, and share data among the collaborating parties. Moreover, the immutable nature of distributed ledgers enhances data integrity and auditability, making it easier for organizations to comply with terms and regulations. This work aims to improve existing approaches by considering the data perspective of a collaborative business process. We enable it to define constraints on this data to define robust processes compliant with the relevant regulations. Following a Design Science methodology, we introduce a concept for a rule engine that can be integrated into existing solutions to verify the shared process state and the exchanged messages for compliance without the need to write code in a programming language such as Solidity. Based on this concept, we implement a prototype utilizing the Friendly Enough Expression Language of the DMN standard, specifically developed to be easy for developers and business professionals to understand, thus fostering a common understanding. To show the utility of our prototype, we implement the integrity constraints of real-world business processes. Further, we integrate it into an existing blockchain-based business process execution engine. Our results show that it is possible to implement such a rule engine while maintaining core properties, such as termination, determinism, and verifiability. The situation is different with extensibility. While this property is required to realize most diverse business processes, it can significantly weaken the properties mentioned before
Selecting sensor redundancies in cyber-physical systems for fault detection using ontological information
No full textIn den letzten Jahren haben die Fortschritte in den Bereichen Rechenleistung und Energieeffizienz zur Einführung von CPSs in jedem Aspekt des Lebens und der Warenproduktion geführt. Im Einklang mit diesem Trend hat sich die Abhängigkeit von solchen CPSs entsprechend erhöht. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass CPSs für hohe Sicherheitsanforderungen ausgelegt sind, was unter anderem zu einer hohen Zuverlässigkeit führt. Um diese Eigenschaften zu erreichen, müssen verschiedene Maßnahmen getroffen werden. Als eine dieser Maßnahmen kann die Verfügbarkeit und Korrektheit der Sensoren eines CPS auf das erforderliche Niveau gebracht werden, indem auf Redundanz gesetzt wird. Diese Redundanz kann durch Hinzufügen zusätzlicher Sensoren für die gleiche Messdomäne erreicht werden. Ein weiterer Ansatz ist die Verwendung von Redundanzen in den Messungen. Diese Redundanzen können auf natürliche Weise aufgrund physikalischer Verbindungen zwischen verschiedenen Sensoren vorhanden sein. In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht, diese Redundanzen aus ontologischen Informationen über ein CPS abzuleiten und durch Vergleich Sensoren auf Fehler effizient zu überprüfen. Hierfür wird eine einfache Modellierungssprache vorgestellt, die es ermöglicht, die Beschreibung der Sensoren und deren physikalische Verbindung durchzuführen. Weiters wird gezeigt, dass die Suche nach einer Gruppe von Redundanzen, genannt Grouping Solution (GS), für den Zweck der Überwachung ein NP-vollständiges Problem darstellt. Zum Schluss wird ein Algorithmus präsentiert, der gültige GSs findet und deren Qualität sowie die Komplexität des Algorithmus diskutiert.In recent years, the advances in computing performance and energy efficiency have led to the introduction of Cyber Physical Systems (CPSs) in every aspect of life and business. In concurrence with this trend, the dependency on such CPSs increased accordingly. For this reason, it is necessary that CPSs are designed with a high safety threshold which among other things leads to high dependability. To achieve these properties, different measures have to be taken. The availability and correctness of the sensors of a CPS, its eyes to the world, is increased to the necessary levels using redundancy as one of those measures. This redundancy can be achieved by adding additional sensors for the same measurement domain. Another approach is to use redundancies in the measurements that occur naturally because of the physical interconnection between different measurements. In the underlying thesis, an approach is presented, that allows to derive these redundancies from ontological information of CPSs and to monitor sensors for faults in an efficient way. For this purpose, a simple modelling language is presented that enables the description of sensors and their physical connection. It is shown that the search for a group of redundancies, called a Grouping Solution (GS), for the purpose of monitoring is an NP-complete problem. Finally, an algorithm is presented that finds valid GSs and their quality is discussed as well as the complexity of the algorithm
An efficient data store for a dependable distributed control unit
No full textBrandmeldeanlagen erfüllen eine sicherheitskritische Funktion und müssen zuverlässig arbeiten. Daher wird eine dezentrale Architektur verwendet, wenn größere Bereiche oder mehrere Gebäude abgedeckt werden sollen: Autonome Steuereinheiten werden zu einer verteilten Steuereinheit vernetzt und teilen sich einen gemeinsamen logischen Zustand. Um Fehlertoleranz und hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten, kann ein kontinuierlich replizierender verteilter Datenspeicher verwendet werden. Wie die CAP- und PACELC-Theoreme zeigen, müssen dabei jedoch Kompromisse eingegangen werden zwischen Datenkonsistenz, Verfügbarkeit und Latenzzeit. Im Zuge dieser Arbeit untersuchen wir, ob schwache Konsistenzmodelle – die bessere Verfügbarkeit, Latenzzeit und Nebenläufigkeit ermöglichen können – für einen korrekten und sicheren Betrieb auf Hardware mit limitierten Ressourcen ausreichen. Wir identifizieren das schwächste geeignete Konsistenzmodell und entwickeln eine passende Architektur für einen Datenspeicher, der dieses Modell auf eingebetteten Geräten bereitstellen kann. Zunächst werden aus den Produktkriterien der europäischen Normenreihe EN 54 die Anforderungen gesammelt und verwandte Arbeiten zu Konsistenzmodellen und Replikation in verteilten Systemen gesichtet. Dann entwickeln wir, dem Forschungsansatz der Design Science folgend, iterativ eine Architektur und parallel dazu einen Prototyp. Der Prototyp ermöglicht es, Probleme des Designs frühzeitig zu erkennen. Schließlich bewerten wir das Design qualitativ anhand der Anforderungen und testen den Prototyp mit einer Simulationssoftware. Diese Software kann Netzwerkprobleme wie Latenzzeiten und Verluste simulieren, um deren Auswirkungen auf den Betrieb zu messen. Das aufgezeichnete Protokoll kann zur Überprüfung der Korrektheit in Bezug auf das beabsichtigte Konsistenzmodell verwendet werden. Wir zeigen, dass das FIFO/PRAM-Konsistenzmodell den Anforderungen genügt. Das Modell stellt sicher, dass alle Teilnehmer die Schreiboperationen eines Teilnehmers in genau der Reihenfolge verarbeiten, in der sie von diesem Teilnehmer durchgeführt wurden. Wir schlagen eine Erweiterung des NDC-Frameworks vor und bauen unser Design darauf auf. Das Design beinhaltet einen Algorithmus, der FIFO-konsistente Sichten sicherstellt und das Risiko von Prioritätsumkehr ausschließt. Optimierungen für das Anti-Entropie-Protokoll tragen dazu bei, die Latenzzeit gering zu halten. Die Auswertung zeigt, dass das Design die Anforderungen erfüllen kann. Die Testergebnisse zeigen, dass der Prototyp in der Lage ist, eine konsistente Sicht bei Netzwerkfehlern aufrechtzuerhalten, allerdings auf Kosten einer leicht erhöhten Latenzzeit im Vergleich zu Eventual Consistency.Fire Detection and Fire Alarm systems have a safety-critical role and must operate reliably. Therefore, a decentralized architecture is used when large areas or multiple buildings need to be covered: Autonomous control units are networked together to form a distributed control unit and share common logical state. To ensure fault tolerance and high reliability, a continuously replicating distributed data store may be used. However, as shown by the CAP and PACELC theorems, there are trade-offs involved between data consistency, availability, and latency. In this work, we investigate whether relaxed consistency models—which can obtain better availability, latency and concurrency—can be sufficient for correct and safe operation on resource constrained hardware. We identify the weakest consistency model suitable for the purpose, and develop a software architecture for a data store that can provide the model on constrained devices. First, we gather requirements from the product criteria defined by the European Standards series EN 54 and conduct a review of existing work on consistency models and replication in distributed systems. Then, following a design science approach, we iteratively develop a software architecture in parallel to a prototype. The prototype allows early identification of problems with the design. Finally, we evaluate the design qualitatively against the requirements and test the prototype with simulation testing software. The software can introduce networking artifacts—such as latency and message loss—to measure their effects on the executed operations. The recorded history can be used to verify correctness with respect to the intended consistency model. We show that the FIFO/PRAM consistency model is adequate. It ensures that all nodes observe write operations from one node in the order they were issued by the node. We propose an extension of the node-wide dot-based clocks (NDC) framework and base our design on it. The design incorporates an algorithm that provides FIFO consistent views while ruling out the risk of priority inversion scenarios. Optimizations for the anti-entropy protocol help to keep latency low. The evaluation finds that the design is able to meet the requirements. The testing results show that the implemented prototype is able to maintain a consistent view under network faults, at the cost of a slightly increased visibility latency compared to eventual consistency
BIM data management using smart contracts in facility management
No full textDie Einführung der Blockchain-Technologie hat das Interesse von Akteuren und Wissenschaftlern in der Architektur-, Ingenieur- und Konstruktionsbranche geweckt. Die Herausforderungen, mit denen diese Branche konfrontiert ist, können teilweise durch die Verwendung des unveränderlichen Ledgers der Blockchain bewältigt werden, der ein sehr hohes Maß an Vertrauen in die Daten bietet. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Lücke zwischen der theoretischen Forschung und den technischen Implementierungen im Kontext des Facility Managements zu schließen. Das vorgestellte Softwaresystem dient als Proof-of-Concept für die Änderungsverfolgung und -verwaltung im Facility Management, das eine dezentrale Architektur verwendet. Es speichert die bei den Facility-Management-Prozessen anfallenden Daten in einem Peer-to-Peer-Dateisystem und den Herkunftsnachweis der Daten in der Blockchain. Darüber hinaus werden die Daten mit BIM-Elementen verknüpft, die Teil des Gebäudemodells sind. Ein Smart Contract wird verwendet, um die Business-Logik zu kodieren und Prüfungen auf die Gültigkeit der Daten durchzuführen. Das Ledger der Blockchain speichert die historischen Daten dauerhaft und unveränderlich und ermöglicht so die Nachvollziehbarkeit der Daten. Die Ergebnisse zeigen die Vorteile eines solchen Blockchain-basierten Systems, das eine dezentrale Architektur im Rahmen des Facility Managements nutzt.The introduction of blockchain technology has sparked interest from different stakeholders from industry and academia of the Architecture, Engineering, and Construction domain. The challenges that this industry faces can be partly tackled by using blockchain's immutable ledger, which provides a very high degree of trust on the data. This thesis aims to narrow the gap between the theoretical research and technical implementations in the context of facility management. The presented software system serves as a proof-of-concept for change tracking and management in facility management that uses a decentralized architecture. It stores the data generated during the facility management processes in a peer-to-peer file system and the proof of origin of the data in the blockchain. In addition, the data is linked to BIM elements that are part of the building model. A smart contract is used to encode the business logic and perform checks on the validity of the data. The blockchain's ledger stores permanently and immutably the historical data and therefore facilitates data traceability. The results show the benefits of such a blockchain-based system that utilizes a decentralised architecture in the facility management environment
Using zero-knowledge proofs for the confidential execution of collaborative business processes on blockchain
No full textBlockchain-Technologie ermöglicht die Ausführung von zwischenbetrieblichen Geschäftsprozessen ohne die Notwendigkeit einer zentralen Vertrauensinstanz. Jedoch bringt die Transparenz öffentlicher Blockchains aufgrund der Sichtbarkeit aller enthaltenen Daten, Datenschutzherausforderungen mit sich. Um dies zu verhindern, findet sich in der Literatur ein neuartiger Ansatz, der nur Hashes von Prozessdaten in Smart Contracts speichert und die Übereinstimmung mit business process modeling notation (BPMN) Prozessdiagrammen mit Verwendung von zero-knowledge proofs (ZKPs) sicherstellt. Trotz aller Innovation, leidet ihre Implementierung unter hohen Ausführungskosten und langen Beweisgenerierungszeiten. Um diese Nachteile zu eleminieren, schlägt diese Masterarbeit ein System für die blockchain-basierte Ausführung von Prozesschoreographien vor, das BPMN-Choreographiediagramme zuerst in eine Zwischendarstellung umwandelt. Im Gegensatz zur Methode von Toldi und Kocsis, bei der jeden Prozess in zwei separate Softwarekomponenten transformiert wird, bestehend aus einer Off-Chain-Prover-Anwendung und einem Verifier-Smart-Contract, verwendet unser System nur ein einziges Paar von Prover- und Verifierartefakten. Beide Artefakte erhalten eine Zwischenrepräsentation einer Choreografie als Eingabe, wodurch es unserem System ermöglicht wird, alle Choreografien bis zu einer vordefinierten maximalen Größe mit nur einem Deployment zu unterstützen. Diese Methode verringert die Kosten für die Instantiierung neuer Prozesse um 90% im Vergleich zum Ansatz von Toldi und Kocsis. Darüber hinaus führt unsere Strategie, keine verschlüsselten Prozessdaten auf der Blockchain zu speichern, zu einer Reduzierung der mit Statusaktualisierungen verbundenen Kosten um 53%. Ergänzend dazu optimieren wir den Validierungsprozess von Choreographie-Instanzen, was wesentlich zur gemessenen Verringerung der Prover-Zeit um 99% beiträgt.Blockchain technology facilitates the execution of interorganizational business processes without the need for a central trusted authority. However, the transparency of public blockchains poses privacy challenges due to the visibility of all recorded data. To address this, Toldi and Kocsis propose a novel approach that stores only hashes of process data in smart contracts and ensures alignment with business process modeling notation (BPMN) process models using zero-knowledge proofs (ZKPs). Despite its innovation, their implementation faces high execution costs and lengthy proof generation times. Addressing these limitations, this thesis introduces a blockchain-based system for the execution of process choreographies, which first converts BPMN choreography diagrams into an intermediate representation. Unlike the method of Toldi and Kocsis, which transforms each process into two separate software artifacts comprising an off-chain prover application and a verifier smart contract, our system employs a single pair of prover and verifier artifacts. Both artifacts receive an intermediate representation of a choreography as input, enabling our system to support all choreographies up to a predefined maximum size with just a single deployment. This method reduces instantiation costs of new processes by 90% compared to the approach of Toldi and Kocsis. Moreover, our strategy of not storing encrypted process data on the blockchain results in a 53% reduction in the costs associated with state updates. Complementing this, we optimize the validation proces
Distributed off-chain storage for inter-organizational business process execution
No full textGeschäftsprozesse, welche über die Unternehmensgrenzen hinweg gehen, sind heutzutage ein wichtiges Instrument von Unternehmen. Speziell bei Lieferketten-Prozessen, wie zum Beispiel dem Bestellen von Produkten von externen Herstellern, sind mehrere Unternehmen in den Geschäftsprozess involviert. Diese Unternehmen übernehmen die Verantwortung für spezifische Aufgaben, wie zum Beispiel die Spedition oder das Liefern gewisser Bauteile. Die große Anzahl an beteiligten Unternehmen macht den Prozess jedoch komplexer und intransparent. Aus diesen Gründen gibt es in solchen Geschäftsprozessen eine vertrauenswürdige Partei, welche im Falle von Streitigkeiten die Steuerung des Prozesses übernimmt. Das Anstellen und Übergeben der Verantwortung über den Geschäftsprozess an diese vertrauenswürdige Partei setzt allerdings das Vertrauen in diese Partei voraus, welche von dieser auch negativ ausgenutzt werden könnte. Aus diesem Grund ist es durchaus sinnvoll, nach alternativen Ansätzen zu suchen, um Geschäftsprozesse ohne eine vertrauenswürdige Partei ausführen zu können und gleichzeitig das Vertrauen aller am Prozess beteiligten Parteien sicherzustellen. Ein interessanter alternativer Ansatz ist es nun, diese vertrauenswürdige Partei mithilfe der Eigenschaften von Blockchains zu ersetzen, um den Prozess transparenter und öffentlich verifizierbar zu machen. In dieser Arbeit führen wir daher eine Anforderungsanalyse durch, um wichtige Anforderungen für das dezentrale Ausführen von unternehmensübergreifenden Geschäftsprozessen zu identifizieren. Basierend auf den identifizierten Anforderungen, schlagen wir ein Konzept zur Modellierung und Ausführung lose-gekoppelter Geschäftsprozesse vor. Unser Konzept umfasst ein Workflow-Definitionsformat, Mechanismen zur Validierung der Eingabedaten und zur Implementierung von datenbasierter Prozess-Navigation. Das vorgeschlagene Workflow-Definitionsformat erlaubt auch das Deklarieren eines externen Vertrages für die Zusammenarbeit mit anderen Geschäftspartnern. Wir verwenden dafür eine Peer-to-Peer Technologie, um eine Event-Log-Datenstruktur zu replizieren, welche auf einem sogenannten Conflict-Free Replicated Data Type (CRDT) basiert. Zusätzlich verwenden wir eine Blockchain, um gesendete Events festzuschreiben und damit auch die Überprüfbarkeit aller kollaborativer Aufgaben im Prozess sicherstellen. Weiters umfasst diese Arbeit die Implementierung eines Prototypen des vorgestellten Konzepts, welchen wir verwenden, um den realen Nutzen dieser Forschungsarbeit zu zeigen.Inter-organizational business processes are an essential component of organizations nowadays. Specifically, in supply chain scenarios, like ordering of products from an external manufacturer, many intermediate parties are involved in the process. These intermediate parties are responsible for tasks like shipping or supplying specific parts. The large number of involved parties makes the process complex and non-transparent. Thus, having a trusted intermediate party that mediates the process in case of a dispute is essential. However, relying on a trusted intermediate party incurs a trust relationship, representing a potential single point of failure. Therefore, researching ways to eliminate the intermediate party while ensuring not to introduce a lack of trust is essential. An interesting approach to replace the trusted intermediate party is using a blockchain's properties to make the business process more transparent and publicly verifiable. In this research work, we conduct a requirements analysis to identify essential requirements for executing inter-organizational business processes in a decentralized way. Based on the identified requirements, we propose a concept for modeling and executing inter-organizational business processes following a loosely coupled architecture. Our concept includes a workflow definition format, mechanisms for validating input data, and implementing data-based routing. Additionally, our workflow definition format allows for defining an external contract for collaborating with other business partners. Therefore, we rely on peer-to-peer technology to replicate an event log data structure, which is based on a Conflict-Free Replicated Data Type (CRDT). We use a blockchain for committing exchanged events and enforcing the verifiability of collaborative tasks in the process. Our contribution also includes a prototypical implementation of the proposed concept, which shows the real-world utility of our research work
Time-travelling state machines for verifiable BPM
No full textBei der Verwaltung von Geschäftsprozessen sind Unternehmen häufig auf Dritte angewiesen, um Vertrauen zwischen allen Beteiligten schaffen zu können. Seit dem Aufkommen der Blockchain-Technologie zielen Forschende weltweit darauf ab, Blockchains als eine eben solche vertrauenswürdige dritte Partei einzusetzen, um auf deren strikte Nachvollziehbarkeit bauen zu können. Diese Ansätze sind allerdings meist sehr stark mit der Blockchain selbst verzahnt, was zu mangelnder Flexibilität oder erhöhten Kosten führen kann. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein neuartiges Konzept vorgestellt, das die Ausführung und Überprüfung von Geschäftsprozessen mit Hilfe der Blockchain zwar ermöglicht, Eigenschaften wie Flexibilität aber auch erfüllt.Das Konzept selbst basiert auf einer modularen Softwarearchitektur, bei der jedes Modul über ein Event-Sourcing-System lose mit anderen Modulen gekoppelt ist. Es zielt darauf ab, die Vorteile einer Blockchain zu bewahren, indem es Beteiligten unter anderem erlaubt, vergangene Zustände zu verifizieren, wobei der Beweis für die Korrektheit dieser Zustände allerdings auf der Blockchain selbst zu finden ist. Dieser Ansatz wurde mithilfe bestehender Literatur entwickelt und später als Prototyp umgesetzt.Anschließend wurde das Konzept und der entsprechende Prototyp anhand qualitativer Kriterien bewertet, und die Komplexität durch Anwendung formaler Methoden auf deren statische Strukturen analysiert. Nachfolgend wurde der praktische Nutzen mithilfe von vereinfachten Geschäftsprozessen aufgezeigt. Im Vergleich zu bestehenden Ansätzen ergaben sich drastische Verbesserungen in Bezug auf Flexibilität und Datenschutz. Weiters beträgt die mittlere Dauer einer Geschäftsprozesstransaktion auf Ethereum etwa 18 Sekunden, was diesen Ansatz für, sowohl lang- als auch kurzlebige, Geschäftsprozesse nutzbar macht. Dennoch bleiben auch Nachteile bestehen. Die Geschäftsprozesstransaktionskosten korrelieren linear mit der Anzahl der Teilnehmenden, was bei kleineren Geschäftsprozessen zwar zu einer Gesamtkostenreduktion führen kann, bei größeren allerdings eine Teuerung darstellt.Die Idee hinter dieser Arbeit ist nicht nur die Vorstellung eines neuen Konzepts zur Ausführung und Verifizierung von Geschäftsprozessen mithilfe der Blockchain, sie soll auch zukünftige Arbeiten dazu anregen, die Blockchain selbst nur noch als lose gekoppeltes Subsystem zu betrachten, um den Nachteilen solcher Systeme begegnen zu können.Inter-organizational business process management often relies on third parties to establish trust between participants. Since the rise of blockchain technology and its associated properties regarding traceability, research communities aim to integrate blockchains into workflow execution engines in favor of a trusted third party. Frequently, these approaches directly leverage upon the blockchain, which leads to shortcomings such as a lack of flexibility or increased cost. Therefore, this thesis proposes a novel concept that allows workflow execution and verification using the blockchain while preserving flexibility and reducing transaction costs by utilizing present-day cryptography.The concept relies on a modular software architecture where each module is loosely coupled to others through an event-sourcing system. It aims to preserve the advantages of a blockchain by enabling time travel to allow participants to verify past states while keeping proof of the correctness of these states on the blockchain, which acts as a single source of truth. The proposed approach was derived by discussing related literature and exploring its practical utility by creating a prototypical implementation.The proposed concept and its prototype were evaluated against qualitative criteria extracted from related work, while the complexity was analyzed by applying formal methods to static structures. Afterwards, their practical utility was exhibited by executing simulations of simplified real-world business processes. The evaluation has shown dramatic improvements regarding flexibility and privacy. Furthermore, the execution duration per transaction was observed to be around 18 seconds on Ethereum. This qualifies the proposed concept as a suitable approach for slow- and fast-paced business processes. Nonetheless, some shortcomings remain. The execution cost linearly correlates to the number of participants, which results in an overall cost reduction for smaller business processes but breaks even and exceeds other approaches after reaching a certain threshold.This work presents a novel idea for workflow execution that leverages on properties of blockchains and instigates future work to demystify and treat blockchains only as loosely coupled sub-systems of supportive nature
Self-healing by property-guided structural adaptation
No full textSelf-healing is an increasingly popular approach ensuring resiliency, that is, a proper adaptation to failures, in cyber-physical systems (CPS). A very promising way of achieving self-healing is through structural adaptation (SHSA), by replacing a failed component with a substitute component. We present a knowledge base modeling relations among system variables given that certain implicit redundancy exists in the system and show how to extract a substitute from that knowledge base using guided search. The result of our search, i.e., the substitute, is optimal w.r.t. a user-defined utility function considering properties of the system variables (e.g., accuracy). We demonstrate our approach - Self-Healing by Property-Guided Structural Adaptation (SH-PGSA) - by deploying it in a real-world CPS prototype of a rover whose sensors are susceptible to failure. We further show the increased runtime performance to find the optimal substitute by comparing it to related work
Communication and container reconfiguration for cyber-physical production systems
No full textThe Fourth Industrial Revolution, or Industry 4.0, aims to advance flexibility and reconfigurability in current production systems. This paper sets cyber-physical production systems in context with Industry 4.0 concepts and architectures. The combination points out the importance of the interplay between communication and component reconfiguration when changes occur. A solution that utilizes fog computing, container-based deployment and Kubernetes functionality is presented and evaluated in simplified reconfiguration scenarios. The findings show the feasibility and the challenges of the solution and point towards further research to successfully create reconfigurable cyber-physical production systems
Blockchain-supported design tool on building element scale
No full textSharing building data or building models still represents a problem within design practices in the architecture, engineering and construction industry. Additionally, digitalization, automation or traceability of processes face numerous workflows and changing stakeholder constellations, with multiple software tools escaping the scopes of common data environments or similar digital solutions. Vague standardization regarding data and processes hinders data management technologies from overcoming the design phase digitalization issues. While many central solutions still deal with closed data due to many proprietary tools for domain-specific tasks, each building project requires an inter-domain collaboration. Open solutions to holistically manage projects still lack functionality, even though some existing tools support central data management and process automation. This research investigates data management using popular data exchange formats for coupling with blockchain technology. It establishes a system that can support processes with smart contracts and reference building elements, herewith addressing the question: How to manage data on the building element scale to allow for processes defined with smart contracts and blockchain technology? The resulting system architecture combines Revit as user-local storage and Speckle as an open CDE. Furthermore, it uses the Baseline Protocol for data exchange and as a common point of reference. While data exchange happens off-chain, cryptographic hashes of data are stored on the blockchain to form a single point of reference for process states and all previous versions, creating process chains and allowing data traceability. Data tracing is an essential requirement for building projects, still commonly realized in analog form in practice. This research presents mechanisms for blockchain-based data tracing on a level of granularity required for design processes
