Ingo Schwarzer, Said Weiß-Saoumi, Roland Kittel, Tobias Friedrich, Koraltan Kaynak, Cemil Durak, Andreas Isbarn, Jörg Diestel, Jens Knittel, Marquart Franz, Carlos Morra, Susanne Stahnke, Jens Braband, Johannes Dittmann, Stephan Griebel, Andreas Krampf, Martin Link, Matthias Müller, Jens Radestock, Leo Strub, Kai Bleeke, Leander Jehl, Rüdiger Kapitza, Ines Messadi, Stefan Schmidt, Signe Schwarz-Rüsch, Lukas Pirl, Robert Schmid, Dirk Friedenberger, Jossekin Jakob Beilharz, Arne Boockmeyer, Andreas Polze, Ralf Röhrig, Hendrik Schäbe, Ricky Thiermann

• The RailChain project designed, implemented, and experimentally evaluated a juridical recorder that is based on a distributed consensus protocol. That juridical blockchain recorder has been realized as distributed ledger on board the advanced TrainLab (ICE-TD 605 017) of Deutsche Bahn. For the project, a consortium consisting of DB Systel, Siemens, Siemens Mobility, the Hasso Plattner Institute for Digital Engineering, Technische Universität Braunschweig, TÜV Rheinland InterTraffic, and Spherity has been formed. These partners not only concentrated competencies in railway operation, computer science, regulation, and approval, but also combined experiences from industry, research from academia, and enthusiasm from startups. Distributed ledger technologies (DLTs) define distributed databases and express a digital protocol for transactions between business partners without the need for a trusted intermediary. The implementation of a blockchain with real-time requirements for the local network of a railway system (e.g., interlocking orThe RailChain project designed, implemented, and experimentally evaluated a juridical recorder that is based on a distributed consensus protocol. That juridical blockchain recorder has been realized as distributed ledger on board the advanced TrainLab (ICE-TD 605 017) of Deutsche Bahn. For the project, a consortium consisting of DB Systel, Siemens, Siemens Mobility, the Hasso Plattner Institute for Digital Engineering, Technische Universität Braunschweig, TÜV Rheinland InterTraffic, and Spherity has been formed. These partners not only concentrated competencies in railway operation, computer science, regulation, and approval, but also combined experiences from industry, research from academia, and enthusiasm from startups. Distributed ledger technologies (DLTs) define distributed databases and express a digital protocol for transactions between business partners without the need for a trusted intermediary. The implementation of a blockchain with real-time requirements for the local network of a railway system (e.g., interlocking or train) allows to log data in the distributed system verifiably in real-time. For this, railway-specific assumptions can be leveraged to make modifications to standard blockchains protocols. EULYNX and OCORA (Open CCS On-board Reference Architecture) are parts of a future European reference architecture for control command and signalling (CCS, Reference CCS Architecture – RCA). Both architectural concepts outline heterogeneous IT systems with components from multiple manufacturers. Such systems introduce novel challenges for the approved and safety-relevant CCS of railways which were considered neither for road-side nor for on-board systems so far. Logging implementations, such as the common juridical recorder on vehicles, can no longer be realized as a central component of a single manufacturer. All centralized approaches are in question. The research project RailChain is funded by the mFUND program and gives practical evidence that distributed consensus protocols are a proper means to immutably (for legal purposes) store state information of many system components from multiple manufacturers. The results of RailChain have been published, prototypically implemented, and experimentally evaluated in large-scale field tests on the advanced TrainLab. At the same time, the project showed how RailChain can be integrated into the road-side and on-board architecture given by OCORA and EULYNX. Logged data can now be analysed sooner and also their trustworthiness is being increased. This enables, e.g., auditable predictive maintenance, because it is ensured that data is authentic and unmodified at any point in time.…
• Das Projekt RailChain hat einen verteilten Juridical Recorder entworfen, implementiert und experimentell evaluiert, der auf einem echtzeitfähigen verteilten Konsensprotokoll basiert. Dieser Juridical Blockchain Recorder wurde als distributed ledger an Bord des advanced TrainLabs der Deutschen Bahn (ICE-TD 605 017) umgesetzt. Für das Projekt hat sich ein Konsortium aus DB Systel, Siemens, Siemens Mobility, dem Hasso-Plattner-Institut für Digital Engineering, der Technischen Universität Braunschweig, sowie TÜV Rheinland InterTraffic und Spherity formiert und dabei Kompetenzen aus den Bereichen Bahnbetrieb, Informatik und Zulassungswesen gebündelt. Die Partner kombinieren Erfahrungen aus der Industrie und die akademische Forschung mit der Aufbruchstimmung aus dem Start-Up-Umfeld. Distributed-Ledger-Technologien (DLTs) definieren verteilte Datenbanken und stellen ein digitales Protokoll für Transaktionen zwischen Geschäftspartnern dar, ohne dass ein Mittelsmann beteiligt sein müsste. Die Implementierung einer Blockchain mitDas Projekt RailChain hat einen verteilten Juridical Recorder entworfen, implementiert und experimentell evaluiert, der auf einem echtzeitfähigen verteilten Konsensprotokoll basiert. Dieser Juridical Blockchain Recorder wurde als distributed ledger an Bord des advanced TrainLabs der Deutschen Bahn (ICE-TD 605 017) umgesetzt. Für das Projekt hat sich ein Konsortium aus DB Systel, Siemens, Siemens Mobility, dem Hasso-Plattner-Institut für Digital Engineering, der Technischen Universität Braunschweig, sowie TÜV Rheinland InterTraffic und Spherity formiert und dabei Kompetenzen aus den Bereichen Bahnbetrieb, Informatik und Zulassungswesen gebündelt. Die Partner kombinieren Erfahrungen aus der Industrie und die akademische Forschung mit der Aufbruchstimmung aus dem Start-Up-Umfeld. Distributed-Ledger-Technologien (DLTs) definieren verteilte Datenbanken und stellen ein digitales Protokoll für Transaktionen zwischen Geschäftspartnern dar, ohne dass ein Mittelsmann beteiligt sein müsste. Die Implementierung einer Blockchain mit Echtzeitanforderungen für das lokale Netzwerk einer Eisenbahnanlage (z. B. Stellwerk oder Zug) erlaubt es, die im verteilten System entstehenden Daten nachweislich in Echtzeit zu protokollieren. Dabei können eisenbahnspezifische Randbedingungen ausgenutzt werden, um Standard-Blockchain-Protokolle anzupassen. EULYNX und OCORA (Open CCS On-board Reference Architecture) sind Bestandteile einer zukünftigen europäischen Referenzarchitektur für das Leit- und Sicherungssystem (Reference CCS Architecture – RCA, Control Command and Signalling – CCS). Beide Architekturkonzepte skizzieren herstellerübergreifende, komponentenbasierende heterogene IT-Systeme. Solche Systeme bergen neue Herausforderungen, die bislang im Kontext der zugelassenen, sicherheitsrelevanten Leit- und Sicherungstechnik der Bahn weder strecken- noch fahrzeugseitig adressiert werden mussten. Logbuch-Implementierungen, wie der gängige Juridical Recorder auf Fahrzeugen, können nun nicht mehr als zentrale Systemkomponente eines einzelnen Herstellers umgesetzt werden. Alle zentralisierten Lösungsansätze sind in Frage gestellt. Das mFUND-geförderte Forschungsprojekt erbringt den praktischen Nachweis, dass Zustandsinformationen über eine Vielzahl von Systemkomponenten herstellerübergreifend und gerichtsfest mittels verteilten Konsensprotokollen gespeichert werden können. Ergebnisse von RailChain wurden publiziert, prototypisch implementiert und in großen Feldtests auf dem advanced TrainLab experimentell evaluiert. Gleichzeitig wurde aufgezeigt, wie sich RailChain in den mit OCORA und EULYNX vorgegebenen fahrzeug- und streckenseitigen Architekturentwurf integrieren lässt. Daten können dadurch zeitnaher ausgewertet werden und gleichzeitig wird ihre Vertrauenswürdigkeit erhöht. Dies ermöglicht u. a. nachvollziehbare zustandsorientierte Wartung, denn es kann jederzeit sichergestellt werden, dass die Daten authentisch sind und auch nicht verändert wurden.…