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VERNETZTE DATEN
INFRASTRUKTUR
Das Projekt GAIA-X
Eine vernetzte Dateninfrastruktur als Wiege
eines vitalen, europäischen Ökosystems
Impressum
Herausgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Öffentlichkeitsarbeit
11019 Berlin
www.bmwi.de
Stand
Oktober 2019
Gestaltung
PRpetuum GmbH, 80801 München
Bildnachweis
gettyimages
Alistair Berg / S. 23
ANDRZEJ WOJCICKI/SCIENCE PHOTO LIBRARY / S. 10
Busakorn Pongparnit / S. 16
Caiaimage / Agnieszka Olek / S. 29
Caiaimage / Robert Daly / S. 7
Erik Isakson / S. 43
Monty Rakusen / S. 19, S. 21
MR.Cole_Photographer / S. 4
powerofforever / S. 33
Qi Yang / S. 45
svetikd / S. 31
VICTOR HABBICK VISIONS / S. 39
Westend61 / S. 25
Wutthichai Luemuang / EyeEm / S. 37
Yuichiro Chino / S. 35, S. 41
Diese und weitere Broschüren erhalten Sie bei:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Referat Öffentlichkeitsarbeit
E-Mail: publikationen@bundesregierung.de
www.bmwi.de
Zentraler Bestellservice:
Telefon: 030 182722721
Bestellfax: 030 18102722721
Diese Publikation wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und
Energie im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit herausgegeben. Die Publi­
kation wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt.
Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern oder Wahlhelfern
während eines Wahlkampfes zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet
werden. Dies gilt für Bundestags-, Landtags- und Kommunalwahlen
sowie für Wahlen zum Europäischen Parlament.
Inhalt
1. 	 Präambel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2. 	 Aktuelle Situation und Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
	 2.1 	 Trend  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5
	 2.2 	 Unsere Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6
		2.2.1 	 Wir streben Datensouveränität an . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6
		2.2.2 	 Wir wollen Abhängigkeiten reduzieren  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8
		2.2.3 	 Wir wollen Cloud-Dienste in der Breite attraktiv machen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8
		2.2.4 	 Wir schaffen ein Ökosystem für Innovation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9
3. 	 Lösungsansatz GAIA-X  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
	 3.1 	 Zielbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
	 3.2 	 Lösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
	 3.3 	 Das „Projekt GAIA-X“ aus Anwender­perspektive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
		3.3.1	 Bedarfsbeispiele aus Anwendersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
				3.3.1.1 Industrie 4.0/KMU, Smart Living und Finanzwirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
				3.3.1.2 Gesundheitswesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
				3.3.1.3 Öffentliche Verwaltung und Wissenschaft  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
	 3.4 	 Mehrwert aus Anbieterperspektive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4. 	 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5. 	 Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6. 	 Mitwirkende Personen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Wir, Vertreter der deutschen Bundesregierung,
Wirtschaft und Wissenschaft, streben eine leis-
tungs- und wettbewerbsfähige, sichere und ver-
trauenswürdige Dateninfrastruktur für Europa
an. Dazu haben wir unter dem vorläufigen Pro-
jektnamen GAIA-X die Grundlagen für den Auf-
bau einer vernetzten, offenen Dateninfrastruktur
auf Basis europäischer Werte erarbeitet. Das Pro-
jekt dient dem Ziel,
1.	die technische und wirtschaftliche Konzeption
einer solchen Infrastruktur zu konkretisieren,
2.	auf dieser Basis ein gemeinsames Ökosystem
von Anwendern und Anbietern aus Organisa-
tionen der öffentlichen Verwaltung, des
Gesundheitswesens, Unternehmen und wis-
senschaftlichen Einrichtungen zu schaffen,
3.	sowie unterstützende Rahmenbedingungen
und Strukturen zu etablieren.
Wir verstehen das „Projekt GAIA-X“ als Wiege
eines offenen digitalen Ökosystems, in dem
Daten sicher und vertrauensvoll verfügbar
gemacht, zusammengeführt und geteilt werden
können. Unser Ziel ist es, gemeinsam mit weite-
ren europäischen Ländern für Europa, seine
Staaten, seine Unternehmen und seine Bürgerin-
nen und Bürger die nächste Generation einer
vernetzten Dateninfrastruktur zu schaffen, die
den höchsten Ansprüchen an digitale Souveräni-
tät genügt und Innovationen fördert.
Ausgehend von den europäischen Werten
orientieren wir uns an diesen Leitprinzipien:
1.	Europäischer Datenschutz
2.	Offenheit und Transparenz
3.	Authentizität und Vertrauen
4.	Souveränität und Selbstbestimmtheit
5.	Freier Marktzugang und europäische
Wertschöpfung
6.	Modularität und Interoperabilität
7.	Nutzerfreundlichkeit
Wirtschaft, Wissenschaft und Politik sind ent-
schlossen, gemeinsam die Voraussetzungen für
eine zukunftsorientierte und innovative Daten-
ökonomie in Deutschland und Europa zu schaf-
fen. Wirtschaft und Gesellschaft erwarten zu
Recht, dass die digitale Infrastruktur ein hohes
Maß an Sicherheit und Verfügbarkeit aufweist.
Unter Dateninfrastruktur verstehen wir eine
vernetzte technische Infrastruktur aus Kompo-
nenten und Diensten, die den Zugang zu Daten
sowie deren Speicherung, Austausch und Nut-
zung gemäß vordefinierten Regeln ermöglicht.
Unter einem digitalen Ökosystem verstehen
wir das Netzwerk aus Entwicklern, Anbietern
und Anwendern digitaler Produkte und Services
in Verbindung mit Transparenz, breitem Zugang
und vitalem Austausch. Es stellt somit eine ent-
scheidende Grundlage für europäisches Wachs-
tum, digitale Innovationen und neue
Geschäftsmodelle dar.
1. Präambel
2
Wir setzen auf bewährte Stärken Europas. Dazu
zählen unter anderem die Vielfalt der Angebote
sowie starke mittelständische und dezentrale
Strukturen. Auf diese Weise verknüpfen wir die
zahlreichen über Europa verteilten Investitionen
in digitale Technologien und lassen sie stärkere
Wirkung entfalten.
Das „Projekt GAIA-X“ sieht die Vernetzung
dezentraler Infrastrukturdienste, insb. Cloud-
und Edge-Instanzen, zu einem homogenen, nut-
zerfreundlichen System vor. Die daraus entste-
hende vernetzte Form der Dateninfrastruktur
stärkt sowohl die digitale Souveränität der Nach-
frager von Cloud-Dienstleistungen als auch die
Skalierungsfähigkeit und Wettbewerbsposition
europäischer Cloud-Anbieter.
Die Offenheit für nationale und europäische Ini-
tiativen mit ähnlicher Zielrichtung gibt dem Pro-
jekt ein entscheidendes Momentum für eine
gemeinsame europäische Lösung. Aufbauend auf
existierenden Lösungen und deren Weiterent-
wicklung wollen wir aus Europa heraus wettbe-
werbsfähige Angebote für die Welt entwickeln.
Die Mitwirkung steht auch Marktteilnehmern
außerhalb Europas offen, die unsere Ziele der
Datensouveränität und Datenverfügbarkeit teilen.
Die vernetzte Dateninfrastruktur ist auf die
Bedürfnisse sowohl der Anbieter als auch der
Anwender zugeschnitten: Sie stärkt die Transpa-
renz und Sichtbarkeit auf Anbieterseite, treibt
Innovationen im Bereich der Datenökonomie
voran, umfasst ein klares Bekenntnis zur Inter­
operabilität der Angebote und verknüpft Unter-
nehmen jeder Größe – vom Industriekonzern
über Mittelständler bis hin zu Start-ups.
Zur Umsetzung der vernetzten Dateninfrastruk-
tur erachten wir eine zentrale, europäisch getra-
gene Organisation für notwendig. Sie soll aus
wirtschaftlicher, organisatorischer und techni-
scher Sicht die Basis für eine vernetzte Daten­
infrastruktur sein. Ihre Aufgabe wird sein, eine
Referenzarchitektur zu entwickeln, Standards zu
definieren sowie Kriterien für Zertifizierungen
und Gütesiegel vorzugeben. Sie soll ein neutraler
Mittler und Kern des europäischen Ökosystems
sein.
Wir ermöglichen mit diesem Konzept einer ver-
netzten Dateninfrastruktur, dass sich Europa mit
einem vitalen Ökosystem in der Datenökonomie
entfalten kann. Wir streben ein Ökosystem an,
das Wirtschaft, Wissenschaft, Staat und Gesell-
schaft gleichermaßen Souveränität und Nutzen
bietet.
1. PRÄAMBEL 3
2. Aktuelle Situation und Motivation
4
2.1 Trend
Die fortschreitende Digitalisierung erzeugt stetig
steigende Datenmengen, deren Nutzung erheb­
liche gesellschaftliche und ökonomische Potenziale
bietet. Als Gesellschaft profitieren wir beispiels-
weise von Verbesserungen im Gesundheitswesen,
bei der zielgerichteten Verteilung knapper Güter
und durch mehr Ressourceneffizienz. Zu den
wirt­schaftlichen Vorteilen zählen Produktivitäts-
steigerungen, Prozessoptimierungen oder Inno-
vationen in Form von neuen Produkten und
Diensten. Die Verknüpfung verschiedener Daten-
quellen und deren Analyse eröffnen zusätzliche
Wertschöpfungsmöglichkeiten gerade dank
der Methoden und Verfahren Künstlicher Intelli-
genz (KI).
Die zentrale Sammlung und Analyse viele dieser
Daten in der Cloud kennzeichnen eine höhere
Wertschöpfungsstufe der Digitalisierung („As a
Service“-Modell), insbesondere im Konsumenten-
bereich. Diese Entwicklung erklärt, warum die
schnell skalierenden Cloud-Angebote aus dem
Markt großer Webanbieter heraus entstanden
sind. Die existierenden Cloud-Angebote werden
von außereuropäischen Anbietern mit hoher
Marktmacht und schnell ska­lierenden Cloud-
Infrastrukturen dominiert. Europäische Alterna-
tiven bieten keine vergleichbare Marktkapitali-
sierung, Skalierbarkeit und Anwendungsbreite und
sind allenfalls in fachspezifischen Nischen aktiv.
Unter Cloud Computing verstehen wir das
dynamisch an den Bedarf angepasste Anbieten,
Nutzen und Abrechnen von IT-Dienstleistun-
gen über ein Netz (analog der Definition des
Bundesamtes für Sicherheit in der Informati-
onstechnik, BSI1). Die Spannbreite der im Rah-
men von Cloud Computing angebotenen
Dienstleistungen umfasst das komplette Spekt-
rum der Informationstechnik und beinhaltet
unter anderem Infrastruktur (z. B. Rechenleis-
tung, Speicherplatz), Plattformen und Software.
Dank der Nutzung von Cloud-Diensten, die nur
im Bedarfsfall zur weiteren Bearbeitung auf die
Endgeräte des Kunden geladen werden, redu-
zieren sich bei diesem die Kosten von Investiti-
onen, Bereitstellung, Betrieb und Abrechnung
dieser Dienste. Angebot und Nutzung von
Cloud-Diensten erfolgen dabei ausschließlich
durch technische Schnittstellen und Protokolle.
Jetzt zeichnet sich ein Paradigmenwechsel in der
Cloud-Nutzung ab: Im Internet der Dinge (Inter-
net of Things: IoT) fallen enorme Datenmengen
dezentral an (z. B. an einem Sensor oder einem
Wearable). Auch die steigende Leistungsfähigkeit
mobiler Endgeräte befördert diesen Trend.
Aufgrund von Echtzeitanforderungen oder aus
Gründen des Schutzes des geistigen Eigentums
(Intellectual Property, IP) oder des Datenschutzes
müssen diese oft auch dezentral verarbeitet wer-
den. In diesen Szenarien kommen sogenannte
Edge-/Cloud-Lösungen zum Einsatz.
1	 Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, „Cloud Computing Grundlagen“, unter: https://www.bsi.
bund.de/DE/Themen/DigitaleGesellschaft/CloudComputing/Grundlagen/Grundlagen_node.html (abgerufen
am 14.10.2019).
2. AKTUELLE SITUATION UND MOTIVATION 5
Unter Edge verstehen wir ein dezentrales
Datenarchitekturprinzip. Beim Edge Computing
werden Daten nicht allein in einer Cloud, son-
dern weltweit dort verarbeitet, wo sie anfallen,
d. h. nahe an den Produktionsprozessen – auch
mit Cloud-Technologien. Von großer Relevanz
ist das für Echtzeitanwendungen, bei denen es
auf wenige Millisekunden Reaktionszeit (Laten-
zen) ankommt und damit eine Verarbeitung in
der Cloud zeitlich nicht möglich ist. Eine
anschließende Weiterverarbeitung in der Cloud
wird durch diesen Ansatz gewährleistet und
sollte möglich sein.
Gleichzeitig sind Unternehmen oder Organisati-
onen in komplexe Wertschöpfungsnetze einge-
bunden. Die digitale Transformation stellt sie vor
eine doppelte Integrationsaufgabe: Sie müssen das
Zusammenspiel von Edge- und Cloud-Lösungen
orchestrieren und über Unternehmensgrenzen
hinweg lösen.
Im Bereich Industrie 4.0 wird dieser Wandel be­­
sonders deutlich: In der Produktion erzeugen
unzählige Maschinen mit ihren Sensoren riesige
Datenmengen, die von unterschiedlichen Her-
stellern verwaltet werden. Aufgrund der technisch
benötigten Nähe zur Produktion werden diese
Daten in Edge-Rechenzentren verarbeitet. Zur
Analyse müssen die Daten der unterschiedlichen
Maschinen nicht nur verbunden, sondern auch
mit Geschäftsdaten in Verbindung gebracht wer-
den. Am Ende dieses Prozesses stehen Effizienz-
gewinne, Produktionsverbesserungen und
zusätzliche Wertschöpfung. Wenn wir diese Vor-
teile stärker nutzen wollen, müssen wir aus ver-
teilten Massenrohdaten verwertbare, datenba-
sierte und domänenspezifische Datenpools
generieren. Diese Pools sind die Grundlage für
innovative Geschäftsmodelle über Unternehmens-
grenzen hinweg. Sie sichern damit unsere Zukunfts-
fähigkeit und Wertschöpfung in Industrien, in
denen Deutschland und Europa heute Weltspitze
sind.
Bislang existieren für diese Herausforderungen
bestenfalls Einzelprojektlösungen bzw. bilaterale
Lösungen. Die im Projekt erarbeitete vernetzte
Dateninfrastruktur verknüpft bestehende und
neu hinzukommende Edge- und Cloud-Lösun-
gen. Kombiniertes Edge und Cloud Computing
verbindet die Vorteile sowohl dezentraler als auch
zentraler Datenarchitekturen, indem – je nach
Anwendungsfall und erforderlichen Verarbeitungs-
zeiten – Datenverarbeitung, Datenhaltung und
Datenanalyse zwischen lokalen Edge- und zent-
ralen Cloud-Diensten verteilt und koordiniert
werden. Es entsteht eine vernetzte Dateninfra-
struktur mit breiter Datenverfügbarkeit und
Berücksichtigung der gegebenen Erfordernisse.
2.2 Unsere Ziele
2.2.1 Wir streben Datensouveränität an
Europa steht vor der Herausforderung, sein libe-
rales und soziales Wirtschafts- und Gesellschafts-
modell gegen zunehmende Abhängigkeiten von
kritischen Digitaltechnologien (zum Beispiel zur
Erhebung, zum Austausch, zur Speicherung und
zur Analyse von Daten) und Oligopoltendenzen
in der Plattformökonomie zu erhalten und im
internationalen Wettbewerb zu positionieren.
Internationale Spannungen, Handelskonflikte
und die digitale Zweiteilung verschärfen das Pro-
blem. Diese Diskussion spiegelt sich auch auf
europäischer Ebene wider. Wir müssen unsere
strategische Handlungsfähigkeit erhalten, um
auf Dauer digital frei und selbstbestimmt agieren
zu können. Wir müssen dafür auch im Bereich
der Daten digital souverän sein.
2. AKTUELLE SITUATION UND MOTIVATION6
Unter digitaler Souveränität verstehen wir, im
Einklang mit der Begriffsbestimmung der
Fokusgruppe „Digitale Souveränität in einer
vernetzten Wirtschaft“ des Digital-Gipfels, die
„Möglichkeit zur unabhängigen Selbstbestim-
mung von Staat und Organisationen“ in Bezug
auf die „Nutzung und Gestaltung digitaler Sys-
teme selbst, der darin erzeugten und gespei-
cherten Daten sowie der damit abgebildeten
Prozesse“. Mit unserem Projekt adressieren wir
vornehmlich den in dieser Begriffsbestimmung
enthaltenen Aspekt der Souveränität über
Daten, d. h. die „vollständige Kontrolle über
gespeicherte und verarbeitete Daten sowie die
unabhängige Entscheidung darüber, wer darauf
zugreifen darf“.2
Wir streben eine Dateninfrastruktur an, die den
freiheitlichen Werten und der Selbstbestimmung
aller europäischen Bürgerinnen und Bürger und
der Unternehmen gerecht wird und so ihre Daten-
souveränität gewährleistet. Wir berufen uns dazu
auf Europas Stärken, die Diversität, offene Öko-
systeme, Vielfalt und Pluralität betonen. Es geht
uns um faire und gleiche Wettbewerbsbedingun-
gen und die Bejahung des freien Wettbewerbs
aller Akteure am Markt unter der Prämisse der
Nichtdiskriminierung und auf der Grundlage
von offenen Systemen in einer gemeinsamen
Partnerschaft mit internationalen Anbietern.
2	 Begriffsbestimmungen aus „Digitale Souveränität und Künstliche Intelligenz – Voraussetzungen, Verantwort-
lichkeiten und Handlungsempfehlungen“, Fokusgruppe „Digitale Souveränität in einer vernetzten Wirtschaft“,
2018; „Digitale Souveränität im Kontext plattformbasierter Ökosysteme“, Fokus „Digitale Souveränität in einer
vernetzten Wirtschaft“, 2019; sowie aus „Leitbild 2030 für Industrie 4.0 – Digitale Öko­systeme global gestalten“,
Plattform Industrie 4.0, 2019.
7
2.2.2 Wir wollen Abhängigkeiten reduzieren
Eine digitale Infrastruktur umfasst grundsätzlich
drei Architekturebenen:
1.	Datenübertragungsnetzwerke und Hardware
(Netzwerkebene),
2.	Datenhaltungsebene inkl. Betriebssystemen
und Datenbanken zur Speicherung von Daten
(Datenebene),
3.	Datenverarbeitungs- und Nutzungsebene inkl.
Anwendungssystemen, Funktionen und
Diensten (Dienstebene).
Unter Dateninfrastruktur verstehen wir die zweite
und dritte Architekturebene. Für den Markterfolg
von Daten­infrastrukturdiensten sind Skalenvor-
teile entscheidend.
Die Stärke der europäischen Wirtschaft liegt vor
allem in einem hoch spezialisierten Domänen-
wissen in der Industrie und einer hohen Integra-
tionskompetenz in komplexen Wertschöpfungs-
netzwerken. Auf diesen Fähigkeiten werden auch
digitale „Business to Business“-(B2B-)Plattfor-
men aufbauen, die neue Geschäftsmodelle
ermöglichen. Der Erfolg dieser Plattformen
hängt vor allem vom Zugang zu Daten bzw. von
der Bereitschaft von Unternehmen ab, diese ver-
trauensvoll und kontrolliert zu teilen. Genau hier
setzen wir mit dem „Projekt GAIA-X“ an. In vielen
Industriedomänen besteht ein hohes Maß an
Sensibilität bzw. Schutzbedürftigkeit von Daten.
Die derzeitige Marktstruktur bringt das Risiko
der Abhängigkeit von internationalen Anbietern
mit sich. Technische, wirtschaftliche und vertrag-
liche Hürden bei einer Datenmigration hin zu
einem anderen Infrastruktur­anbieter (soge-
nannte Lock-in-Effekte) schränken die Hand-
lungsfreiheit von Unternehmen ein – sowohl in
betriebswirtschaftlicher Hinsicht als auch im
Falle politischer Konflikte. Damit Plattformen
und ganze Industrien ihre Wertschöpfung weiter
erfolgreich sichern und ausbauen können, bedarf
es einer Dateninfrastruktur, die die digitale Sou-
veränität der Nutzer stärkt.
Lock-in-Effekte entstehen zwischen Kunden
und Anbietern von Cloud-Diensten, wenn der
Wechsel zu einem alternativen Lösungs- oder
Dienstanbieter wegen entstehender Wechsel-
kosten und Wechselbarrieren erschwert bis
unmöglich gemacht wird. Wechselbarrieren
können technisch-funktionaler Natur (Abhän-
gigkeit von den spezifischen Features bestimm-
ter Anbieter) sein, sich aus vertraglichen Verein-
barungen (z. B. Lizenzmodelle und Strafkosten)
ergeben, aber auch durch einen hohen kunden-
spezifischen Personalisierungsgrad, durch
Gewöhnungseffekte oder durch das schiere zu
migrierende Datenvolumen entstehen.
2.2.3 Wir wollen Cloud-Dienste in der Breite
attraktiv machen
Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen
in Europa stehen Cloud-Diensten oftmals noch
kritisch gegenüber. Gründe sind mangelndes
Vertrauen in die existierenden Angebote, Scheu
vor hohen Investitionskosten und fehlende
Fachkräfte im Unternehmen sowie die Sorge vor
Abhängigkeiten. Diejenigen, die sich für den Ein-
satz von Cloud-Diensten entscheiden, nutzen oft
nicht das komplette Leistungsangebot, sondern
lediglich einen geringen Teilbereich.
Mögliche Folgen sind Wettbewerbsnachteile
gerade für mittelständische Unternehmen: Effi-
zienzgewinne bleiben ungenutzt und innovative
Ideen werden oftmals nicht in neue Geschäfts-
modelle übersetzt.
2. AKTUELLE SITUATION UND MOTIVATION8
Unternehmen setzen deshalb zunehmend auf
den parallelen Einsatz mehrerer Cloud-Anbieter
(sogenannte Multi-Cloud-Strategien). Damit stei-
gen allerdings auch die Komplexität und die
Herausforderung einer einheitlichen Verknüp-
fung, Semantik und Datenverarbeitung. Eine
europäische vernetzte Infrastruktur, die nach
klaren Regeln vertrauensvolle Cloud-Angebote
z. B. auf Basis existierender Lösungen oder auch
internationalen Anbietern schafft und um Edge-
Komponenten erweitert, adressiert diese Zurück-
haltung gerade kleiner und mittelständischer
Unternehmen (KMU).
Ihr Kern ist es, das nötige Vertrauen zu schaffen,
auch und gerade für KMU, die in der Regel nur
über begrenzte Datenmengen verfügen. Auf Basis
der vernetzten Dateninfrastruktur können KMU
in Zukunft ihre Daten gemeinsam und besser
nutzen und damit eine der wesentlichen Barrie-
ren für neue Geschäftsmodelle durchbrechen.
2.2.4 Wir schaffen ein Ökosystem für
Innovation
Europa tätigt umfangreiche Investitionen in
digitale Technologien und innovative Geschäfts-
modelle. Wir müssen dafür Sorge tragen, dass
diejenigen, die Innovationen vorantreiben, auch
diejenigen sind, die davon ökonomisch profitie-
ren. Mit unserem „Projekt GAIA-X“ legen wir die
Grundlage eines offenen, digitalen Ökosystems,
mit dessen Hilfe Unternehmen und Geschäfts-
modelle aus Europa heraus weltweit wettbe-
werbsfähig skalieren können. So sichern wir die
europäische Wertschöpfung und Beschäftigung.
Wertschöpfung und Beschäftigung entstehen
durch Innovationen. Und Innovationen entste-
hen durch Ideen, die Verbindung von Informati-
onen und Daten sowie durch die Kooperation
kluger Köpfe. Kluge Köpfe wollen Herausforde-
rungen, attraktive Bedingungen zur Entfaltung
ihrer Ideen und die notwendigen Ressourcen für
die Umsetzung. Die Skalierung – und damit der
langfristige Erfolg – vieler Ideen und Geschäfts-
modelle hängt dabei auch vom Zugang zu Risi-
kokapital und von der Verfügbarkeit großer
Datenmengen ab. Was wir deshalb benötigen, ist
eine einfache und verlässliche Möglichkeit zum
freiwilligen Austausch und zur gemeinsamen
Nutzung der europäischen Datenschätze. Dieser
Kreativität wollen wir Bahn brechen. Dazu müs-
sen Start-ups, Wissenschaft und Unternehmen
jeder Größe noch enger und mit Leichtigkeit
miteinander kooperieren können. Wir müssen
die Sichtbarkeit europäischer Angebote erhöhen,
Anbieter und Anwender vernetzen und ein
attraktives Umfeld für Investitionen, kluge Köpfe
und starke Ideen schaffen.
2. AKTUELLE SITUATION UND MOTIVATION 9
3. Lösungsansatz GAIA-X
10
Getrieben durch die beschriebenen Entwicklungen
(Industrie 4.0, Edge und Cloud Computing etc.)
steigt die Bedeutung von Multi-Cloud-Strategien
und damit der Interoperabilität rapide an. Anwen-
der erwarten Flexibilität, Funktionalität, Anwen-
dungsfreundlichkeit, weltweite Verfügbarkeit,
unternehmensübergreifende Services, Speziali-
sierung von Services oder verteilte Datenverar-
beitung und Datenhaltung. Ein­fache Migration
zu anderen Cloud- oder Edge-Anbietern muss
möglich sein. Anwender verlangen Interoperabi-
lität, d. h. das Finden und die effiziente Nutzung
von Diensten über neue Daten- und Dienstver-
mittler. Hierzu gehört auch die Transparenz über
angebotene Dienste. Anwender möchten die
Datenverarbeitung flexibel über viele Anbieter
verteilen können und dabei auf robuste Prozesse
zurückgreifen.
Interoperabilität ist daher eine der zentralen An­­
forderungen an die vernetzte Dateninfrastruktur.
Sie wird auf drei Infrastruktur-Ebenen betrach-
tet: technische und semantische Interkonnekti-
vität auf Netzwerk-, Daten- und Dienstebene.
Innerhalb Europas gibt es bereits Netzwerkinfra-
strukturen und Interkonnektivitätskonzepte für
Cloud-Infrastrukturen, die durch unseren Ansatz
integriert werden können und Verteiltheit über-
haupt erst ermöglichen. So sitzen beispielsweise
drei der fünf größten Interconnection Hubs (IXPs)
weltweit innerhalb von Europa.
Eine vernetzte Dateninfrastruktur muss als Mehr-
wert für den Anwender den intradomänen- und
interdomänen­spezifischen Austausch sowie die
Verkettung von Daten und Diensten über Anbie-
ter- und Kundengrenzen hinaus ermöglichen.
Insbesondere die Kollaboration zwischen Edge-
und Cloud-Instanzen soll einfach möglich werden.
Damit sinken auch für KMU die Einstiegshürden
für Edge und Cloud Computing. Gemeinsame
Standards helfen dabei, domänenspezifische
Datensilos aufzubrechen, die aufgrund mangeln-
der Datenschnittstellen nicht verbunden und
ausgewertet werden können. Es entstehen für
jeden Anwendungsfall passgenaue Lösungen. Neue
Wertschöpfungs- und Verarbeitungsketten werden
möglich und neue massiv verteilte Verarbeitungs-
und Geschäftsmodelle wie Daten- oder Dienst-
vermittlung gefördert. Unser Projekt kann diese
An­­forderungen unterstützen, indem Basisdienste
für Interoperabilität angeboten werden, die An­­
wender bzw. Anbieter für domänenspezifische
Interoperabilitätsdienste nutzen. Das reicht von
Matching- und Vokabularsystemen bis hin zu
vertraglichen und kommerziellen Basisdiensten
für Ab­­rechnung, Zertifizierung und Abschlüsse.
3.1 Zielbild
Wir verfolgen das Ziel, eine sichere und vernetzte
Daten­infrastruktur in Deutschland und Europa
zu schaffen. Das „Projekt GAIA-X“ stärkt die Daten­
souveränität für Wirtschaft, Wissenschaft, Staat
und Gesellschaft bei der Speicherung, beim Aus-
tausch und bei der Nutzung von Daten und
Diensten. Die vernetzte Dateninfrastruktur macht
Daten und Dienste für die Anwendungen Künst-
licher Intelligenz verfügbar und schützt dabei
Rechte, Interessen und das geistige Eigentum – an
den Daten und dem damit verbundenen Know-
how. Die Infrastruktur ist anbieterneutral und
be­­rücksichtigt die Interessen von Datenerzeugern,
-gebern und -nutzern gleichermaßen. Das Öko-
system erweitert Domänenwissen europäischer
Akteure, stärkt den Austausch sowohl innerhalb
als auch zwischen Domänen und ermöglicht
innovative Geschäftsmodelle im digitalen Bin-
nenmarkt.
Die vernetzte Dateninfrastruktur stärkt den fairen
Wettbewerb in den Wertschöpfungsnetzwerken
der globalen Datenökonomie. Es bietet den Akteu-
ren einen effizienten Zugang zu allen relevanten
digitalen oder Cloud-basierten Anwendungen
bei gleichzeitiger Sicherstellung einer größtmög­
lichen Selbstbestimmung und Datensouveränität.
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 11
3.2 Lösung
Das „Projekt GAIA-X“ vernetzt zentrale und de­­
zentrale In­­frastrukturen (insbesondere Cloud-
und Edge-Dienste) zu einem homogenen, nutzer-
freundlichen System. Das daraus entstehende
verteilte Ökosystem stärkt sowohl die digitale
Souveränität der Nachfrager von Cloud-Dienst-
leistungen als auch die Skalierungsfähigkeit und
Wettbewerbsposition europäischer Cloud-Anbie-
ter. Insbesondere KMU profitieren von Markt-
transparenz, breitem Zugang zu alternativen
Angeboten und den daraus resultierenden Hand-
lungsoptionen. Zudem trägt es unter­schied­lichen
Präferenzen bezüglich Sicherheitsaspekten,
Latenzzeiten und Anwendungsbreite Rechnung,
liefert maß­geschneiderte Lösungen und ermög-
licht die Nutzung unterschiedlicher Cloud-
Anbieter.
Besonders zu betonen sind die Verbundvorteile,
die wir mit der vernetzten Dateninfrastruktur
erzielen. Die Mehrfach­nutzung von Cloud- und
Edge-Instanzen führt zu Effizienzvorteilen durch
eine Erhöhung der Leistungsbreite. So wird bei-
spielsweise die Sicherheit durch redundante Kno-
ten er­­höht. Fällt ein Knoten aus (beispielsweise
verursacht durch Stromausfälle oder Naturkatas-
trophen), springt ein anderer Knoten ein. Über-
dies lassen sich rechenintensive Anwendungen
auf dafür ausgelegte Cloud-Instanzen „verteilt“
prozessieren, was zu einer überproportionalen
Leistungssteigerung führt. Nicht zuletzt kann
immer auf modernste Cloud-­Tech­no­logie zuge-
griffen werden, weil im Verbund der vielen Knoten
kontinuierlich einzelne Neu- und Ersatz­investi­
tionen getätigt werden. Es kann sich auf der Basis
der vernetzten Dateninfrastruktur auch ein Öko-
system für Software-Entwicklungsprojekte etab-
lieren, von dem Wirtschaft, Wissenschaft, Staat
und Gesellschaft gleichermaßen profitieren.
Der Neutralitätsanspruch der vernetzten Daten­
infrastruktur stabilisiert dieses Ökosystem: Jeder
bereits am Markt befindliche oder neue Cloud-
Dienstanbieter kann durch den Einsatz der
GAIA-X-Technologie und deren Referenzarchitek-
tur zu einem Knoten des Netzwerks (GAIA-X-
Knoten) werden.
Wesentliche Merkmale dabei sind:
• Einsatz sicherer, offener Technologien, die von
der vernetzten Dateninfrastruktur bereitgestellt
werden, Schnittstellen zum einfachen und siche-
ren Datenaustausch, Möglichkeiten, Applikati-
onen und Funktionen Dritter zu nutzen, sowie
die Einhaltung von Standards, die eine leichte
Datenmigration ermöglichen. Dabei werden
vorhandene Technologien genutzt und fehlende
Technologien oder Dienste von den Teilnehmern
im Ökosystem entwickelt und zugänglich ge­­
macht, auch auf der Basis von Open-Source-
Technologien.
• Jeder Knoten der vernetzten Infrastruktur bildet
eine eigenständige Einheit, folgt der Referenz-
architektur und ist eindeutig identifizierbar
und erreichbar. Eine daran geknüpfte Selbst-
beschreibung stellt Transparenz über die Spe-
zifika und Fähigkeiten der einzelnen Knoten
her. Sie enthält insbesondere Aussagen zum
Ort der Speicherung und des Prozessierens
der Daten, zu den verwendeten Technologien,
zur Rechen- und Speicherleistung sowie zur
be­­reitgestellten Funktionalität. Weiterhin wer-
den Merkmale zur Echtzeitfähigkeit, Daten-
souveränität auf Basis von zertifizierten Schutz­
graden, zu Konsumierungsmodellen (z. B.
Spotmarkt), dem Preismodell und ökologischer
Nachhaltigkeit (z. B. Energieeffizienz und
-verbrauch) wiedergegeben. Die Anforderung
der Selbstbeschreibung spielt eine wichtige
Rolle, um die Datensouveränität in Anwen-
dungsfeldern zu stärken, die beispielsweise auf
eine Datenspeicherung im Inland oder zumin-
dest im Geltungsbereich der EU-Datenschutz-
grundverordnung (EU-DSGVO) angewiesen
sind. Die Knoten können dabei sowohl als
Public als auch als Private Cloud sowie als
Edge-Knoten ausgeprägt sein.
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X12
• Ein Software Repository stellt Komponenten
bereit, die je nach Kategorisierung von allen
Anbietern genutzt werden müssen oder kön-
nen, insbesondere Identifikations- und
Berechtigungsdienste, Schnittstellenkompo-
nenten oder Zertifikate. Technisch gesehen
könnten diese Komponenten zentral, über
einen „Peer to Peer“-Ansatz oder verteilt über
mehrere Knoten bereitgestellt werden.
• Die einzelnen Dienste innerhalb eines Knotens
und zum Austausch zwischen unterschiedli-
chen Knoten sind als Funktionen realisiert
(„Function as a Service“-Modell). Dies erlaubt
eine hohe Interoperabilität zwischen unter-
schiedlichen Knoten, eine Austauschbarkeit
verschiedener Dienste-Anbieter (Vermeidung
eines Lock-in-Effektes) und eine effiziente
Nutzung und Abrechnung von Dienstleistun-
gen. Die dafür notwendigen Schnittstellen,
Services und Produkte sollen durch Standards
harmonisiert werden und in einem zentralen
Verzeichnis für alle Teilnehmer einfach identi-
fiziert und genutzt werden können. Damit
entwickeln wir eine Infrastruktur, die Grund-
lage für ein vitales und wachsendes digitales
Datenökosystem ist.
• Die Nutzung von Diensten aus dem GAIA-X-
Ökosystem kann direkt durch den Anbieter
geschehen oder über digitale Plattformen.
Hierzu wird eine Übersicht aller verfügbaren
Knoten und Dienst-Fähigkeiten bereitgestellt,
auf deren Basis der Nutzer selbst oder die digi-
tale Plattform als Vermittler den jeweils pas-
senden Dienst auswählt. Mit Hilfe dieses zent-
ralen Verzeichnisdienstes helfen wir, passende
Anbieter zu finden und relevante Datenpools
schnell und sicher zu identifizieren. Damit
neben der technischen Agilität gleichzeitig
auch die vertraglichen Rahmenbedingungen
gegeben sind, werden flexible Rahmenverträge
(eventuell in Form von Smart Contracts) ein-
geführt, die vertragliche Regelungen grundle-
gend abbilden und beim jeweiligen Aufruf des
Dienstes als konkrete Vertragsschlüsse von
Anwender und An­­bieter ausgeprägt werden.
Die Teilnahme am Ökosystem setzt eine bin-
dende Verpflichtung der jeweiligen Anbieter auf
gemeinsame Regeln voraus. Der Nachweis der
Einhaltung dieser Regeln kann durch eine Zerti-
fizierung der Anbieter, Knoten sowie Services ge­­
führt werden, insbesondere im Hinblick auf die
notwendigen technisch-organisatorischen Vor-
aussetzungen. Hierzu gehören insbesondere IT-
Sicherheit, Service-Levels, Grad der realisierten
Datensouveränität und vertragliche Rahmenbe-
dingungen. Grundsätzlich sollte die Zertifizie-
rung über eine transparente Prüfung durch
einen unabhängigen, vertrauenswürdigen Drit-
ten nachgewiesen werden. Dazu wird auf bereits
etablierte sowie aktuell entstehende Auditie-
rungs- und Zertifizierungsverfahren aufgebaut
(z. B. Mindeststandards zur Nutzung externer
Cloud-Dienste des BSI, C5, ISO 27001 und Trus-
ted Cloud). Innovationen zu technisch automa-
tisch durchführbaren Zertifizierungen sollen
gefördert werden. Bestehende Referenzarchitek-
turen sollen einbezogen werden, z. B. von der
International Data Spaces (IDS)-Initiative.
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 13
Die International Data Spaces Association bietet
eine von über 100 Partnern getragene Referenz-
architektur, die ein Ökosystem für den souverä-
nen Austausch von Daten mit klar definierten
Nutzungsrechten ermöglicht und damit eine
Komponente der vom „Projekt GAIA-X“ ange-
strebten vernetzten, offenen Dateninfrastruktur
beschreibt. Die Referenzarchitektur der Inter-
national Data Spaces Association definiert eine
technische Infrastruktur und ein semantisches
Regelwerk für den Datenaustausch und die
Datennutzung in Ökosystemen. Technisch unter-
bindet bzw. erlaubt eine Software-Komponente,
der IDS Connector, Datenverknüpfungen und
-analysen zwischen verschiedenen Mitgliedern
eines Ökosystems. Damit lassen sich bestehende
und neue Cloud-Dienste in eine interoperable
Digitalwirtschaft unter Wahrung der Daten­
souveränität einbetten.
Die Umsetzung des Projektes ist von Beginn an
europäisch und international anschlussfähig:
Bestehende Angebote und Initiativen ähnlicher
Zielrichtung werden kooperativ in die Weiterent-
wicklung des Konzepts eingebunden, um schnelle
Verfügbarkeit zu gewährleisten. Zum Beispiel wer-
den die komplementären Aktivitäten der IDS-
Initiative zur Datensouveränität und die Vorarbei-
ten der Trusted Cloud zur Zertifizierung genutzt.
Auch europäische Initiativen und Aktivitäten,
allem voran die Vorhaben der EU-Kommission,
werden im weiteren Prozess einbezogen.
3.3 Das „Projekt GAIA-X“ aus Anwender­
perspektive
Die vernetzte Dateninfrastruktur bildet die Basis
eines Ökosystems, das die Stärken der unterschied-
lichen Teilnehmer wirkungsvoll integriert und
Kooperation fördert. Die Anwender bekommen
Infrastruktur
Ökosystem
Daten
Ökosystem
GAIA-X
GAIA-X-Aufgaben
Rahmenbedingungen schaffen
• Architektur
• Schnittstellen
• Datenklassifikation
• Prozesse zwischen Akteuren
• Interoperabilität und
Interkonnektivität
Governanceregeln
• Teilnahmebedingungen
• Teilnehmerliste
• Regeln und „Datenverträge“
• Zertifizierung
Betrieb koordinieren
• Notwendige zentrale Dienste
sichererKanal
sichererKanal
sichererKanal
sicherer Kanal
Selbstbeschreibung
Selbstbeschreibung
•
Dom
änen
•
Kunden
Datensicherheit
Nachverfolgbarkeit
Dezentralverteilt
Edge-/Cloudanbieter
GAIA-X-Knoten
Interoperabilität
Dienstverm
ittler
Cloud-Anbieter
Datensouveränität
O
ffenheit
Interkonnektivität
Vertrauensschutz
• Repository
• Anbieter- und Knoten-
verzeichnis
• Identitätsmanagement
• Qualitätsüberwachung
GAIA-X-Knoten
Abbildung 1: Gesamtbild Dateninfrastruktur und Ökosystem
Quelle: BMWi
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X14
Zugang zu einem relevanten Produkt- und Ser-
viceportfolio: Die vernetzte Dateninfrastruktur
• integriert bestehende digitale und cloudbasierte
„State of the Art“-Produkte und -Services und
bietet darüber hinaus die Möglichkeit, dass
weitere spezifische Bedarfe über modulare
Angebote bspw. von Spezial- oder Kleinanbie-
tern adressiert werden können.
• bietet volle Transparenz durch Ausweis von
geprüften Datenschutz- sowie regulatorischen
Kriterien der angebotenen Produkte und Ser-
vices. Sie schafft über die Selbstbeschreibung
Transparenz hinsichtlich des Vertraulichkeits-
niveaus aller Teilnehmer des Ökosystems. Dies
spiegelt sich in der Garantie der Datennut-
zungskontrolle wider (Datensouveränität).
• vereinfacht das Management von IT-Schnitt-
stellen und die Integration insbesondere bei
Multi-Cloud-Strategien und Datenpooling
durch eine hohe Interoperabilität kompatibler
Produkte sowie die Bereitstellung von Sicher-
heitsdomänen-übergreifenden Berechtigun-
gen. Domänenspezifische Datensilos, die auf-
grund mangelnder Datenschnittstellen bislang
nicht verbunden und ausgewertet werden
können, könnten nunmehr aufgebrochen und
Lock-in-Effekte vermieden werden. Dies
ermöglicht bzw. erleichtert für den Anwen-
dungsfall passgenaue Lösungen. Zudem kann
ein wichtiger Beitrag zur Akzeptanz der
Anwendung von KI bei besonders sensiblen
Daten geleistet werden.
• ermöglicht es, Daten dort zu speichern, wo es
Anwender angesichts der jeweiligen Daten-
klassifikation für sinnvoll erachten. Der
Anwender kann somit die Hoheit über beson-
ders sensible Daten behalten und gleichzeitig
andere Daten zur gemeinsamen Nutzung mit
Partnern teilen.
• schafft die Voraussetzungen zur Optimierung
der Daten-Strategien der Anwender. Ihre Kno-
ten, also dezentrale und/oder zentrale Cloud-
Infrastrukturen, sind miteinander verknüpf-
bar. Aus dieser Verknüpfung ergeben sich
Optionen, wie Daten und Algorithmen sicher
verwendet werden können. So wird es zum
Beispiel verschiedenen Kooperationspartnern
entlang der Wertschöpfungskette auch ermög-
licht, dass Daten zu den Anwendungen wan-
dern. Zum Schutz geistigen Eigentums können
Anwender so etwa ihre Algorithmen und
Daten bei sich halten.
• leistet einen wichtigen Beitrag zur Entstehung
von digitalen Ökosystemen in den verschiede-
nen Anwenderdomänen, indem sie den Über-
gang von bilateralen Einzelprojektlösungen
hin zu Marktplatzlösungen ermöglicht. Stan-
dardisierte Verträge und Verfahren senken
Transaktionskosten, Datenmärkte können ent-
stehen und die Verfügbarkeit von Daten wird
verbessert.
3.3.1 Bedarfsbeispiele aus Anwendersicht
Zur Illustration des Mehrwehrts des Projektes
präsentieren wir im Folgenden einige Bedarfs-
beispiele aus den Bereichen Industrie 4.0/KMU,
Smart Living, Finanzwirtschaft, Gesundheit,
öffentliche Verwaltung und Wissenschaft. Die
Zusammenstellung hat insofern exemplarischen
Charakter, als dass die Auswahl weder einen
Anspruch auf Vollständigkeit erhebt noch Priori-
täten setzt. Die Beispiele sollen Potenziale der
vernetzten Dateninfrastruktur anhand von
Anwendungsmustern aufzeigen, die grundsätz-
lich auch in anderen Sektoren (z. B. Mobilität,
Energie) von Relevanz sind. Das Projekt ist jeder-
zeit offen für weitere Bedarfsbeispiele, die das
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
(BMWi) online veröffentlicht.
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 15
3.3.1.1 Industrie 4.0/KMU, Smart Living und
Finanzwirtschaft
Die vom Bundesverband der Deutschen Industrie
e. V. (BDI), dem Verband Deutscher Maschinen-
und Anlagenbau e. V. (VDMA) und dem Zentral-
verband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie
e. V. (ZVEI) unterstützten Bedarfsbeispiele aus
dem Bereich Industrie 4.03 zeigen, dass – insbe-
sondere mittelständische – Unternehmen vor
sehr ähnlichen Herausforderungen hinsichtlich
der Integration und Auswertung von Daten und
deren Lösung in einer einheitlichen Sprache,
Semantik sowie in offenen und modularen
Strukturen stehen. In den klassischen Geschäfts-
beziehungen von Komponentenherstellern,
Maschinenbauern und Systembetreibern spielen
vor allem Fragen der Steuerungsmöglichkeit der
Datenübertragung und damit der Sicherung
geistigen Eigentums eine große Rolle.
Für den Finanzsektor hat die Kooperation der
relevanten Akteure vor allem aus regulatorischer
Sicht eine entscheidende Bedeutung. Offene
digitale Plattformen und der Einsatz von Metho-
den der KI ermöglichen ein effizienteres Zusam-
menspiel beispielsweise der Börsen mit Auf-
sichtsbehörden und Unternehmen.
Im ebenfalls vom ZVEI unterstützten Bedarfsbei-
spiel Smart Living liegt der Fokus dagegen eher
auf Nutzerfreundlichkeit und einem offenen
Zugang zu Cloud-basierten Plattformen unter-
schiedlicher Anbieter. Bislang stehen eine Viel-
zahl von Standards sowie die Notwendigkeit der
mehrfachen Autorisierung des Anwenders auf
unterschiedlichen Plattformen einer breiten
Nutzung im Wege.
3	 Darüber hinaus unterstützt der BDI auch die Aktivitäten zur Entwicklung von Bedarfsbeispielen für die Anwen-
dungsfelder Smart Living, Finanzwirtschaft, Gesundheitswesen sowie Öffentliche Verwaltung und Wissenschaft.
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X16
PRAXIS-
BEISPIELE
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 17
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Der Hersteller einer Automationskomponente
möchte Zugang zu Betriebsdaten seines Pro-
dukts erhalten, das in einer Maschine verbaut
ist, die wiederum bei einem dritten Unterneh-
men betrieben wird. Die permanente Erfassung
des Maschinenzustands erlaubt dem Hersteller
beispielsweise, die Sicherheit und Effizienz so­­
wohl seiner Komponente als auch der gesamten
Anlage zu optimieren.
• Diese sehr einfache und gleichzeitig typische
Konstellation einer industriellen Geschäfts­
beziehung wirft einige Fragen auf, z. B.: Wem
gehören die Daten des Komponentenherstellers
und wer darf zu welchem Zweck darauf zugrei-
fen? Wie können Daten monetarisiert werden?
Stehen die Daten in einem standardisierten
Format zur Verfügung?
• Diese Fragen können derzeit zwar entlang einer
definierten Wertschöpfungskette bilateral gelöst
werden. Die für den Hersteller relevanten
Daten stehen aber nicht aggregiert über viele
Betreiber zur Verfügung, eine Skalierung über
Wertschöpfungsnetzwerke ist nicht möglich.
• Damit der Komponentenhersteller, die Ma­­
schinenbauer und die Betreiber beim Condition
Monitoring (d. h. der kontinuierlichen Zusam-
menfassung, Analyse und Darstellung von
Betriebs- und Zustandsdaten durch Sensoren)
zusammenarbeiten können, brauchen sie eine
vertrauenswürdige Infrastruktur für den Daten-
austausch und gemeinsame Regeln der unter-
nehmensübergreifenden Authentifizierung
und Zugriffssteuerung.
A: Auf dem Weg zur Industrie 4.0 – wie Unternehmen
vertrauenswürdig zusammenarbeiten können
Sicherheitsdomäne X
Hersteller X
Business Case
„Datenerhebung P1-X“
P1
X
P1
X
BP1
A
Sicherheitsdomäne A
Betreiber A
M1
W
M1
V
P2
Y
P2
Y
Abbildung 2: Bedarfsbeispiel: Vertrauensvolle Zusammenarbeit in der Industrie 4.0
Quelle: Bosch, Plattform Industrie 4.0
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X18
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• GAIA-X-Knoten fungieren als „Vertrauens­
anker“, indem sie die Authentifizierung der
Partner im Wertschöpfungsnetzwerk und die
Regelung von Zugriffsrechten ermöglichen.
Dadurch entfallen aufwendige bilaterale Ab­­
stimmungen. Die unterschiedlichen Akteure
können auf der Basis von „Trust Relations“
und einer vertrauenswürdigen Infrastruktur,
die den sicheren Datenaustausch ermöglicht,
über die verschiedenen Sicherheitsdomänen
der Unternehmen im Netzwerk hinweg kom-
munizieren. Jedes Unternehmen entscheidet
selbst, wo seine Daten gelagert werden und
von wem sowie zu welchem Zweck sie verar-
beitet werden dürfen.
• Das Projekt kann die Grundlage eines Markt-
platzes zur Monetarisierung von Betriebsdaten
in industriellen Wertschöpfungsnetzwerken
schaffen. Gleichzeitig können Anreize zum
Datenaustausch über die verschiedenen Akteure
hinweg generiert werden.
Pate
Michael Jochem – Bosch und Plattform
Industrie 4.0
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 19
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Industrie 4.0 in die Praxis umzusetzen heißt,
alle Komponenten entlang der Wertschöpfungs-
kette zu vernetzen, um damit datenbasierte
Mehrwert-Dienste anzubieten: Das stellt ins-
besondere Mittelständler vor große Herausfor-
derungen.
• Moderne Produktionsanlagen setzen sich aus
vielen unterschiedlichen Maschinen und Kom­
ponenten zusammen, die zum Teil auch unter-
schiedliche Cloud-Systeme nutzen. Die Verknüp-
fung und Integration der Daten und Systeme
findet derzeit in aufwendiger Projektarbeit statt.
Der Mangel an standardisierten Abläufen, durch-
gängiger Datenverfügbarkeit und Rahmenver-
trägen für den Datenaustausch erklärt die
schleppende Verbreitung von Industrie-4.0-
Lösungen.
• Betreiber und Hersteller von Maschinen und
Anlagen stellen zudem hohe Anforderungen
an Datensouveränität: Sie wollen selbst ent-
scheiden können, wo sie Produktionsdaten
und Know-how-tragende Anwendungen
speichern – etwa in der Steuerung, „on Edge“
oder in privaten Cloud-Instanzen statt in der
Cloud ihres Kunden.
• Erst ein Ökosystem für schlüsselfertig nutzbare
Mehrwert-Dienste in heterogenen Produktions-
umgebungen kann den Durchbruch zur flächen-
deckenden Umsetzung von Industrie 4.0 bringen.
Industry 4.0: Automation Avatar
Maschine 41 Maschine 42 Maschine 43
Cloud
Avatar
43Avatar
42
Avatar
41
• One to one relation to real device
• Exists parallel to real device
• Function split between
Avatar and real device
Abbildung 3: Bedarfsbeispiel: Industrie 4.0 – Automation Avatar
Quelle: Beckhoff Automation
B: Praktische Umsetzung von Industrie 4.0? – Ein echter Kraftakt!
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X20
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt schafft einen Mehrwert, indem es
sich als eine Art multilaterale Verwaltungs-
schicht über existierende Hyperscaler/Cloud-
Anbieter legt, die Produktions-Infrastruktur
und Clouds mit einer übergeordneten Seman-
tik sowie Datenaustauschdiensten verbindet
und so das Schnittstellenmanagement verein-
facht.
• Konkret kann das Projekt den Aufwand ver-
ringern, der daraus entsteht, dass für die Integ-
ration jeder Maschine eine bilaterale Einzel-
projektlösung mit dem Maschinenzulieferer
gefunden werden muss, die den Zugriff auf
Sicherheitsdomänen koordiniert. Dank der ver­
netzten Dateninfrastruktur können alle Maschi-
nenzulieferer mittels interoperabler Standards
unter Berücksichtigung der Sicherheitsanfor-
derungen über zentrale Schnittstellen effizient
integriert und so der Aufwand für Industrie-4.0-
Projekte erheblich reduziert werden.
• So kann ein Ökosystem in dezentraler, hetero-
gener und skalierbarer Form wachsen, das
einerseits die verschiedenen Ebenen aus Com-
puting und Speicherung zwischen Edge und
Cloud verbindet und andererseits die Speiche-
rung von Daten und die Nutzung von Algo-
rithmen gemäß IP-Rechten ermöglicht.
Pate
Gerd Hoppe – Beckhoff Automation
(Bedarfsbeispiel koordiniert mit VDMA, ZVEI)
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 21
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Eine immer höhere Variantenvielfalt, techno-
logische Umbrüche und die Integration immer
neuer Zulieferer in die Produktionsnetzwerke
kennzeichnen den digitalen Wandel der Ferti-
gungsindustrien.
• Gleichzeitig steigen die Anforderungen an
Transparenz und Steuerungsfähigkeit der
Zuliefererkette bis in den eigenen Betrieb hin-
ein. Die Versorgung mit Komponenten sicher-
zustellen ist nicht nur in Zeiten internationaler
Handelskonflikte eine große Herausforderung.
Bei Rück­rufaktionen kommt es ganz entschei-
dend darauf an, zu wissen, welche Komponente
in welcher Produktionscharge verbaut wurde.
Dabei gilt es auch, die Früherkennung von Seri-
enfehlern im Feld zu verbessern (Track and
Trace).
• Die größte Herausforderung liegt dabei in der
Bereitstellung und Verknüpfung von Daten
aus inhomogenen IT-Systemen unterschied­
licher Akteure bei gleichzeitiger Wahrung der
Datensouveränität entlang der gesamten Pro-
duktions- und Lieferkette. Ein vollständiges
Datenbild ist für die eindeutige Identifizier-
barkeit von Störungen essenziell.
• In branchenspezifischen Lösungen werden der
unternehmensübergreifende Austausch und
die Verknüpfung heterogener Daten bislang
primär auf bilateraler Ebene vorangetrieben.
Gemeinsame Regelungen für die Teilnahme im
Ökosystem und eine Zusammenarbeit könnten
den Aufwand und die Teilnahmehürden gerade
für mittelständische Unternehmen erheblich
senken. Auf diese Weise können neue Geschäfts­
modelle entstehen und Synergien im Wertschöp-
fungsnetzwerk noch besser genutzt werden.
C: Synergien in Zuliefernetzwerken nutzen
Abbildung 4: Bedarfsbeispiel: Synergien in Zuliefernetzwerken
Quelle: SupplyOn, German Edge Cloud, IoTOS, IDS Association
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X22
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt erleichtert die Bereitstellung klarer
und nachvollziehbarer Maßgaben für die Teil-
nahme bzw. Zusammenarbeit im Ökosystem
und reduziert damit den bilateralen Abstim-
mungsaufwand zwischen interessierten Unter-
nehmen.
• Durch die einmalige „Qualifizierung“ als
GAIA-X-Knoten können Akteure die eigenen
Daten einem potenziell größeren Interessen-
tenkreis zur Verbesserung der eigenen Pro-
dukte oder zur Entwicklung digitaler Services
zur Verfügung stellen.
• Das Projekt erleichtert die selektive Weiter-
gabe von Daten und stärkt damit die Daten-
souveränität.
• Durch Standardisierungsvorgaben und eine
vereinheitlichte Semantik können Daten bes-
ser miteinander verknüpft werden. Typische
Anwendungsfälle, wie die Rückverfolgbarkeit
von Vorprodukten, können – auch im Zuge
eines einheitlichen Identitätsmanagements –
besser umgesetzt werden. Gleichzeitig lässt
sich der Implementierungsaufwand von
unternehmensübergreifenden Track-and-
Trace-Lösungen erheblich reduzieren.
• Das Projekt kann als Integrator dienen. Es ent-
steht ein übergreifendes, offenes Ökosystem,
das zum Datenaustausch anregt und neue
Geschäftsmodelle stimuliert.
Paten
Markus Quicken – SupplyOn 	
Sebastian Ritz – German Edge Cloud
Dieter Meuser – IoTOS
Lars Nagel – IDS Association
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 23
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Das Ökosystem rund um Smart Living ent­
wickelt sich zu einem attraktiven Markt. Allein
23 Millionen Mietwohnungen in Deutschland
könnten mit Automatisierungslösungen und
intelligenten Geräten ausgestattet werden.
• Diese Geräte müssen nahtlos interagieren kön-
nen. Voraussetzung für KI-basierte Geschäfts-
modelle sind eine durchgängige Datenerfassung,
-verarbeitung und -vernetzung (in der Grafik:
GAIA-X-Knoten). Dafür bedarf es einer geeig-
neten Cloud-Umgebung.
• Viele Unternehmen der Wohnungswirtschaft
wollen Daten von Kundinnen und Kunden
ausschließlich in Cloud-Umgebungen in
Europa speichern und verarbeiten (DSGVO-
Raum).
• Intelligente Services leben zudem von der
Verknüpfung mit Daten aus angrenzenden
Systemwelten wie Smart Energy oder Smart
Mobility in KI-basierten Anwendungen. Diese
Daten müssen sinnvoll strukturiert, sicher und
zu­­verlässig verfügbar sein – was bislang noch
nicht der Fall ist.
Digitalwirtschaft
Wohnungsindustrie
Elektroindustrie
GAIA-X-Knoten
Smart Living
Smart Energy
Smart Mobility
Smart Building
Kooperation Kooperation
Kooperation
Abbildung 5: Bedarfsbeispiel: Smart Living
Quelle: ZVEI, für das Konsortium „Smart Living“
D: Sichere und multifunktionale Cloud-Umgebung für die
Wohnungswirtschaft zur Generierung von Smart-Living-Lösungen
mit hohen Latenzanforderungen
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X24
• Für eine Skalierung von Smart Living bedarf es
einer sicheren, skalierbaren, performanten und
europäischen Cloud-Umgebung, die lokale
Edge-Geräte zur Vermeidung von hohen Latenz­
zeiten miteinschließt.
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt bietet der Wohnungswirtschaft
einen einfachen und sicheren Zugang zu einer
multifunktionalen Cloud-Umgebung im
DSGVO-Raum (bspw. Datenspeicher, maschinel-
les Lernen, semantische Beschreibung, Muster­
erkennung, vorausschauendes Verhalten).
• Das Projekt vernetzt regionale und funktional
spezialisierte Rechenzentren und unterstützt
damit die Skalierung von Smart-Living-An­
wendungen, die aufgrund hoher Latenzanfor-
derungen auf Edge-Computing angewiesen
sind.
• Das Projekt erleichtert geeignete Standardisie-
rungsvorgaben zur Verknüpfung der wachsen-
den Datenmengen und fördert damit die Ent-
stehung weiterer KI-Anwendungen,
insbesondere durch die Zusammenarbeit zwi-
schen der Digitalwirtschaft, Wohnungswirt-
schaft und Elektroindustrie.
Patinnen und Paten
Plattform für kontextsensitive, intelligente
und vorausschauende Smart-Living-Services –
ForeSight
Anke Hüneburg und Jochen Schäfer – ZVEI, für
das Konsortium „Smart Living“, gefördert im
Rahmen des Innovationswettbewerbs „Künstli-
che Intelligenz als Treiber für volkswirtschaft-
lich relevante Ökosysteme“ des BMWi	
Dr. Hilko Hoffmann – DFKI
Kerstin Bergmann – Bosch
Thomas Feld – Strategion
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 25
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Big Data und KI sind die zentralen Innovati-
onstreiber im Finanzsektor. Sie stellen nicht
nur wichtige Forschungsschwerpunkte dar,
sondern prägen auch schon heute die
Geschäftsmodelle von Banken und Börsen.
• Auch die Finanzmarktaufsicht wird in Zukunft
KI-Anwendungen nutzen, um bspw. effektiver
gegen Geldwäsche und Marktmanipulation
vorzugehen.
• Wesentliche Akteure der Branche schließen
sich derzeit zu einer Financial Big Data Cloud
(FBDC) zusammen, um eine cloudbasierte
Datenplattform für den Finanzsektor aufzu-
bauen. Diese Plattform soll die bislang nicht
verknüpften Finanzdaten von Unternehmen,
Behörden und der Wissenschaft in einem
gemeinsamen Datenpool integrieren und auf
die Entwicklung von KI-Anwendungen bzw.
-Systemen optimiert sein.
• Die zugrundeliegende IT-Infrastruktur benötigt
einen sicheren Datentresor, der den hohen
gesetzlichen und aufsichtsrechtlichen Anfor-
derungen des Finanzsektors entspricht. Die
Daten sollen je nach Sensibilität den unter-
schiedlichen Nutzergruppen in Abstufungen
zur Verfügung gestellt werden können.
• Die Plattform soll zudem Analyse-Tools,
Datenaustausch-Tools und Rechenkapazitäten
zur Verfügung stellen.
FBDC
Banken 
Finanzdienstleister Aufsichtsbehörden
Start-ups 
KMU Forschung
Daten speichern
Daten austauschen KI-Applikationen
entwickeln
Go-Live
auf Plattform
Abbildung 6: Bedarfsbeispiel: Financial Big Data Cloud
Quelle: Hessisches Wirtschaftsministerium, Deutsche Börse, Deutsche Bundesbank, TechQuartier
E: Financial Big Data Cloud – Stärkung des deutschen und
europäischen Finanzmarktplatzes
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X26
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt kann der FBDC im Sinne eines
Multi-Cloud-Ansatzes als alternative Infra-
struktur-Plattform dienen, die verbesserte
Möglichkeiten zur Entwicklung und Nutzung
von KI-Anwendungen mit sich bringt.
• Das Projekt erhöht die Transparenz im Cloud-
Markt und leistet damit einen wichtigen Bei-
trag zur Datensouveränität. Anwender können
sich einen gezielten Überblick verschaffen,
welche Angebote mit welchen Konditionen
verbunden sind (z. B.: Wo werden die Daten
gehostet?). Für Akteure im Finanzsektor ist
diese Transparenz be­­sonders wichtig. Sie
unterliegen teils strikten Vorgaben, wo ihre
Daten gespeichert und wie sie genutzt werden
dürfen.
• Das Projekt erleichtert damit weiteren Teil-
nehmern den Zugang zur FBDC und kann so
die Zielgruppe und Reichweite des sich entwi-
ckelnden Ökosystems rund um Finanzdaten
vergrößern. Ein besonderes Potenzial birgt
zudem die Verknüpfung des FBDC-Ökosys-
tems mit weiteren Branchen-Ökosystemen
zum Beispiel der Industrie.
Paten
Dr. Stephan Bredt – Hessisches Wirtschafts­
ministerium
Konrad Sippel – Deutsche Börse
Prof. Stefan Bender – Deutsche Bundesbank
Dr. Kevin Bauer – TechQuartier
3.3.1.2 Gesundheitswesen
Der Gesundheitssektor ist stark reguliert und sehr
dezentral organisiert. Die vorgestellten Bedarfs-
beispiele beschäftigen sich alle mit dem Einsatz
von KI im Gesundheitswesen. Die Entwicklung
der entsprechenden Lösungen erfordert einen
hohen Aufwand, die Anforderungen der vielen
beteiligten Akteure zu integrieren. Gleichzeitig
resultieren aus dem Umgang mit Patientendaten
hohe Anforderungen an den Datenschutz. Das
Bundesministerium für Gesundheit (BMG) treibt
digitalisierte Lösungen und KI im Gesundheits-
wesen u. a. mit der Einführung der Telematik­
infrastruktur, einschließlich der elektronischen
Patientenakte, als Basis für solche Lösungen voran.
Das BMG begleitet die vorgestellten Bedarfsbei-
spiele grundsätzlich positiv und steht einer Nut-
zung des im Projektrahmen zu entwickelnden
Angebots offen gegenüber. Besonders relevant
ist hier die Anschlussfähigkeit an die Telematik­
infrastruktur. Hierzu kann auf die aktuell anlau-
fenden Erfahrungen der gematik GmbH zurück-
gegriffen werden.
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 27
GAIA-X-Knoten
Compliance
Berechtigungen
Autorisierung
Interoperabilität
Anonymisierung
Marktplatz für KI-Apps
Patient
ForschungKlinik, Reha
Industrie
Med. Daten
Abbildung 7: Bedarfsbeispiel: Künstliche Intelligenz für klinische Studien
Quelle: Raylytic, für das Konsortium „Künstliche Intelligenz für klinische Studien“
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Ab Mai 2020 fordert der europäische Gesetzge-
ber von Medizintechnikherstellern über den
gesamten Produktlebenszyklus die Bereitstel-
lung von Daten zu Leistung und Sicherheit der
Produkte. Erhoben werden diese Daten in Kli-
niken, in denen die Produkte zum Einsatz
kommen. Bei der automatisierten Extraktion
und Auswertung der Daten können Methoden
der KI unterstützen.
• Von der kontinuierlichen Datenerhebung
können viele Stakeholder im Gesundheitsbe-
reich profitieren: die Hersteller der Produkte,
Ärztinnen und Ärzte, Krankenversicherungen,
staatliche Stellen der Marktüberwachung und
Forschungseinrichtungen im Bereich der
Medizin und Versorgungsforschung.
• Ein Großteil klinischer Daten kann derzeit
aufgrund unterschiedlicher Datenformate und
der unstrukturierten Form der Daten nicht für
statistische oder wissenschaftliche Zwecke
genutzt werden. Sie entziehen sich dadurch
einem medizinischen Erkenntnisgewinn.
• Mit Blick auf die Nutzung von Gesundheitsda-
ten sind zahlreiche Regularien, Normen und
Gesetze im nationalen und internationalen
Kontext zu erfüllen, die anspruchsvolle techni-
sche Maßnahmen erfordern und einer leich-
ten Nutzbarkeit teilweise entgegenstehen.
• Es existieren Vorbehalte in der Branche, kom-
merziellen Cloud-Anbietern mit Closed-Source-­
Systemen Gesundheitsdaten anzuvertrauen.
F: Künstliche Intelligenz für klinische Studien
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X28
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt kann die Basis eines zuverlässigen
Systems zur Nutzung von Gesundheitsdaten
schaffen und dabei die technische Umsetzung
internationaler Vorgaben zu Rechts-, Daten-
und Cybersicherheit bilden. Durch die Bereit-
stellung von Speicherplatz und Rechenleistung
in einem sicheren Rahmen können Kliniken
und KMU auch in sensiblen Bereichen von
den Skaleneffekten Cloud-basierter Dienste
profitieren.
• Das Projekt kann Funktionen zur standardi-
sierten Anonymisierung und Pseudonymisie-
rung sowie zur Klassifikation von Daten bein-
halten, die für die rechtskonforme Nutzung
durch unterschiedliche Nutzergruppen, bei-
spielsweise zum Trainieren von KI-Modellen
(sog. Secondary Use), benötigt werden.
• Das Projekt könnte standardisierte Schnittstel-
len bereitstellen, über die verschiedene Nutzer-
gruppen und Anbieter des Gesundheitswesens
auf eine vertrauensvolle Cloud-Umgebung
zugreifen können.
• Aus bilateralen Einzelprojekten können ver-
netzte Lösungen unterschiedlicher Projekt-
partner entstehen, die die Nutzung der Daten
ermöglicht, die Anwendung von KI erleichtert
und damit Synergien fördert.
• Mit modularen, verteilten Lösungen ist es
möglich, Datenverarbeitung und -hosting zu
trennen. Anonymisierte Daten können durch
eine vernetzte Struktur dort zusammenge-
führt werden, wo sie für eine Analyse erforder-
lich sind. Dadurch können sehr sensible Daten
an Ort und Stelle verbleiben, zum Beispiel im
Krankenhaus, während andere Daten zur Ver-
arbeitung und Analyse ausgetauscht werden
können.
Pate
Frank Trautwein – Raylytic, für das Konsortium
„Künstliche Intelligenz für klinische Studien“
(KIKS), gefördert im Rahmen des Innovations-
wettbewerbs „Künstliche Intelligenz als Treiber
für volkswirtschaftlich relevante Ökosysteme“
des BMWi
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 29
GAIA-X
Forschungs- und
klinische Plattformen
Elektronische
Gesundheitsakte
Weitere Plattformen wie
öffentliche Datentöpfe etc.
KI-Anwendungen
zentral/dezentral
Staatlich überwachter
Datenaustausch und -zugang
Digitale
GesundheitsdatenPatient
ZugangzuGesundheitsdaten
MöglichkeitzurDatenspende
Abbildung 8: Bedarfsbeispiel: KI-basierte eTriage in der Notaufnahme
Quelle: Charité – Universitätsmedizin Berlin, Plattform Lernende Systeme
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Bagatellfälle belasten deutsche Notaufnahmen.
Von jährlich über 10 Millionen Notfällen sind
3,5 Millionen keine eigentlichen Krankenhaus-
notfälle. Für echte Notsituationen bleibt weni-
ger Zeit. In der Folge steigt das Risiko ärztlicher
Fehlentscheidungen und zu spät eingeleiteter
Behandlungen.
• KI-basierte Assistenzsysteme können Abhilfe
schaffen: Sie können die Patientenlenkung
von der Ankunft im Krankenhaus bis zur
Behandlung durch eTriage verbessern und das
medizinische Fachpersonal schon frühzeitig
bei der Behandlung unterstützen. Das Assis-
tenzsystem wertet u. a. Daten aus, die Patien-
tinnen und Patienten bereits im Wartebereich
selbst erfassen – ergänzt um weitere Befunde
aus Voruntersuchungen.
• Voraussetzung für die Entwicklung dieser und
anderer KI-Anwendungen im Gesundheits­wesen
ist der Zugang zu hochqualitativen Realdaten.
Diese sollten über eine digitale Infrastruktur
bereitgestellt werden, die Patienten­­schutz ge­­
währleistet und deshalb den höchsten Daten­
schutz- und Sicherheitsanforderungen gerecht
wird.
• Mit der elektronischen Patientenakte (ePA)
und der Telematikinfrastruktur befindet sich
eine derartige Plattform für die Versorgung
bereits im Aufbau. Forschungsdaten der Uni-
versitätsklinika werden über die Medizininfor-
matikinitiative nutzbar gemacht. Über die ver-
netzte Dateninfrastruktur könnten derartige
Datenquellen aus Forschung und Versorgung
sicher und anonymisiert für den medizinischen
Fortschritt und innovative Anwendungen wie
die eTriage verknüpft werden.
G: KI-basierte eTriage in der Notaufnahme
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X30
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Die verschiedenen Akteure des Gesundheits-
wesens (u. a. Patientinnen und Patienten, Arzt-
praxen, Krankenhäuser, Krankenkassen) kön-
nen für die eTriage über eine Vertrauensstelle
auf der Basis von der vernetzten Dateninfra-
struktur Zugang zu anonymisierten Realdaten
(u. a. aus der persönlichen Patientenakte,
Fallakten, Wearables, Forschungsdaten aus kli-
nischen Studien oder aus verschiedenen Regis-
tern) erhalten und in einem hochsicheren
Datenraum nutzen (vertrauliche Patientenda-
ten müssen dabei sicher in Deutschland
gespeichert werden).
• Durch die sichere Verknüpfung der verschiede-
nen Datenquellen kann die Gesundheitsfor-
schung ganz konkrete Mehrwerte für die Ge­­
sellschaft auf Basis von Realdaten ableiten. Dies
schafft eine wichtige Grundlage für das Entste-
hen neuer Geschäftsmodelle in einem rechts-
konformen Raum, z. B. spezielle eTriage-Apps.
• Das Projekt unterstützt die Nutzung einer
dezentral organisierten Datenbasis und leistet
damit einen Beitrag zur Datensouveränität.
Statt der Gesundheitsdaten werden erstmals
die Algorithmen zu den Daten bewegt. Durch
Anwendung von Methoden des verteilten Ler-
nens (sog. Federated Learning) können sensible
Gesundheitsdaten rechtskonform vor Ort ver-
arbeitet werden, z. B. direkt im Krankenhaus.
Eine sichere, vernetzte und multifunktionale
Cloud-Umgebung ermöglicht zudem die Nut-
zung neuester KI-Analyse-Methoden.
• Das Projekt stellt ebenso die technische Basis
für eine individuelle Datenspende bereit, so
dass Bürgerinnen und Bürger selbstbestimmt
ihre eigenen Gesundheits­daten frei gewählten
Partnern zur Verfügung stellen und daran par-
tizipieren können, z. B. für Forschungsvorhaben.
Paten
Prof. Dr. Klemens Budde – Charité – Universitäts-
medizin Berlin und Plattform Lernende Systeme	
Dr. Thomas Schmidt – acatech und Plattform
Lernende Systeme
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 31
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Die Erhebung von Gesundheitsdaten unterliegt
einem grundsätzlichen Paradigmenwandel:
Neben der üblichen eher anlassbezogenen
Datenerhebung durch Ärzte und Kliniken
können Daten heute kontinuierlich auch über
„Smart Wearables“ der Patientinnen und Pati-
enten gesammelt und ausgewertet werden.
• Auf Basis dieser großen, aussagekräftigen Daten-
mengen lassen sich hervorragend KI-Algorith-
men entwickeln und verfeinern, um kritische
Situationen zum Beispiel bei Herzinfarkt­
patienten frühzeitiger als bisher erkennen zu
können.
• Dazu bedarf es mitunter hunderttausender
Lerndatensätze in geprüfter Qualität. Bislang
ist es in Deutschland noch nicht gelungen,
eine ausreichende Datenmenge aus unter-
schiedlichen Quellen (z. B. Krankenhäuser,
Arztpraxen, Wearables) zusammenzuführen,
um eine kritische Masse für die beschriebenen
Anwendungen zu erreichen.
• Die Vernetzung der Datenbereiche ermöglicht
erst die integrative Analyse. Der Klinik- und
Praxisarzt kann auf die Auswertungen zugreifen,
der Patient kann auf die eigenen Gesundheits-
daten und Analyseergebnisse zugreifen.
KI-ANALYSEN
von anonymisierten
Daten
Daten
DATEN-CLOUD
Resultate
Datenbasis
für KI
Öffentliche
Forschungs-
daten
Patientendaten:
Aktivitätsdaten
Herz-Kreislauf-Daten
App:
Gesundheits-
Protokoll
Wearable
Daten im
Behandlungskontext
KI-ANALYSEN
von besonders
schützenswerten
Daten
Behandelnder
Arzt
Daten im
Behandlungskontext
Nieder-
lassungsarzt
ANALYSEN
von besonders
schützens-
werten Daten
Anonymi-
sierte
Daten
Abbildung 9: Bedarfsbeispiel: Smart Wearables
Quelle: Berlin Institute of Health, Charité – Universitätsmedizin Berlin
H: Bessere Gesundheitsvorsorge mit „Smart Wearables“ –
wie wir aus Daten lernen können
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X32
• Für besonders sensible Daten muss die Daten-
speicherung und -verarbeitung in Deutschland
oder der EU – teils sogar bei deutschen Anbie-
tern – erfolgen.
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt schafft die Basis für die Entwick-
lung und Nutzung standardisierter Schnittstel-
len und einer geeigneten Semantik, um Daten
möglichst vieler Akteure gezielt verknüpfen
und auswerten zu können.
• Stringente und verbindliche Datenklassifizie-
rungen sowie zentralisierte Überprüfungen
der Ökosystemteilnehmer erleichtern eine
DSGVO-konforme Nutzung von Daten im
Gesundheitssystem. Die Standards der ver-
netzten Dateninfrastruktur können dabei als
Vertrauensanker fungieren.
• Zudem unterstützt der föderierte Ansatz der
vernetzten Dateninfrastruktur den besonde-
ren Bedarf des Gesundheitssektors an ver-
knüpften Edge-/Cloud-Lösungen: Sensible
Daten, die ein Smart Wearable liefert, müssen
aus Datenschutzgründen beispielsweise in der
Klinik aggregiert und ausgewertet werden
können (Edge). Die Auswertungsergebnisse
sollen dagegen in der Cloud zusammengeführt
werden können, ohne bestimmte Daten dabei
teilen zu müssen.
• Die Einbindung von Cloud-Speichern in
Deutschland oder der EU als GAIA-X-Knoten
erlaubt die Ablage von entsprechend sensiblen
Daten.
• Die Offenheit und die sich daraus ergebende
Flexibilität des Projektes ermöglichen die
Anbindung existierender (Daten-)Plattformen
an weitere Forschungs- und Gesundheitsdo-
mänen und internationale Initiativen.
Paten
Christian Lawerenz und Prof. Dr. Roland Eils –
Berlin Institute of Health und Charité – Univer-
sitätsmedizin Berlin
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 33
3.3.1.3 Öffentliche Verwaltung und Wissenschaft
Auch die öffentliche Verwaltung und Wissenschaft sind in Zukunft wichtige Anwendungsgebiete
für Cloud-Lösungen und Cloud-bezogene Dienste.
Besondere Anforderungen aus Sicht der deutschen Bundesverwaltung: Eine aktuelle Studie im Auf-
trag des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat (BMI) zeigt, dass die öffentliche Verwal-
tung derzeit stark von wenigen ausländischen Software-Anbietern abhängig ist. Zukünftige Lösungen
müssen sowohl hohe Anforderungen an Informationssicherheit als auch Rechtssicherheit im Rahmen
der DSGVO erfüllen, um die digitale Souveränität der Verwaltung zu erhalten. Das Online­zugangsgesetz
(OZG) verpflichtet Bund, Länder und Kommunen zudem, ihre Verwaltungsleistungen bis zum Ende
des Jahres 2022 auch online anzubieten und ihre Verwaltungsportale zu einem Portalverbund zu ver-
knüpfen. Dieser digitale Wandel setzt eine leistungsfähige Cloud-Infrastruktur voraus, die ein hohes
Maß an digitaler Souveränität gewährleistet.
Das BMI steht einer Nutzung des im Projektrahmen zu entwickelnden Angebots offen gegenüber.
Das Ministerium eruiert derzeit Szenarien, welche zukünftig unter folgenden IT-Sicherheits-Rahmen-
bedingungen auf der Basis des „Projektes GAIA-X“ umgesetzt werden könnten:
1.	 Die vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) ausgearbeiteten Regularien,
insbesondere „Mindeststandards zur Nutzung externer Cloud-Dienste“, werden eingehalten.
GAIA-X-Cloud-Anbieter räumen dem BSI damit ein Prüfungs- und Revisionsrecht ein.
2.	 GAIA-X-Cloud-Anbieter erfüllen den „BSI-Anforderungskatalog Cloud Computing (C5)“ inklusive
Basis- und Zusatzkriterien und weisen dies durch ein Testat nach.
3.	 Die einschlägigen Module des IT-Grundschutzes werden beachtet und umgesetzt.
4.	 Für bestimmte Anwendungsfälle wird die ISO 27001-Zertifizierung (auf Basis von IT-Grundschutz)
empfohlen. Die Erforderlichkeit ist im Einzelfall zu prüfen.
Der Staat tritt in der digitalen Welt nicht nur als Regulierer auf, sondern auch als Anwender. Für
Anwendungen in der öffentlichen Verwaltung spielen Sicherheit, Verlässlichkeit, Vertrauen und
Transparenz eine entscheidende Rolle. Anwendungen in der Wissenschaft sind vor allem auf eine
hohe Leistungsfähigkeit der Infrastruktur und eine breite Datenverfügbarkeit angewiesen.
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X34
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 35
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Chatbots sind digitale text- oder sprachbasierte
Ansprechpartner. Sie sollen Bürgerinnen und
Bürgern in Zukunft rund um die Uhr, sieben
Tage die Woche einen leichten Zugang zu Leis-
tungen der Verwaltung eröffnen. Ihre Aufgabe
besteht darin, vor allem Standardfälle zu bear-
beiten und somit auch die Mitarbeiterinnen
und Mitarbeiter der Ämter und sonstigen Ver-
waltungseinrichtungen zu entlasten. Anträge
können dadurch schneller bearbeitet werden.
Dies schafft wiederum die Möglichkeit, die
Arbeitszeit auf anspruchsvolle Fälle zu fokus-
sieren.
• Zur Entwicklung von Chatbots werden hoch-
wertige Sprach- und Texterkennungsdienste
benötigt, die derzeit vor allem von US-ameri-
kanischen Hyperscalern angeboten werden.
• Die öffentliche Verwaltung unterliegt strengen
Anforderungen an Datenschutz und Vertrau-
lichkeit bei der Nutzung von Cloud-Diensten.
So dürfen die Daten der Bürgerinnen und
Bürger etwa nicht außerhalb der landes- bzw.
bundeseigenen Infrastruktur gespeichert oder
verarbeitet werden. Der Zugriff auf die Daten
unterliegt hoheitlich der öffentlichen Verwal-
tung und muss den Dienstleistern verwehrt
bleiben.
Cloud
Bearbeitung von
Standardfällen
24/7Einsatz in der Verwaltung
Entwicklung
Datenschutz
Kommunikation
(z.B.Antragstellung)
Abbildung 10: Bedarfsbeispiel: Chatbot in der öffentlichen Verwaltung
Quelle: Dataport
I: Bürgerservice rund um die Uhr: der Chatbot in der
öffentlichen Verwaltung
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X36
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt kann die Realisierung von Chat-
bots unterstützen, indem es die notwendige
Grundlage für eine rechtskonforme Cloud-
Umgebung für die Entwicklung und Nutzung
von Chatbots in der Verwaltung schafft, in der
funktionale KI-Bausteine modular (im Sinne
von Function as a Service) mit der behördlichen
Infrastruktur zur Datenspeicherung und -ver-
arbeitung verknüpft werden können.
Patin und Pate
Dr. Marianne Wulff und Dr. Derek Meier –
Dataport
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 37
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Die Weltbevölkerung wächst, der Klimawandel
schreitet voran, soziale und demografische
Entwicklungen erfordern Antworten.
• Bis zum Jahr 2030 werden 70 Prozent der
Weltbevölkerung in Städten leben. Satelliten-
gestützte Erdbeobachtung liefert eine wichtige
Informationsgrundlage für neue Lösungen zur
nachhaltigen Stadt- und Raumentwicklung.
• Dank frei verfügbarer Satellitendaten ist es
prinzipiell möglich, die Dynamik der globalen
Urbanisierung zu erfassen.
• Deutsche Forschungseinrichtungen sind für
ihre Analysen und die Verarbeitung der
immensen Datenmengen allerdings auf US-
amerikanische kommerzielle Cloud-Anbieter
angewiesen.
• Diese Abhängigkeit birgt Risiken. Sollten die
Anbieter ihre Dienste einstellen, verliert die
Forschung leistungsstarke Datenzugänge und
spezifische Werkzeuge zur effizienten Verar-
beitung von Erdbeobachtungsdaten. Zudem
können Forschungseinrichtungen in dieser
Konstellation ihr geistiges Eigentum kaum
schützen: Ihre Algorithmen zur Datenanalyse
liegen auf den Servern der Cloud-Anbieter.
• Um konkrete und effektive Lösungen für
Stadtentwickler und Entscheidungsträger
anbieten zu können, ist es oftmals notwendig,
die Satelliteninformationen mit Daten der
öffentlichen Verwaltung zu kombinieren und
auszuwerten. Der Zugang gestaltet sich auf-
grund regulatorischer Hürden bei der Daten-
speicherung allerdings schwierig. Es mangelt
zudem an geeigneten Schnittstellen.
Schnittstelle zur
öffentlichen Verwaltung
Aggregation frei verfügbarer
Satellitendaten
Analyse globaler Geodaten
zur Städteplanung der Zukunft
Space4Cities
Abbildung 11: Bedarfsbeispiel: Space4Cities
Quelle: DFD, DLR
J: Mit Big Data aus dem All die zukunftsfähige Stadt gestalten
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X38
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt kann das Problem der notwendigen
Datenspeicherkapazitäten nicht lösen, jedoch
das Verknüpfen unterschiedlicher Cloud-Teil-
nehmer innerhalb eines gemeinsamen Öko-
systems unterstützen, in dem ein sicherer und
standardisierter Austausch von (europäischen)
Daten, Algorithmen, Funktionalitäten und
Ergebnissen stattfinden kann.
• Der eigentliche Mehrwert liegt in der synergis-
tischen Auswertung von Datenbeständen aus
der Erdbeobachtung und der öffentlichen Ver-
waltung, um Datensilos aufzubrechen und maß-
geschneiderte Informationen für die Stadtent-
wicklung und/oder für neue digitale Produkte
und Geschäftsmodelle (z. B. im Bereich der
Sharing Economy oder des öffentlichen Perso-
nennahverkehrs) DSGVO-konform anzubieten.
Dies trägt zu nachhaltigen Lösungen für die
künftige Stadtbevölkerung bei.
• Idealerweise könnten aus dem Ökosystem her-
aus Alternativen erwachsen, die eine Daten-
speicherung auch bei europäischen Anbietern
ermöglichen, um damit einen redundanten
Zugriff auf besonders relevante Forschungs­
daten zu gewährleisten. Dies könnte zudem
das Risiko des Verlusts von geistigem Eigen-
tum reduzieren.
Paten
Dr. Thomas Esch und Julian Zeidler –
Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum (DFD)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
(DLR)
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 39
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Die biomedizinische Forschung hat sich zu
einer datenintensiven Wissenschaft entwickelt:
Die Genomsequenzierung generiert in weni-
gen Tagen Projektdaten im Terabyte-Bereich.
• Die Forschung ist auf eine technische Infra-
struktur angewiesen, die sowohl das sichere
Speichern großer Datenmengen ermöglicht,
als auch eine leistungsfähige Rechnerarchitek-
tur für die aufwendige Analyse von Daten im
Petabyte-Bereich zur Verfügung stellt.
• Um die Entstehung von Krebs in Zukunft bes-
ser vorhersagen und die Entwicklung neuer
Behandlungsmethoden datenbasiert unter-
stützen zu können, bauen das Deutsche Krebs-
forschungsinstitut in Heidelberg und das Ber-
lin Institute of Health/Charité derzeit eine
Cloud-Plattform zur Speicherung und Analyse
von Genomdaten auf.
• Diese Forschungsplattform greift dabei auf die
vom Bundesministerium für Bildung und For-
schung geförderte Cloud der deutschen natio-
nalen Bioinformatikinitiative (de.NBI) zurück.
Die de.NBI-Cloud bietet eine föderierte und
akademische Infrastruktur für deutsche
Lebenswissenschaftler.
• Eine Herausforderung wird darin bestehen, die
Plattform an weitere Forschungs- bzw.
Gesundheitsdomänen über Cloud- und Edge-
Technologien anzubinden und das Projekt in
internationale Vorhaben zu integrieren.
K: Den Krebs besiegen – eine Forschungscloud für Genomdaten
Genomik-Cloud
Genom
Plattform 1
Genom
Plattform 2Geo-Redundanz
Analyse-
ergebnisse
Genomischer Datenpool
Goldstandard-Analysen
GAIA-X-Knoten
de.NBI cloud
Weitere
GAIA-X-Knoten
Föderierte Cloud an
sechs Standorten
Abbildung 12: Bedarfsbeispiel: Eine Forschungscloud für Genomdaten
Quelle: Berlin Institute of Health, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Deutsches Krebsforschungszentrum
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X40
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt ermöglicht einen sicheren und
DSGVO-konformen Zugang zu Daten ver-
schiedener Akteure im Gesundheitswesen
durch zentralisierte Überprüfungen der ent-
sprechenden GAIA-X-Knoten.
• Die Möglichkeit zur Integration von Anbietern
leistungsstarker (Infrastruktur-)Komponenten
und performanter Berechnungs- und Analyse-
funktionen in das GAIA-X-Netzwerk sowie
deren Erreichbarkeit für verschiedene Anwen-
der versprechen Zeit-, Kosten- und Effizienz-
vorteile durch die Nutzung von Skalierungs­
effekten.
• Die Offenheit und die sich daraus ergebende
Flexibilität ermöglichen die Anbindung exis-
tierender (Daten-)Plattformen an weitere For-
schungs- und Gesundheitsdomänen und inter­
nationale Initiativen. So ist zum Beispiel auch
ein einfacherer Zugang zur und eine stärkere
Nutzung der de.NBI-Cloud möglich, etwa auch
im Zusammenhang mit künftigen Förderpro-
jekten, die auf der GAIA-X-Architektur auf­­
setzen.
• Durch die Möglichkeit zur Integration von
Daten über einzelne Domänen hinweg (z. B.
Bilddaten, klinische Informationen) bietet das
GAIA-X-Netzwerk das Potenzial zur Realisie-
rung von komplexeren integrativen Analysen
innerhalb der personalisierten Medizin zum
Wohle der Patientinnen und Patienten.
Paten
Christian Lawerenz, Prof. Dr. Roland Eils
und Jürgen Eils –
Berlin Institute of Health und Charité –
Universitäts­medizin Berlin 	
Peter Lichter und Ivo Buchhalter –
Deutsches Krebsforschungszentrum
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 41
Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen
• Durch die fortschreitende Digitalisierung in
allen Bereichen erhöht sich die Verfügbarkeit
von Daten dramatisch. Die Analyse dieser
Daten mit Hilfe von (u. a.) KI und Simulatio-
nen ermöglicht z. B. die Darstellung von
Klima- oder Verkehrsmodellen oder auch
anderer Szenarien mit hoher Komplexität und
hohem Datenvolumen wie im Finanz- (z. B.
Entdeckung von Betrugsszenarien), Gesund-
heits- (Genom-Analyse) oder Industriesektor
(Optimierung von Lieferketten).
• Zur Durchführung dieser Berechnungen wer-
den kurzfristig sehr hohe Rechenleistungen
benötigt, wie sie „High Performance Compu-
ter“ (HPC) zur Verfügung stellen. Eine – sich
entwickelnde – Technologie ist hierbei das
Quantum Computing (momentan: Quantum-
Simulatoren), welches für bestimmte Problem-
stellungen eine Vervielfachung der Leistung
verspricht.
• Während die HPC und Quantencomputer in
vielen Bereichen neue Möglichkeiten eröffnen,
ist es für viele potenzielle Anwender nicht
möglich, in entsprechende Systeme zu inves-
tieren – da diese nur teilweise ausgelastet
wären und durch die schnellen Innovationszy-
klen nur eine geringe Nutzungsdauer haben.
• Denkbar wäre jedoch eine gemeinsame Nut-
zung durch verschiedene Anwender über ein
Infrastruktur- und Service-Modell, das ein
hohes Maß an (Daten-)Sicherheit garantiert
und den Zu- bzw. Abfluss der notwendigen
Daten sowie eine Trennung von anderen
Diensten steuert. Erste Ansätze solcher „Sha-
ring-Modelle“ gibt es in der Forschung
(geteilte „Supercomputer“), allerdings sind
diese Kapazitäten etwa für Anwender aus der
Industrie nur schwer zugänglich und es exis-
tiert kein kommerzielles Betriebsmodell.
HPC
as a Service
Start-ups  KMU Forschung Temporäre Anwender
Abbildung 13: Bedarfsbeispiel: High Performance und Quantum Computing „as a Service“
Quelle: ATOS
L: Datenbasierte Innovation: High Performance und
Quantum Computing „as a Service“
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X42
Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“?
• Das Projekt kann einen breiten Zugang zu
HPC- und Quanten-Fähigkeiten „as a Service“
bieten. Damit können auch weitere (außerhalb
der öffentlichen Forschung operierende)
Anwender HPC für KI, Modellierung und
Simulationen verwenden und die Ergebnisse
sicher speichern. Updates und Wartung wer-
den vom Anbieter übernommen.
• Aufgrund zunehmender Nutzung können
HPC-Services kostengünstiger angeboten wer-
den, weil die mengen­mäßige Auslastung steigt
und die Deckungsbeiträge stärker über die
Menge erzielt werden können.
• Das Projekt kann als Basis für branchenüber-
greifende und abgesicherte Datenmarktplätze
eine ideale Umgebung zum Betrieb von HPC
schaffen, in der Anwender jederzeit die Souve-
ränität über ihre Daten behalten.
Pate
Klaus Ottradovetz – Atos
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 43
3.4 Mehrwert aus Anbieterperspektive
Das „Projekt GAIA-X“ stärkt mit seiner vernetz-
ten Dateninfrastruktur die Chancen deutscher
und europäischer Anbieter, ihre Cloud- und
Rechenzentrumsangebote weiterzuentwickeln,
auszubauen und zu skalieren. Die verbesserten
Möglichkeiten, marktgerechte, innovative und
maßgeschneiderte Angebote auf den Markt zu
bringen, werden die Investitionstätigkeit erhö-
hen. Europäische Anbieter werden von dem pro-
gnostizierten Marktwachstum profitieren.
Grundlage hierfür ist die Etablierung eines stan-
dardisierten Datenaustauschs zwischen verschie-
denen Sicherheitsdomänen und die Datenhoheit
über eigene Systemgrenzen hinaus. Die modu-
lare Integration von Angeboten und Dienstleis-
tungen, die flexible Nutzung der Infrastrukturen
sowie die Möglichkeit, Funktionen zu den Daten
in unterschiedlichen Domänen zu bringen,
begünstigen die Entstehung neuer, innovativer
Produkte und Dienstleistungen. Europäische
Start-ups und andere Unternehmen werden in
diesem Ökosystem neue Aktivitäten entfalten
können. Durch den Open-Source-Charakter wie
dem offenen Zugang für Kleinstanbieter können
sich auch Nischenprodukte und -dienstleistun-
gen etablieren.
Mit dem Projekt werden einzelne Angebote
zusammen in eine homogene Struktur über-
führt. Die unterschiedlichen Angebote gewinnen
am Markt an Sichtbarkeit und können sich
damit auch besser mit ihren Stärken im Wettbe-
werb profilieren.
Auf den drei Ebenen der Wertschöpfungskette
gibt es insbesondere folgende Anbieterkategorien:
• Infrastruktur: Rechenzentren, Edge-Rechen-
zentren, Internet Service Provider, Software-
defined Wide Area Network (SD-WAN), Internet-
Knoten und Interconnection sowie Carrier,
• Cloud- und IT-Systeme: Cloud-Anbieter,
Hoster, Managed Service Provider (MSP),
• Services und Plattformen: Plattformanbieter,
IDS, AI as a Service, Systemintegratoren.
Die vernetzte Dateninfrastruktur ermöglicht auf
allen drei Ebenen die Entstehung erheblicher
Synergieeffekte. Die dezentralen Strukturen mit
qualitätsgesicherten Verbindungswegen und
Mechanismen zur Einbindung und Vernetzung
von Industrie- und Dienstleistungsstandorten
sind hierbei entscheidende Faktoren. Innovative,
skalierbare und am Bedarf der europäischen
Wirtschaft und Industrie ausgerichtete Service-
angebote „made in Europe“ werden entstehen.
Der offene Charakter der vernetzten Dateninfra-
struktur bietet zugleich Zugang auch für
Nischenanbieter. Folgende Vorteile können
Anbieter realisieren:
• durch größere Reichweite neue Kundengrup-
pen gewinnen,
• ihr Umsatzpotenzial durch den Aufbau eines
Partnernetzwerks, durch strategische Positio-
nierung und Marketing sowie Erweiterung
ihres Serviceportfolios mit neuen innovativen
Angeboten erhöhen,
• ihre Kosteneffizienz durch gemeinsame Nut-
zung der vernetzten Infrastruktur verbessern
und
• ihre Prozesse bei der Abwicklung von Aufträgen
mit GAIA-X-Services verbessern.
3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X44
Das vorliegende „Projekt GAIA-X“ wurde von den
im Anhang genannten Ministerien, Unternehmen
und Institutionen ausgearbeitet und hat hierbei
breite Zustimmung gefunden. Wir sind überzeugt:
Unser „Projekt GAIA-X“ bietet die richtigen Ant-
worten auf die Herausforderungen der neuen
globalen Datenökonomie. Diese Offenheit für
neue, forschungsintensive und risikobehaftete
Konzepte ist ein wesentlicher Beitrag für die
künftige Wettbewerbsfähigkeit unseres Modells.
Unser Ziel ist es, für Europa, seine Staaten, seine
Unternehmen und seine Bürgerinnen und Bürger
die nächste Generation einer europäischen Daten­
infrastruktur zu entwickeln. Wir verstehen die
vernetzte Dateninfrastruktur daher als Wiege
eines offenen und transparenten digitalen Öko-
systems, in dem Daten und Dienste verfügbar
gemacht, zusammengeführt und vertrauensvoll
geteilt werden können.
In den vergangenen Monaten haben wir das
Projekt gemeinsam gesteuert und in drei ein-
zelnen Workstreams vorangetrieben. Die
Anwenderperspektive und Anwendungsfälle
des Workstream 1 finden sich vorwiegend im
Kapitel 4 dieses Dokumentes. Die Ausgestal-
tung der technischen Grundlagen wurde maß-
geblich in Workstream 2 bearbeitet, sie hat
ebenfalls Eingang in Kapitel 4 gefunden. Die
Themen und die Organisationsstruktur finden
sich zudem im Anhang. Aus Workstream 3
wurde die Kommunikation und Verzahnung des
Projektes mit europäischen Partnern und der
Europäischen Kommission geleistet, zudem
wurde hier der Organisationsvorschlag zur
Umsetzung des Projektes erarbeitet.
4. Ausblick
45
Wir wollen das Projekt nun in feste Strukturen
überführen. Gemeinsam laden wir interessierte
europäische Partner zur Teilnahme an und Fort­
entwicklung des Projektes bzw. zu dessen Flankie-
rung ein. Gleiches gilt für diejenigen internatio-
nalen Partner, die unsere Ziele Datensouveränität
und Datenverfügbarkeit teilen. Um dies zu errei-
chen, streben wir eine Verstetigung des „Projektes
GAIA-X“ in Form einer Organisation mit Rechts-
fähigkeit an, deren Ziel die Förderung und Um­­
setzung einer europäischen Dateninfrastruktur
ist. Diese Organisation wird insbesondere die Er­­
arbeitung der Referenzarchitektur der vernetzten
Dateninfrastruktur vorantreiben sowie für die
Festlegung und Spezifizierung der technischen
Anforderungen und des Regelwerks der Datenin-
frastruktur verantwortlich sein. Auch über den
künftigen Namen der Organisation, der Daten­
infrastruktur und deren Produkte sollen die
Gründungspartner entscheiden.
Folgende Kriterien müssen dabei insbesondere
erfüllt sein: Im Einklang mit den Zielen muss die
Organisation für Partner aus vielen verschiedenen
Ländern attraktiv und offen sein. Ihre Arbeits-
weise muss effizient und transparent sein. Ihre
Aufgaben sind, eine Referenzarchitektur zu ent-
wickeln, Standards zu definieren sowie Kriterien
für Zertifizierungen und Gütesiegel vorzugeben.
Die Organisation muss wirtschaftlich arbeiten
können und ein tragfähiges Geschäftsmodell
implementieren. Dazu muss sie auch Unterorga-
nisationen für bestimmte Geschäftszwecke grün-
den können.
Eine Möglichkeit wäre die Gründung einer Euro-
päischen Genossenschaft (SCE), an der sich inte­
ressierte Partner beteiligen und einbringen
können. Im Sinne der das Projekt prägenden
Offenheit und Anschlussfähigkeit laden wir inte-
ressierte europäische Partner, gerade aus Frank-
reich, ein, in den kommenden Wochen auf dieser
Basis mit uns weiterzudenken. Die Gründung
soll möglichst zügig (Frühjahr 2020) erfolgen. Die
Zusammenarbeit der Teilnehmer in der Organi-
sation und auf der Infrastruktur bedarf eines
Governance-Modells. Wir werden die dazu nöti-
gen Abstimmungen und Konzeptualisierungen
vorantreiben.
Die erste Validierung der technischen Umset-
zung auf Basis der Anwendungsgebiete erfolgte
bereits. Wir werden die technische Umsetzung
kraftvoll vorantreiben und schnellstmöglich
erste Anwendungsfälle umsetzen. Neben der
Gründung planen wir die zügige Fertigstellung
eines ersten Tests des technischen Konzepts im
zweiten Quartal 2020 („Proof of Concept“) sowie
den Start des Livebetriebs zum Ende des Jahres
2020 mit den ersten Anbietern und Anwendern.
4. AUSBLICK46
Weitere Hintergrundmaterialien und Informa­
tionen zum „Projekt GAIA-X“ sind auf der Home-
page www.daten-infrastruktur.de verfügbar.
Unter­nehmen und Organisationen, die sich für
die Mitwirkung am Projekt interessieren, können
auch direkt über data-infrastructure@bmwi.
bund.de mit den Verantwortlichen in Kontakt
treten.
5. Anlagen
Technologie-Board
Der Workstream erarbeitet die technologischen Grundlagen für eine digitale
Infrastruktur hinsichtlich der Softwareinfrastruktur, Netze sowie perspektivisch
Hardware. Das Board erarbeitet dabei Grundüberzeugungen als Leitplanken und
berücksichtigt die in WS1 und WS3 erarbeiteten Rahmenbedingungen zur Formulie-
rung eines technischen Lösungskonzepts.
CTO Office
Die Cloud-Architektur-Experten im CTO Office
valideren die Ergebnisse aus den AGs. Sie definieren
und delegieren neue Aufgaben an die AGs.
AG 1 – Software  Architektur
Die AG definiert die technischen Anforderungen und die daraus resultierende
funktionale Architektur sowie Schnittstellen. Daraus werden ebenso die spezifischen
Sicherheitsanforderungen ausgearbeitet. Ziel ist die Erarbeitung eines generellen
Architekturkonzeptes für die benötigte Softwareinfrastruktur.
AG 6 – Testimplementierung
Die AG testet die erarbeitete
Architektur mit den Anforderungen
aus einem Use-Case in einer
Testumgebung. Themenspektren
der Prototypen:
1.) Datenablage
Dropbox-ähnliches System für
Dateiablage und -austausch
Ziel: erste Evaluierung der Gesamt-
architektur bei überschaubarem
Funktionsumfang. Erster Test von
Berechtigungs- und Sicherheits-
mechanismen.
2.) Edge Cloud
Industrie-Szenario mit Edge-
Rechenzentrum und Maschinendaten
Ziel: erste Evaluierung des Zusammen-
spiels von Cloud und Edge, Test der
Echtzeitfähigkeit, ggf. Zusammenspiel
mit 5G (Campus-Netz).
3.) Machine Learning
High-Performance-Szenario mit
Machine Learning und Big Data Case
Ziel: Evaluierung eines größeren
Cloud-Szenarios, mit hohen
Anforderungen an Datenvolumen,
Datentransfer und Rechenleistung.
AG 2 – Operational Technology
Die AG definiert das notwendige Rechenzentrum-Backend (Hardware, RZ, Netzwerk)
und erarbeitet Themen im Bereich Kühlung  Energie und definiert die Anforderungen
an die Rechenzentrumssicherheit.
AG 3 – Storage Compute  Netz
Die AG definiert Anforderungen für einen Knoten im Bereich der Netzwerktechnologie
und der Hardwaresicherheit.
AG 4 – Zertifizierung  Lizenzierung
Die AG validiert die notwendigen Open-Source-Komponenten und die Eigenschaften
des aufzubauenden Repository und definiert die Bausteine für ein Zertifizierungs- und
Lizenzierungssystem.
AG 5 – Product Board
Aus einer Kundenperspektive definiert die AG die Anforderungen an eine Selbst-
beschreibung der Knoten und erarbeitet die domänespezifischen Servicebausteine.
Abbildung 14: Arbeitsstruktur Technologie
Quelle: BMWi
47
Die Grundlage für den Aufbau einer vernetzten Dateninfrastruktur auf Basis europäischer Werte
wurde auf Initiative der Plattform Industrie 4.0 und im Auftrag folgender Personen erarbeitet:
• Peter Altmaier (Bundesminister für Wirtschaft und Energie)
• Dr. Roland Busch (Siemens AG)
• Jörg Hofmann (IG Metall)
• Prof. Dr. Henning Kagermann (Global Representative and Advisor Plattform Industrie 4.0)
• Anja Karliczek (Bundesministerin für Bildung und Forschung)
• Prof. Dieter Kempf (Bundesverband der Deutschen Industrie e. V.)
• Christian Klein (SAP SE)
• Bernd Leukert (Deutsche Bank AG)
• Prof. Dr. Friedhelm Loh (Friedhelm Loh Stiftung  Co. KG/German Edge Cloud)
• Dr. Frank Melzer (Festo AG  Co. KG)
• Rolf Najork (Robert Bosch GmbH)
• Claudia Nemat (Deutsche Telekom AG)
• Prof. Dr.-Ing. Reimund Neugebauer (Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der
angewandten Forschung e. V.)
• Henrik A. Schunk (SCHUNK GmbH  Co. KG. Spann- und Greiftechnik)
• Karl-Heinz Streibich (acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.)
6. Mitwirkende Personen
48
Die Konzeption und Ausarbeitung dieses Dokuments erfolgten in enger Kooperation durch:
• Dr. Maximilian Ahrens (Deutsche Telekom AG)
• Fabian Biegel (SAP SE)
• Marco-Alexander Breit (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie)
• Dr. Andreas Fier (Deutsche Telekom AG)
• Michael Jochem (Robert Bosch GmbH)
• Mirco Kaesberg (Robert Bosch GmbH)
• Dr.-Ing. Fabian Kohler (Bundesministerium für Bildung und Forschung)
• Dr. Thomas Lange (acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.)
• Prof. Dr. Boris Otto (Fraunhofer-Institut für Software und Systemtechnik)
• Dr. Carsten Polenz (SAP SE)
• Prof. Dr. Peter Post (Festo AG  Co. KG)
• Dr. Sebastian Ritz (German Edge Cloud, ein Friedhelm Loh Group Unternehmen)
• Ernst Stöckl-Pukall (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie)
• Harald A. Summa (DE-CIX Group AG)
• Dr. Herbert Zeisel (Bundesministerium für Bildung und Forschung)
496. MITWIRKENDE PERSONEN
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Das projekt-gaia-x

  • 1. VERNETZTE DATEN INFRASTRUKTUR Das Projekt GAIA-X Eine vernetzte Dateninfrastruktur als Wiege eines vitalen, europäischen Ökosystems
  • 2. Impressum Herausgeber Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Öffentlichkeitsarbeit 11019 Berlin www.bmwi.de Stand Oktober 2019 Gestaltung PRpetuum GmbH, 80801 München Bildnachweis gettyimages Alistair Berg / S. 23 ANDRZEJ WOJCICKI/SCIENCE PHOTO LIBRARY / S. 10 Busakorn Pongparnit / S. 16 Caiaimage / Agnieszka Olek / S. 29 Caiaimage / Robert Daly / S. 7 Erik Isakson / S. 43 Monty Rakusen / S. 19, S. 21 MR.Cole_Photographer / S. 4 powerofforever / S. 33 Qi Yang / S. 45 svetikd / S. 31 VICTOR HABBICK VISIONS / S. 39 Westend61 / S. 25 Wutthichai Luemuang / EyeEm / S. 37 Yuichiro Chino / S. 35, S. 41 Diese und weitere Broschüren erhalten Sie bei: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Referat Öffentlichkeitsarbeit E-Mail: publikationen@bundesregierung.de www.bmwi.de Zentraler Bestellservice: Telefon: 030 182722721 Bestellfax: 030 18102722721 Diese Publikation wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit herausgegeben. Die Publi­ kation wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern oder Wahlhelfern während eines Wahlkampfes zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Dies gilt für Bundestags-, Landtags- und Kommunalwahlen sowie für Wahlen zum Europäischen Parlament.
  • 3. Inhalt 1. Präambel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2. Aktuelle Situation und Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1 Trend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Unsere Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.1 Wir streben Datensouveränität an . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.2 Wir wollen Abhängigkeiten reduzieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.3 Wir wollen Cloud-Dienste in der Breite attraktiv machen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.4 Wir schaffen ein Ökosystem für Innovation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3. Lösungsansatz GAIA-X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1 Zielbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2 Lösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3 Das „Projekt GAIA-X“ aus Anwender­perspektive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.3.1 Bedarfsbeispiele aus Anwendersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.3.1.1 Industrie 4.0/KMU, Smart Living und Finanzwirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.3.1.2 Gesundheitswesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.3.1.3 Öffentliche Verwaltung und Wissenschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.4 Mehrwert aus Anbieterperspektive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4. Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5. Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 6. Mitwirkende Personen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
  • 4. Wir, Vertreter der deutschen Bundesregierung, Wirtschaft und Wissenschaft, streben eine leis- tungs- und wettbewerbsfähige, sichere und ver- trauenswürdige Dateninfrastruktur für Europa an. Dazu haben wir unter dem vorläufigen Pro- jektnamen GAIA-X die Grundlagen für den Auf- bau einer vernetzten, offenen Dateninfrastruktur auf Basis europäischer Werte erarbeitet. Das Pro- jekt dient dem Ziel, 1. die technische und wirtschaftliche Konzeption einer solchen Infrastruktur zu konkretisieren, 2. auf dieser Basis ein gemeinsames Ökosystem von Anwendern und Anbietern aus Organisa- tionen der öffentlichen Verwaltung, des Gesundheitswesens, Unternehmen und wis- senschaftlichen Einrichtungen zu schaffen, 3. sowie unterstützende Rahmenbedingungen und Strukturen zu etablieren. Wir verstehen das „Projekt GAIA-X“ als Wiege eines offenen digitalen Ökosystems, in dem Daten sicher und vertrauensvoll verfügbar gemacht, zusammengeführt und geteilt werden können. Unser Ziel ist es, gemeinsam mit weite- ren europäischen Ländern für Europa, seine Staaten, seine Unternehmen und seine Bürgerin- nen und Bürger die nächste Generation einer vernetzten Dateninfrastruktur zu schaffen, die den höchsten Ansprüchen an digitale Souveräni- tät genügt und Innovationen fördert. Ausgehend von den europäischen Werten orientieren wir uns an diesen Leitprinzipien: 1. Europäischer Datenschutz 2. Offenheit und Transparenz 3. Authentizität und Vertrauen 4. Souveränität und Selbstbestimmtheit 5. Freier Marktzugang und europäische Wertschöpfung 6. Modularität und Interoperabilität 7. Nutzerfreundlichkeit Wirtschaft, Wissenschaft und Politik sind ent- schlossen, gemeinsam die Voraussetzungen für eine zukunftsorientierte und innovative Daten- ökonomie in Deutschland und Europa zu schaf- fen. Wirtschaft und Gesellschaft erwarten zu Recht, dass die digitale Infrastruktur ein hohes Maß an Sicherheit und Verfügbarkeit aufweist. Unter Dateninfrastruktur verstehen wir eine vernetzte technische Infrastruktur aus Kompo- nenten und Diensten, die den Zugang zu Daten sowie deren Speicherung, Austausch und Nut- zung gemäß vordefinierten Regeln ermöglicht. Unter einem digitalen Ökosystem verstehen wir das Netzwerk aus Entwicklern, Anbietern und Anwendern digitaler Produkte und Services in Verbindung mit Transparenz, breitem Zugang und vitalem Austausch. Es stellt somit eine ent- scheidende Grundlage für europäisches Wachs- tum, digitale Innovationen und neue Geschäftsmodelle dar. 1. Präambel 2
  • 5. Wir setzen auf bewährte Stärken Europas. Dazu zählen unter anderem die Vielfalt der Angebote sowie starke mittelständische und dezentrale Strukturen. Auf diese Weise verknüpfen wir die zahlreichen über Europa verteilten Investitionen in digitale Technologien und lassen sie stärkere Wirkung entfalten. Das „Projekt GAIA-X“ sieht die Vernetzung dezentraler Infrastrukturdienste, insb. Cloud- und Edge-Instanzen, zu einem homogenen, nut- zerfreundlichen System vor. Die daraus entste- hende vernetzte Form der Dateninfrastruktur stärkt sowohl die digitale Souveränität der Nach- frager von Cloud-Dienstleistungen als auch die Skalierungsfähigkeit und Wettbewerbsposition europäischer Cloud-Anbieter. Die Offenheit für nationale und europäische Ini- tiativen mit ähnlicher Zielrichtung gibt dem Pro- jekt ein entscheidendes Momentum für eine gemeinsame europäische Lösung. Aufbauend auf existierenden Lösungen und deren Weiterent- wicklung wollen wir aus Europa heraus wettbe- werbsfähige Angebote für die Welt entwickeln. Die Mitwirkung steht auch Marktteilnehmern außerhalb Europas offen, die unsere Ziele der Datensouveränität und Datenverfügbarkeit teilen. Die vernetzte Dateninfrastruktur ist auf die Bedürfnisse sowohl der Anbieter als auch der Anwender zugeschnitten: Sie stärkt die Transpa- renz und Sichtbarkeit auf Anbieterseite, treibt Innovationen im Bereich der Datenökonomie voran, umfasst ein klares Bekenntnis zur Inter­ operabilität der Angebote und verknüpft Unter- nehmen jeder Größe – vom Industriekonzern über Mittelständler bis hin zu Start-ups. Zur Umsetzung der vernetzten Dateninfrastruk- tur erachten wir eine zentrale, europäisch getra- gene Organisation für notwendig. Sie soll aus wirtschaftlicher, organisatorischer und techni- scher Sicht die Basis für eine vernetzte Daten­ infrastruktur sein. Ihre Aufgabe wird sein, eine Referenzarchitektur zu entwickeln, Standards zu definieren sowie Kriterien für Zertifizierungen und Gütesiegel vorzugeben. Sie soll ein neutraler Mittler und Kern des europäischen Ökosystems sein. Wir ermöglichen mit diesem Konzept einer ver- netzten Dateninfrastruktur, dass sich Europa mit einem vitalen Ökosystem in der Datenökonomie entfalten kann. Wir streben ein Ökosystem an, das Wirtschaft, Wissenschaft, Staat und Gesell- schaft gleichermaßen Souveränität und Nutzen bietet. 1. PRÄAMBEL 3
  • 6. 2. Aktuelle Situation und Motivation 4
  • 7. 2.1 Trend Die fortschreitende Digitalisierung erzeugt stetig steigende Datenmengen, deren Nutzung erheb­ liche gesellschaftliche und ökonomische Potenziale bietet. Als Gesellschaft profitieren wir beispiels- weise von Verbesserungen im Gesundheitswesen, bei der zielgerichteten Verteilung knapper Güter und durch mehr Ressourceneffizienz. Zu den wirt­schaftlichen Vorteilen zählen Produktivitäts- steigerungen, Prozessoptimierungen oder Inno- vationen in Form von neuen Produkten und Diensten. Die Verknüpfung verschiedener Daten- quellen und deren Analyse eröffnen zusätzliche Wertschöpfungsmöglichkeiten gerade dank der Methoden und Verfahren Künstlicher Intelli- genz (KI). Die zentrale Sammlung und Analyse viele dieser Daten in der Cloud kennzeichnen eine höhere Wertschöpfungsstufe der Digitalisierung („As a Service“-Modell), insbesondere im Konsumenten- bereich. Diese Entwicklung erklärt, warum die schnell skalierenden Cloud-Angebote aus dem Markt großer Webanbieter heraus entstanden sind. Die existierenden Cloud-Angebote werden von außereuropäischen Anbietern mit hoher Marktmacht und schnell ska­lierenden Cloud- Infrastrukturen dominiert. Europäische Alterna- tiven bieten keine vergleichbare Marktkapitali- sierung, Skalierbarkeit und Anwendungsbreite und sind allenfalls in fachspezifischen Nischen aktiv. Unter Cloud Computing verstehen wir das dynamisch an den Bedarf angepasste Anbieten, Nutzen und Abrechnen von IT-Dienstleistun- gen über ein Netz (analog der Definition des Bundesamtes für Sicherheit in der Informati- onstechnik, BSI1). Die Spannbreite der im Rah- men von Cloud Computing angebotenen Dienstleistungen umfasst das komplette Spekt- rum der Informationstechnik und beinhaltet unter anderem Infrastruktur (z. B. Rechenleis- tung, Speicherplatz), Plattformen und Software. Dank der Nutzung von Cloud-Diensten, die nur im Bedarfsfall zur weiteren Bearbeitung auf die Endgeräte des Kunden geladen werden, redu- zieren sich bei diesem die Kosten von Investiti- onen, Bereitstellung, Betrieb und Abrechnung dieser Dienste. Angebot und Nutzung von Cloud-Diensten erfolgen dabei ausschließlich durch technische Schnittstellen und Protokolle. Jetzt zeichnet sich ein Paradigmenwechsel in der Cloud-Nutzung ab: Im Internet der Dinge (Inter- net of Things: IoT) fallen enorme Datenmengen dezentral an (z. B. an einem Sensor oder einem Wearable). Auch die steigende Leistungsfähigkeit mobiler Endgeräte befördert diesen Trend. Aufgrund von Echtzeitanforderungen oder aus Gründen des Schutzes des geistigen Eigentums (Intellectual Property, IP) oder des Datenschutzes müssen diese oft auch dezentral verarbeitet wer- den. In diesen Szenarien kommen sogenannte Edge-/Cloud-Lösungen zum Einsatz. 1 Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, „Cloud Computing Grundlagen“, unter: https://www.bsi. bund.de/DE/Themen/DigitaleGesellschaft/CloudComputing/Grundlagen/Grundlagen_node.html (abgerufen am 14.10.2019). 2. AKTUELLE SITUATION UND MOTIVATION 5
  • 8. Unter Edge verstehen wir ein dezentrales Datenarchitekturprinzip. Beim Edge Computing werden Daten nicht allein in einer Cloud, son- dern weltweit dort verarbeitet, wo sie anfallen, d. h. nahe an den Produktionsprozessen – auch mit Cloud-Technologien. Von großer Relevanz ist das für Echtzeitanwendungen, bei denen es auf wenige Millisekunden Reaktionszeit (Laten- zen) ankommt und damit eine Verarbeitung in der Cloud zeitlich nicht möglich ist. Eine anschließende Weiterverarbeitung in der Cloud wird durch diesen Ansatz gewährleistet und sollte möglich sein. Gleichzeitig sind Unternehmen oder Organisati- onen in komplexe Wertschöpfungsnetze einge- bunden. Die digitale Transformation stellt sie vor eine doppelte Integrationsaufgabe: Sie müssen das Zusammenspiel von Edge- und Cloud-Lösungen orchestrieren und über Unternehmensgrenzen hinweg lösen. Im Bereich Industrie 4.0 wird dieser Wandel be­­ sonders deutlich: In der Produktion erzeugen unzählige Maschinen mit ihren Sensoren riesige Datenmengen, die von unterschiedlichen Her- stellern verwaltet werden. Aufgrund der technisch benötigten Nähe zur Produktion werden diese Daten in Edge-Rechenzentren verarbeitet. Zur Analyse müssen die Daten der unterschiedlichen Maschinen nicht nur verbunden, sondern auch mit Geschäftsdaten in Verbindung gebracht wer- den. Am Ende dieses Prozesses stehen Effizienz- gewinne, Produktionsverbesserungen und zusätzliche Wertschöpfung. Wenn wir diese Vor- teile stärker nutzen wollen, müssen wir aus ver- teilten Massenrohdaten verwertbare, datenba- sierte und domänenspezifische Datenpools generieren. Diese Pools sind die Grundlage für innovative Geschäftsmodelle über Unternehmens- grenzen hinweg. Sie sichern damit unsere Zukunfts- fähigkeit und Wertschöpfung in Industrien, in denen Deutschland und Europa heute Weltspitze sind. Bislang existieren für diese Herausforderungen bestenfalls Einzelprojektlösungen bzw. bilaterale Lösungen. Die im Projekt erarbeitete vernetzte Dateninfrastruktur verknüpft bestehende und neu hinzukommende Edge- und Cloud-Lösun- gen. Kombiniertes Edge und Cloud Computing verbindet die Vorteile sowohl dezentraler als auch zentraler Datenarchitekturen, indem – je nach Anwendungsfall und erforderlichen Verarbeitungs- zeiten – Datenverarbeitung, Datenhaltung und Datenanalyse zwischen lokalen Edge- und zent- ralen Cloud-Diensten verteilt und koordiniert werden. Es entsteht eine vernetzte Dateninfra- struktur mit breiter Datenverfügbarkeit und Berücksichtigung der gegebenen Erfordernisse. 2.2 Unsere Ziele 2.2.1 Wir streben Datensouveränität an Europa steht vor der Herausforderung, sein libe- rales und soziales Wirtschafts- und Gesellschafts- modell gegen zunehmende Abhängigkeiten von kritischen Digitaltechnologien (zum Beispiel zur Erhebung, zum Austausch, zur Speicherung und zur Analyse von Daten) und Oligopoltendenzen in der Plattformökonomie zu erhalten und im internationalen Wettbewerb zu positionieren. Internationale Spannungen, Handelskonflikte und die digitale Zweiteilung verschärfen das Pro- blem. Diese Diskussion spiegelt sich auch auf europäischer Ebene wider. Wir müssen unsere strategische Handlungsfähigkeit erhalten, um auf Dauer digital frei und selbstbestimmt agieren zu können. Wir müssen dafür auch im Bereich der Daten digital souverän sein. 2. AKTUELLE SITUATION UND MOTIVATION6
  • 9. Unter digitaler Souveränität verstehen wir, im Einklang mit der Begriffsbestimmung der Fokusgruppe „Digitale Souveränität in einer vernetzten Wirtschaft“ des Digital-Gipfels, die „Möglichkeit zur unabhängigen Selbstbestim- mung von Staat und Organisationen“ in Bezug auf die „Nutzung und Gestaltung digitaler Sys- teme selbst, der darin erzeugten und gespei- cherten Daten sowie der damit abgebildeten Prozesse“. Mit unserem Projekt adressieren wir vornehmlich den in dieser Begriffsbestimmung enthaltenen Aspekt der Souveränität über Daten, d. h. die „vollständige Kontrolle über gespeicherte und verarbeitete Daten sowie die unabhängige Entscheidung darüber, wer darauf zugreifen darf“.2 Wir streben eine Dateninfrastruktur an, die den freiheitlichen Werten und der Selbstbestimmung aller europäischen Bürgerinnen und Bürger und der Unternehmen gerecht wird und so ihre Daten- souveränität gewährleistet. Wir berufen uns dazu auf Europas Stärken, die Diversität, offene Öko- systeme, Vielfalt und Pluralität betonen. Es geht uns um faire und gleiche Wettbewerbsbedingun- gen und die Bejahung des freien Wettbewerbs aller Akteure am Markt unter der Prämisse der Nichtdiskriminierung und auf der Grundlage von offenen Systemen in einer gemeinsamen Partnerschaft mit internationalen Anbietern. 2 Begriffsbestimmungen aus „Digitale Souveränität und Künstliche Intelligenz – Voraussetzungen, Verantwort- lichkeiten und Handlungsempfehlungen“, Fokusgruppe „Digitale Souveränität in einer vernetzten Wirtschaft“, 2018; „Digitale Souveränität im Kontext plattformbasierter Ökosysteme“, Fokus „Digitale Souveränität in einer vernetzten Wirtschaft“, 2019; sowie aus „Leitbild 2030 für Industrie 4.0 – Digitale Öko­systeme global gestalten“, Plattform Industrie 4.0, 2019. 7
  • 10. 2.2.2 Wir wollen Abhängigkeiten reduzieren Eine digitale Infrastruktur umfasst grundsätzlich drei Architekturebenen: 1. Datenübertragungsnetzwerke und Hardware (Netzwerkebene), 2. Datenhaltungsebene inkl. Betriebssystemen und Datenbanken zur Speicherung von Daten (Datenebene), 3. Datenverarbeitungs- und Nutzungsebene inkl. Anwendungssystemen, Funktionen und Diensten (Dienstebene). Unter Dateninfrastruktur verstehen wir die zweite und dritte Architekturebene. Für den Markterfolg von Daten­infrastrukturdiensten sind Skalenvor- teile entscheidend. Die Stärke der europäischen Wirtschaft liegt vor allem in einem hoch spezialisierten Domänen- wissen in der Industrie und einer hohen Integra- tionskompetenz in komplexen Wertschöpfungs- netzwerken. Auf diesen Fähigkeiten werden auch digitale „Business to Business“-(B2B-)Plattfor- men aufbauen, die neue Geschäftsmodelle ermöglichen. Der Erfolg dieser Plattformen hängt vor allem vom Zugang zu Daten bzw. von der Bereitschaft von Unternehmen ab, diese ver- trauensvoll und kontrolliert zu teilen. Genau hier setzen wir mit dem „Projekt GAIA-X“ an. In vielen Industriedomänen besteht ein hohes Maß an Sensibilität bzw. Schutzbedürftigkeit von Daten. Die derzeitige Marktstruktur bringt das Risiko der Abhängigkeit von internationalen Anbietern mit sich. Technische, wirtschaftliche und vertrag- liche Hürden bei einer Datenmigration hin zu einem anderen Infrastruktur­anbieter (soge- nannte Lock-in-Effekte) schränken die Hand- lungsfreiheit von Unternehmen ein – sowohl in betriebswirtschaftlicher Hinsicht als auch im Falle politischer Konflikte. Damit Plattformen und ganze Industrien ihre Wertschöpfung weiter erfolgreich sichern und ausbauen können, bedarf es einer Dateninfrastruktur, die die digitale Sou- veränität der Nutzer stärkt. Lock-in-Effekte entstehen zwischen Kunden und Anbietern von Cloud-Diensten, wenn der Wechsel zu einem alternativen Lösungs- oder Dienstanbieter wegen entstehender Wechsel- kosten und Wechselbarrieren erschwert bis unmöglich gemacht wird. Wechselbarrieren können technisch-funktionaler Natur (Abhän- gigkeit von den spezifischen Features bestimm- ter Anbieter) sein, sich aus vertraglichen Verein- barungen (z. B. Lizenzmodelle und Strafkosten) ergeben, aber auch durch einen hohen kunden- spezifischen Personalisierungsgrad, durch Gewöhnungseffekte oder durch das schiere zu migrierende Datenvolumen entstehen. 2.2.3 Wir wollen Cloud-Dienste in der Breite attraktiv machen Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen in Europa stehen Cloud-Diensten oftmals noch kritisch gegenüber. Gründe sind mangelndes Vertrauen in die existierenden Angebote, Scheu vor hohen Investitionskosten und fehlende Fachkräfte im Unternehmen sowie die Sorge vor Abhängigkeiten. Diejenigen, die sich für den Ein- satz von Cloud-Diensten entscheiden, nutzen oft nicht das komplette Leistungsangebot, sondern lediglich einen geringen Teilbereich. Mögliche Folgen sind Wettbewerbsnachteile gerade für mittelständische Unternehmen: Effi- zienzgewinne bleiben ungenutzt und innovative Ideen werden oftmals nicht in neue Geschäfts- modelle übersetzt. 2. AKTUELLE SITUATION UND MOTIVATION8
  • 11. Unternehmen setzen deshalb zunehmend auf den parallelen Einsatz mehrerer Cloud-Anbieter (sogenannte Multi-Cloud-Strategien). Damit stei- gen allerdings auch die Komplexität und die Herausforderung einer einheitlichen Verknüp- fung, Semantik und Datenverarbeitung. Eine europäische vernetzte Infrastruktur, die nach klaren Regeln vertrauensvolle Cloud-Angebote z. B. auf Basis existierender Lösungen oder auch internationalen Anbietern schafft und um Edge- Komponenten erweitert, adressiert diese Zurück- haltung gerade kleiner und mittelständischer Unternehmen (KMU). Ihr Kern ist es, das nötige Vertrauen zu schaffen, auch und gerade für KMU, die in der Regel nur über begrenzte Datenmengen verfügen. Auf Basis der vernetzten Dateninfrastruktur können KMU in Zukunft ihre Daten gemeinsam und besser nutzen und damit eine der wesentlichen Barrie- ren für neue Geschäftsmodelle durchbrechen. 2.2.4 Wir schaffen ein Ökosystem für Innovation Europa tätigt umfangreiche Investitionen in digitale Technologien und innovative Geschäfts- modelle. Wir müssen dafür Sorge tragen, dass diejenigen, die Innovationen vorantreiben, auch diejenigen sind, die davon ökonomisch profitie- ren. Mit unserem „Projekt GAIA-X“ legen wir die Grundlage eines offenen, digitalen Ökosystems, mit dessen Hilfe Unternehmen und Geschäfts- modelle aus Europa heraus weltweit wettbe- werbsfähig skalieren können. So sichern wir die europäische Wertschöpfung und Beschäftigung. Wertschöpfung und Beschäftigung entstehen durch Innovationen. Und Innovationen entste- hen durch Ideen, die Verbindung von Informati- onen und Daten sowie durch die Kooperation kluger Köpfe. Kluge Köpfe wollen Herausforde- rungen, attraktive Bedingungen zur Entfaltung ihrer Ideen und die notwendigen Ressourcen für die Umsetzung. Die Skalierung – und damit der langfristige Erfolg – vieler Ideen und Geschäfts- modelle hängt dabei auch vom Zugang zu Risi- kokapital und von der Verfügbarkeit großer Datenmengen ab. Was wir deshalb benötigen, ist eine einfache und verlässliche Möglichkeit zum freiwilligen Austausch und zur gemeinsamen Nutzung der europäischen Datenschätze. Dieser Kreativität wollen wir Bahn brechen. Dazu müs- sen Start-ups, Wissenschaft und Unternehmen jeder Größe noch enger und mit Leichtigkeit miteinander kooperieren können. Wir müssen die Sichtbarkeit europäischer Angebote erhöhen, Anbieter und Anwender vernetzen und ein attraktives Umfeld für Investitionen, kluge Köpfe und starke Ideen schaffen. 2. AKTUELLE SITUATION UND MOTIVATION 9
  • 13. Getrieben durch die beschriebenen Entwicklungen (Industrie 4.0, Edge und Cloud Computing etc.) steigt die Bedeutung von Multi-Cloud-Strategien und damit der Interoperabilität rapide an. Anwen- der erwarten Flexibilität, Funktionalität, Anwen- dungsfreundlichkeit, weltweite Verfügbarkeit, unternehmensübergreifende Services, Speziali- sierung von Services oder verteilte Datenverar- beitung und Datenhaltung. Ein­fache Migration zu anderen Cloud- oder Edge-Anbietern muss möglich sein. Anwender verlangen Interoperabi- lität, d. h. das Finden und die effiziente Nutzung von Diensten über neue Daten- und Dienstver- mittler. Hierzu gehört auch die Transparenz über angebotene Dienste. Anwender möchten die Datenverarbeitung flexibel über viele Anbieter verteilen können und dabei auf robuste Prozesse zurückgreifen. Interoperabilität ist daher eine der zentralen An­­ forderungen an die vernetzte Dateninfrastruktur. Sie wird auf drei Infrastruktur-Ebenen betrach- tet: technische und semantische Interkonnekti- vität auf Netzwerk-, Daten- und Dienstebene. Innerhalb Europas gibt es bereits Netzwerkinfra- strukturen und Interkonnektivitätskonzepte für Cloud-Infrastrukturen, die durch unseren Ansatz integriert werden können und Verteiltheit über- haupt erst ermöglichen. So sitzen beispielsweise drei der fünf größten Interconnection Hubs (IXPs) weltweit innerhalb von Europa. Eine vernetzte Dateninfrastruktur muss als Mehr- wert für den Anwender den intradomänen- und interdomänen­spezifischen Austausch sowie die Verkettung von Daten und Diensten über Anbie- ter- und Kundengrenzen hinaus ermöglichen. Insbesondere die Kollaboration zwischen Edge- und Cloud-Instanzen soll einfach möglich werden. Damit sinken auch für KMU die Einstiegshürden für Edge und Cloud Computing. Gemeinsame Standards helfen dabei, domänenspezifische Datensilos aufzubrechen, die aufgrund mangeln- der Datenschnittstellen nicht verbunden und ausgewertet werden können. Es entstehen für jeden Anwendungsfall passgenaue Lösungen. Neue Wertschöpfungs- und Verarbeitungsketten werden möglich und neue massiv verteilte Verarbeitungs- und Geschäftsmodelle wie Daten- oder Dienst- vermittlung gefördert. Unser Projekt kann diese An­­forderungen unterstützen, indem Basisdienste für Interoperabilität angeboten werden, die An­­ wender bzw. Anbieter für domänenspezifische Interoperabilitätsdienste nutzen. Das reicht von Matching- und Vokabularsystemen bis hin zu vertraglichen und kommerziellen Basisdiensten für Ab­­rechnung, Zertifizierung und Abschlüsse. 3.1 Zielbild Wir verfolgen das Ziel, eine sichere und vernetzte Daten­infrastruktur in Deutschland und Europa zu schaffen. Das „Projekt GAIA-X“ stärkt die Daten­ souveränität für Wirtschaft, Wissenschaft, Staat und Gesellschaft bei der Speicherung, beim Aus- tausch und bei der Nutzung von Daten und Diensten. Die vernetzte Dateninfrastruktur macht Daten und Dienste für die Anwendungen Künst- licher Intelligenz verfügbar und schützt dabei Rechte, Interessen und das geistige Eigentum – an den Daten und dem damit verbundenen Know- how. Die Infrastruktur ist anbieterneutral und be­­rücksichtigt die Interessen von Datenerzeugern, -gebern und -nutzern gleichermaßen. Das Öko- system erweitert Domänenwissen europäischer Akteure, stärkt den Austausch sowohl innerhalb als auch zwischen Domänen und ermöglicht innovative Geschäftsmodelle im digitalen Bin- nenmarkt. Die vernetzte Dateninfrastruktur stärkt den fairen Wettbewerb in den Wertschöpfungsnetzwerken der globalen Datenökonomie. Es bietet den Akteu- ren einen effizienten Zugang zu allen relevanten digitalen oder Cloud-basierten Anwendungen bei gleichzeitiger Sicherstellung einer größtmög­ lichen Selbstbestimmung und Datensouveränität. 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 11
  • 14. 3.2 Lösung Das „Projekt GAIA-X“ vernetzt zentrale und de­­ zentrale In­­frastrukturen (insbesondere Cloud- und Edge-Dienste) zu einem homogenen, nutzer- freundlichen System. Das daraus entstehende verteilte Ökosystem stärkt sowohl die digitale Souveränität der Nachfrager von Cloud-Dienst- leistungen als auch die Skalierungsfähigkeit und Wettbewerbsposition europäischer Cloud-Anbie- ter. Insbesondere KMU profitieren von Markt- transparenz, breitem Zugang zu alternativen Angeboten und den daraus resultierenden Hand- lungsoptionen. Zudem trägt es unter­schied­lichen Präferenzen bezüglich Sicherheitsaspekten, Latenzzeiten und Anwendungsbreite Rechnung, liefert maß­geschneiderte Lösungen und ermög- licht die Nutzung unterschiedlicher Cloud- Anbieter. Besonders zu betonen sind die Verbundvorteile, die wir mit der vernetzten Dateninfrastruktur erzielen. Die Mehrfach­nutzung von Cloud- und Edge-Instanzen führt zu Effizienzvorteilen durch eine Erhöhung der Leistungsbreite. So wird bei- spielsweise die Sicherheit durch redundante Kno- ten er­­höht. Fällt ein Knoten aus (beispielsweise verursacht durch Stromausfälle oder Naturkatas- trophen), springt ein anderer Knoten ein. Über- dies lassen sich rechenintensive Anwendungen auf dafür ausgelegte Cloud-Instanzen „verteilt“ prozessieren, was zu einer überproportionalen Leistungssteigerung führt. Nicht zuletzt kann immer auf modernste Cloud-­Tech­no­logie zuge- griffen werden, weil im Verbund der vielen Knoten kontinuierlich einzelne Neu- und Ersatz­investi­ tionen getätigt werden. Es kann sich auf der Basis der vernetzten Dateninfrastruktur auch ein Öko- system für Software-Entwicklungsprojekte etab- lieren, von dem Wirtschaft, Wissenschaft, Staat und Gesellschaft gleichermaßen profitieren. Der Neutralitätsanspruch der vernetzten Daten­ infrastruktur stabilisiert dieses Ökosystem: Jeder bereits am Markt befindliche oder neue Cloud- Dienstanbieter kann durch den Einsatz der GAIA-X-Technologie und deren Referenzarchitek- tur zu einem Knoten des Netzwerks (GAIA-X- Knoten) werden. Wesentliche Merkmale dabei sind: • Einsatz sicherer, offener Technologien, die von der vernetzten Dateninfrastruktur bereitgestellt werden, Schnittstellen zum einfachen und siche- ren Datenaustausch, Möglichkeiten, Applikati- onen und Funktionen Dritter zu nutzen, sowie die Einhaltung von Standards, die eine leichte Datenmigration ermöglichen. Dabei werden vorhandene Technologien genutzt und fehlende Technologien oder Dienste von den Teilnehmern im Ökosystem entwickelt und zugänglich ge­­ macht, auch auf der Basis von Open-Source- Technologien. • Jeder Knoten der vernetzten Infrastruktur bildet eine eigenständige Einheit, folgt der Referenz- architektur und ist eindeutig identifizierbar und erreichbar. Eine daran geknüpfte Selbst- beschreibung stellt Transparenz über die Spe- zifika und Fähigkeiten der einzelnen Knoten her. Sie enthält insbesondere Aussagen zum Ort der Speicherung und des Prozessierens der Daten, zu den verwendeten Technologien, zur Rechen- und Speicherleistung sowie zur be­­reitgestellten Funktionalität. Weiterhin wer- den Merkmale zur Echtzeitfähigkeit, Daten- souveränität auf Basis von zertifizierten Schutz­ graden, zu Konsumierungsmodellen (z. B. Spotmarkt), dem Preismodell und ökologischer Nachhaltigkeit (z. B. Energieeffizienz und -verbrauch) wiedergegeben. Die Anforderung der Selbstbeschreibung spielt eine wichtige Rolle, um die Datensouveränität in Anwen- dungsfeldern zu stärken, die beispielsweise auf eine Datenspeicherung im Inland oder zumin- dest im Geltungsbereich der EU-Datenschutz- grundverordnung (EU-DSGVO) angewiesen sind. Die Knoten können dabei sowohl als Public als auch als Private Cloud sowie als Edge-Knoten ausgeprägt sein. 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X12
  • 15. • Ein Software Repository stellt Komponenten bereit, die je nach Kategorisierung von allen Anbietern genutzt werden müssen oder kön- nen, insbesondere Identifikations- und Berechtigungsdienste, Schnittstellenkompo- nenten oder Zertifikate. Technisch gesehen könnten diese Komponenten zentral, über einen „Peer to Peer“-Ansatz oder verteilt über mehrere Knoten bereitgestellt werden. • Die einzelnen Dienste innerhalb eines Knotens und zum Austausch zwischen unterschiedli- chen Knoten sind als Funktionen realisiert („Function as a Service“-Modell). Dies erlaubt eine hohe Interoperabilität zwischen unter- schiedlichen Knoten, eine Austauschbarkeit verschiedener Dienste-Anbieter (Vermeidung eines Lock-in-Effektes) und eine effiziente Nutzung und Abrechnung von Dienstleistun- gen. Die dafür notwendigen Schnittstellen, Services und Produkte sollen durch Standards harmonisiert werden und in einem zentralen Verzeichnis für alle Teilnehmer einfach identi- fiziert und genutzt werden können. Damit entwickeln wir eine Infrastruktur, die Grund- lage für ein vitales und wachsendes digitales Datenökosystem ist. • Die Nutzung von Diensten aus dem GAIA-X- Ökosystem kann direkt durch den Anbieter geschehen oder über digitale Plattformen. Hierzu wird eine Übersicht aller verfügbaren Knoten und Dienst-Fähigkeiten bereitgestellt, auf deren Basis der Nutzer selbst oder die digi- tale Plattform als Vermittler den jeweils pas- senden Dienst auswählt. Mit Hilfe dieses zent- ralen Verzeichnisdienstes helfen wir, passende Anbieter zu finden und relevante Datenpools schnell und sicher zu identifizieren. Damit neben der technischen Agilität gleichzeitig auch die vertraglichen Rahmenbedingungen gegeben sind, werden flexible Rahmenverträge (eventuell in Form von Smart Contracts) ein- geführt, die vertragliche Regelungen grundle- gend abbilden und beim jeweiligen Aufruf des Dienstes als konkrete Vertragsschlüsse von Anwender und An­­bieter ausgeprägt werden. Die Teilnahme am Ökosystem setzt eine bin- dende Verpflichtung der jeweiligen Anbieter auf gemeinsame Regeln voraus. Der Nachweis der Einhaltung dieser Regeln kann durch eine Zerti- fizierung der Anbieter, Knoten sowie Services ge­­ führt werden, insbesondere im Hinblick auf die notwendigen technisch-organisatorischen Vor- aussetzungen. Hierzu gehören insbesondere IT- Sicherheit, Service-Levels, Grad der realisierten Datensouveränität und vertragliche Rahmenbe- dingungen. Grundsätzlich sollte die Zertifizie- rung über eine transparente Prüfung durch einen unabhängigen, vertrauenswürdigen Drit- ten nachgewiesen werden. Dazu wird auf bereits etablierte sowie aktuell entstehende Auditie- rungs- und Zertifizierungsverfahren aufgebaut (z. B. Mindeststandards zur Nutzung externer Cloud-Dienste des BSI, C5, ISO 27001 und Trus- ted Cloud). Innovationen zu technisch automa- tisch durchführbaren Zertifizierungen sollen gefördert werden. Bestehende Referenzarchitek- turen sollen einbezogen werden, z. B. von der International Data Spaces (IDS)-Initiative. 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 13
  • 16. Die International Data Spaces Association bietet eine von über 100 Partnern getragene Referenz- architektur, die ein Ökosystem für den souverä- nen Austausch von Daten mit klar definierten Nutzungsrechten ermöglicht und damit eine Komponente der vom „Projekt GAIA-X“ ange- strebten vernetzten, offenen Dateninfrastruktur beschreibt. Die Referenzarchitektur der Inter- national Data Spaces Association definiert eine technische Infrastruktur und ein semantisches Regelwerk für den Datenaustausch und die Datennutzung in Ökosystemen. Technisch unter- bindet bzw. erlaubt eine Software-Komponente, der IDS Connector, Datenverknüpfungen und -analysen zwischen verschiedenen Mitgliedern eines Ökosystems. Damit lassen sich bestehende und neue Cloud-Dienste in eine interoperable Digitalwirtschaft unter Wahrung der Daten­ souveränität einbetten. Die Umsetzung des Projektes ist von Beginn an europäisch und international anschlussfähig: Bestehende Angebote und Initiativen ähnlicher Zielrichtung werden kooperativ in die Weiterent- wicklung des Konzepts eingebunden, um schnelle Verfügbarkeit zu gewährleisten. Zum Beispiel wer- den die komplementären Aktivitäten der IDS- Initiative zur Datensouveränität und die Vorarbei- ten der Trusted Cloud zur Zertifizierung genutzt. Auch europäische Initiativen und Aktivitäten, allem voran die Vorhaben der EU-Kommission, werden im weiteren Prozess einbezogen. 3.3 Das „Projekt GAIA-X“ aus Anwender­ perspektive Die vernetzte Dateninfrastruktur bildet die Basis eines Ökosystems, das die Stärken der unterschied- lichen Teilnehmer wirkungsvoll integriert und Kooperation fördert. Die Anwender bekommen Infrastruktur Ökosystem Daten Ökosystem GAIA-X GAIA-X-Aufgaben Rahmenbedingungen schaffen • Architektur • Schnittstellen • Datenklassifikation • Prozesse zwischen Akteuren • Interoperabilität und Interkonnektivität Governanceregeln • Teilnahmebedingungen • Teilnehmerliste • Regeln und „Datenverträge“ • Zertifizierung Betrieb koordinieren • Notwendige zentrale Dienste sichererKanal sichererKanal sichererKanal sicherer Kanal Selbstbeschreibung Selbstbeschreibung • Dom änen • Kunden Datensicherheit Nachverfolgbarkeit Dezentralverteilt Edge-/Cloudanbieter GAIA-X-Knoten Interoperabilität Dienstverm ittler Cloud-Anbieter Datensouveränität O ffenheit Interkonnektivität Vertrauensschutz • Repository • Anbieter- und Knoten- verzeichnis • Identitätsmanagement • Qualitätsüberwachung GAIA-X-Knoten Abbildung 1: Gesamtbild Dateninfrastruktur und Ökosystem Quelle: BMWi 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X14
  • 17. Zugang zu einem relevanten Produkt- und Ser- viceportfolio: Die vernetzte Dateninfrastruktur • integriert bestehende digitale und cloudbasierte „State of the Art“-Produkte und -Services und bietet darüber hinaus die Möglichkeit, dass weitere spezifische Bedarfe über modulare Angebote bspw. von Spezial- oder Kleinanbie- tern adressiert werden können. • bietet volle Transparenz durch Ausweis von geprüften Datenschutz- sowie regulatorischen Kriterien der angebotenen Produkte und Ser- vices. Sie schafft über die Selbstbeschreibung Transparenz hinsichtlich des Vertraulichkeits- niveaus aller Teilnehmer des Ökosystems. Dies spiegelt sich in der Garantie der Datennut- zungskontrolle wider (Datensouveränität). • vereinfacht das Management von IT-Schnitt- stellen und die Integration insbesondere bei Multi-Cloud-Strategien und Datenpooling durch eine hohe Interoperabilität kompatibler Produkte sowie die Bereitstellung von Sicher- heitsdomänen-übergreifenden Berechtigun- gen. Domänenspezifische Datensilos, die auf- grund mangelnder Datenschnittstellen bislang nicht verbunden und ausgewertet werden können, könnten nunmehr aufgebrochen und Lock-in-Effekte vermieden werden. Dies ermöglicht bzw. erleichtert für den Anwen- dungsfall passgenaue Lösungen. Zudem kann ein wichtiger Beitrag zur Akzeptanz der Anwendung von KI bei besonders sensiblen Daten geleistet werden. • ermöglicht es, Daten dort zu speichern, wo es Anwender angesichts der jeweiligen Daten- klassifikation für sinnvoll erachten. Der Anwender kann somit die Hoheit über beson- ders sensible Daten behalten und gleichzeitig andere Daten zur gemeinsamen Nutzung mit Partnern teilen. • schafft die Voraussetzungen zur Optimierung der Daten-Strategien der Anwender. Ihre Kno- ten, also dezentrale und/oder zentrale Cloud- Infrastrukturen, sind miteinander verknüpf- bar. Aus dieser Verknüpfung ergeben sich Optionen, wie Daten und Algorithmen sicher verwendet werden können. So wird es zum Beispiel verschiedenen Kooperationspartnern entlang der Wertschöpfungskette auch ermög- licht, dass Daten zu den Anwendungen wan- dern. Zum Schutz geistigen Eigentums können Anwender so etwa ihre Algorithmen und Daten bei sich halten. • leistet einen wichtigen Beitrag zur Entstehung von digitalen Ökosystemen in den verschiede- nen Anwenderdomänen, indem sie den Über- gang von bilateralen Einzelprojektlösungen hin zu Marktplatzlösungen ermöglicht. Stan- dardisierte Verträge und Verfahren senken Transaktionskosten, Datenmärkte können ent- stehen und die Verfügbarkeit von Daten wird verbessert. 3.3.1 Bedarfsbeispiele aus Anwendersicht Zur Illustration des Mehrwehrts des Projektes präsentieren wir im Folgenden einige Bedarfs- beispiele aus den Bereichen Industrie 4.0/KMU, Smart Living, Finanzwirtschaft, Gesundheit, öffentliche Verwaltung und Wissenschaft. Die Zusammenstellung hat insofern exemplarischen Charakter, als dass die Auswahl weder einen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt noch Priori- täten setzt. Die Beispiele sollen Potenziale der vernetzten Dateninfrastruktur anhand von Anwendungsmustern aufzeigen, die grundsätz- lich auch in anderen Sektoren (z. B. Mobilität, Energie) von Relevanz sind. Das Projekt ist jeder- zeit offen für weitere Bedarfsbeispiele, die das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) online veröffentlicht. 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 15
  • 18. 3.3.1.1 Industrie 4.0/KMU, Smart Living und Finanzwirtschaft Die vom Bundesverband der Deutschen Industrie e. V. (BDI), dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA) und dem Zentral- verband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. (ZVEI) unterstützten Bedarfsbeispiele aus dem Bereich Industrie 4.03 zeigen, dass – insbe- sondere mittelständische – Unternehmen vor sehr ähnlichen Herausforderungen hinsichtlich der Integration und Auswertung von Daten und deren Lösung in einer einheitlichen Sprache, Semantik sowie in offenen und modularen Strukturen stehen. In den klassischen Geschäfts- beziehungen von Komponentenherstellern, Maschinenbauern und Systembetreibern spielen vor allem Fragen der Steuerungsmöglichkeit der Datenübertragung und damit der Sicherung geistigen Eigentums eine große Rolle. Für den Finanzsektor hat die Kooperation der relevanten Akteure vor allem aus regulatorischer Sicht eine entscheidende Bedeutung. Offene digitale Plattformen und der Einsatz von Metho- den der KI ermöglichen ein effizienteres Zusam- menspiel beispielsweise der Börsen mit Auf- sichtsbehörden und Unternehmen. Im ebenfalls vom ZVEI unterstützten Bedarfsbei- spiel Smart Living liegt der Fokus dagegen eher auf Nutzerfreundlichkeit und einem offenen Zugang zu Cloud-basierten Plattformen unter- schiedlicher Anbieter. Bislang stehen eine Viel- zahl von Standards sowie die Notwendigkeit der mehrfachen Autorisierung des Anwenders auf unterschiedlichen Plattformen einer breiten Nutzung im Wege. 3 Darüber hinaus unterstützt der BDI auch die Aktivitäten zur Entwicklung von Bedarfsbeispielen für die Anwen- dungsfelder Smart Living, Finanzwirtschaft, Gesundheitswesen sowie Öffentliche Verwaltung und Wissenschaft. 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X16
  • 20. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Der Hersteller einer Automationskomponente möchte Zugang zu Betriebsdaten seines Pro- dukts erhalten, das in einer Maschine verbaut ist, die wiederum bei einem dritten Unterneh- men betrieben wird. Die permanente Erfassung des Maschinenzustands erlaubt dem Hersteller beispielsweise, die Sicherheit und Effizienz so­­ wohl seiner Komponente als auch der gesamten Anlage zu optimieren. • Diese sehr einfache und gleichzeitig typische Konstellation einer industriellen Geschäfts­ beziehung wirft einige Fragen auf, z. B.: Wem gehören die Daten des Komponentenherstellers und wer darf zu welchem Zweck darauf zugrei- fen? Wie können Daten monetarisiert werden? Stehen die Daten in einem standardisierten Format zur Verfügung? • Diese Fragen können derzeit zwar entlang einer definierten Wertschöpfungskette bilateral gelöst werden. Die für den Hersteller relevanten Daten stehen aber nicht aggregiert über viele Betreiber zur Verfügung, eine Skalierung über Wertschöpfungsnetzwerke ist nicht möglich. • Damit der Komponentenhersteller, die Ma­­ schinenbauer und die Betreiber beim Condition Monitoring (d. h. der kontinuierlichen Zusam- menfassung, Analyse und Darstellung von Betriebs- und Zustandsdaten durch Sensoren) zusammenarbeiten können, brauchen sie eine vertrauenswürdige Infrastruktur für den Daten- austausch und gemeinsame Regeln der unter- nehmensübergreifenden Authentifizierung und Zugriffssteuerung. A: Auf dem Weg zur Industrie 4.0 – wie Unternehmen vertrauenswürdig zusammenarbeiten können Sicherheitsdomäne X Hersteller X Business Case „Datenerhebung P1-X“ P1 X P1 X BP1 A Sicherheitsdomäne A Betreiber A M1 W M1 V P2 Y P2 Y Abbildung 2: Bedarfsbeispiel: Vertrauensvolle Zusammenarbeit in der Industrie 4.0 Quelle: Bosch, Plattform Industrie 4.0 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X18
  • 21. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • GAIA-X-Knoten fungieren als „Vertrauens­ anker“, indem sie die Authentifizierung der Partner im Wertschöpfungsnetzwerk und die Regelung von Zugriffsrechten ermöglichen. Dadurch entfallen aufwendige bilaterale Ab­­ stimmungen. Die unterschiedlichen Akteure können auf der Basis von „Trust Relations“ und einer vertrauenswürdigen Infrastruktur, die den sicheren Datenaustausch ermöglicht, über die verschiedenen Sicherheitsdomänen der Unternehmen im Netzwerk hinweg kom- munizieren. Jedes Unternehmen entscheidet selbst, wo seine Daten gelagert werden und von wem sowie zu welchem Zweck sie verar- beitet werden dürfen. • Das Projekt kann die Grundlage eines Markt- platzes zur Monetarisierung von Betriebsdaten in industriellen Wertschöpfungsnetzwerken schaffen. Gleichzeitig können Anreize zum Datenaustausch über die verschiedenen Akteure hinweg generiert werden. Pate Michael Jochem – Bosch und Plattform Industrie 4.0 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 19
  • 22. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Industrie 4.0 in die Praxis umzusetzen heißt, alle Komponenten entlang der Wertschöpfungs- kette zu vernetzen, um damit datenbasierte Mehrwert-Dienste anzubieten: Das stellt ins- besondere Mittelständler vor große Herausfor- derungen. • Moderne Produktionsanlagen setzen sich aus vielen unterschiedlichen Maschinen und Kom­ ponenten zusammen, die zum Teil auch unter- schiedliche Cloud-Systeme nutzen. Die Verknüp- fung und Integration der Daten und Systeme findet derzeit in aufwendiger Projektarbeit statt. Der Mangel an standardisierten Abläufen, durch- gängiger Datenverfügbarkeit und Rahmenver- trägen für den Datenaustausch erklärt die schleppende Verbreitung von Industrie-4.0- Lösungen. • Betreiber und Hersteller von Maschinen und Anlagen stellen zudem hohe Anforderungen an Datensouveränität: Sie wollen selbst ent- scheiden können, wo sie Produktionsdaten und Know-how-tragende Anwendungen speichern – etwa in der Steuerung, „on Edge“ oder in privaten Cloud-Instanzen statt in der Cloud ihres Kunden. • Erst ein Ökosystem für schlüsselfertig nutzbare Mehrwert-Dienste in heterogenen Produktions- umgebungen kann den Durchbruch zur flächen- deckenden Umsetzung von Industrie 4.0 bringen. Industry 4.0: Automation Avatar Maschine 41 Maschine 42 Maschine 43 Cloud Avatar 43Avatar 42 Avatar 41 • One to one relation to real device • Exists parallel to real device • Function split between Avatar and real device Abbildung 3: Bedarfsbeispiel: Industrie 4.0 – Automation Avatar Quelle: Beckhoff Automation B: Praktische Umsetzung von Industrie 4.0? – Ein echter Kraftakt! 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X20
  • 23. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt schafft einen Mehrwert, indem es sich als eine Art multilaterale Verwaltungs- schicht über existierende Hyperscaler/Cloud- Anbieter legt, die Produktions-Infrastruktur und Clouds mit einer übergeordneten Seman- tik sowie Datenaustauschdiensten verbindet und so das Schnittstellenmanagement verein- facht. • Konkret kann das Projekt den Aufwand ver- ringern, der daraus entsteht, dass für die Integ- ration jeder Maschine eine bilaterale Einzel- projektlösung mit dem Maschinenzulieferer gefunden werden muss, die den Zugriff auf Sicherheitsdomänen koordiniert. Dank der ver­ netzten Dateninfrastruktur können alle Maschi- nenzulieferer mittels interoperabler Standards unter Berücksichtigung der Sicherheitsanfor- derungen über zentrale Schnittstellen effizient integriert und so der Aufwand für Industrie-4.0- Projekte erheblich reduziert werden. • So kann ein Ökosystem in dezentraler, hetero- gener und skalierbarer Form wachsen, das einerseits die verschiedenen Ebenen aus Com- puting und Speicherung zwischen Edge und Cloud verbindet und andererseits die Speiche- rung von Daten und die Nutzung von Algo- rithmen gemäß IP-Rechten ermöglicht. Pate Gerd Hoppe – Beckhoff Automation (Bedarfsbeispiel koordiniert mit VDMA, ZVEI) 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 21
  • 24. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Eine immer höhere Variantenvielfalt, techno- logische Umbrüche und die Integration immer neuer Zulieferer in die Produktionsnetzwerke kennzeichnen den digitalen Wandel der Ferti- gungsindustrien. • Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Transparenz und Steuerungsfähigkeit der Zuliefererkette bis in den eigenen Betrieb hin- ein. Die Versorgung mit Komponenten sicher- zustellen ist nicht nur in Zeiten internationaler Handelskonflikte eine große Herausforderung. Bei Rück­rufaktionen kommt es ganz entschei- dend darauf an, zu wissen, welche Komponente in welcher Produktionscharge verbaut wurde. Dabei gilt es auch, die Früherkennung von Seri- enfehlern im Feld zu verbessern (Track and Trace). • Die größte Herausforderung liegt dabei in der Bereitstellung und Verknüpfung von Daten aus inhomogenen IT-Systemen unterschied­ licher Akteure bei gleichzeitiger Wahrung der Datensouveränität entlang der gesamten Pro- duktions- und Lieferkette. Ein vollständiges Datenbild ist für die eindeutige Identifizier- barkeit von Störungen essenziell. • In branchenspezifischen Lösungen werden der unternehmensübergreifende Austausch und die Verknüpfung heterogener Daten bislang primär auf bilateraler Ebene vorangetrieben. Gemeinsame Regelungen für die Teilnahme im Ökosystem und eine Zusammenarbeit könnten den Aufwand und die Teilnahmehürden gerade für mittelständische Unternehmen erheblich senken. Auf diese Weise können neue Geschäfts­ modelle entstehen und Synergien im Wertschöp- fungsnetzwerk noch besser genutzt werden. C: Synergien in Zuliefernetzwerken nutzen Abbildung 4: Bedarfsbeispiel: Synergien in Zuliefernetzwerken Quelle: SupplyOn, German Edge Cloud, IoTOS, IDS Association 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X22
  • 25. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt erleichtert die Bereitstellung klarer und nachvollziehbarer Maßgaben für die Teil- nahme bzw. Zusammenarbeit im Ökosystem und reduziert damit den bilateralen Abstim- mungsaufwand zwischen interessierten Unter- nehmen. • Durch die einmalige „Qualifizierung“ als GAIA-X-Knoten können Akteure die eigenen Daten einem potenziell größeren Interessen- tenkreis zur Verbesserung der eigenen Pro- dukte oder zur Entwicklung digitaler Services zur Verfügung stellen. • Das Projekt erleichtert die selektive Weiter- gabe von Daten und stärkt damit die Daten- souveränität. • Durch Standardisierungsvorgaben und eine vereinheitlichte Semantik können Daten bes- ser miteinander verknüpft werden. Typische Anwendungsfälle, wie die Rückverfolgbarkeit von Vorprodukten, können – auch im Zuge eines einheitlichen Identitätsmanagements – besser umgesetzt werden. Gleichzeitig lässt sich der Implementierungsaufwand von unternehmensübergreifenden Track-and- Trace-Lösungen erheblich reduzieren. • Das Projekt kann als Integrator dienen. Es ent- steht ein übergreifendes, offenes Ökosystem, das zum Datenaustausch anregt und neue Geschäftsmodelle stimuliert. Paten Markus Quicken – SupplyOn Sebastian Ritz – German Edge Cloud Dieter Meuser – IoTOS Lars Nagel – IDS Association 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 23
  • 26. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Das Ökosystem rund um Smart Living ent­ wickelt sich zu einem attraktiven Markt. Allein 23 Millionen Mietwohnungen in Deutschland könnten mit Automatisierungslösungen und intelligenten Geräten ausgestattet werden. • Diese Geräte müssen nahtlos interagieren kön- nen. Voraussetzung für KI-basierte Geschäfts- modelle sind eine durchgängige Datenerfassung, -verarbeitung und -vernetzung (in der Grafik: GAIA-X-Knoten). Dafür bedarf es einer geeig- neten Cloud-Umgebung. • Viele Unternehmen der Wohnungswirtschaft wollen Daten von Kundinnen und Kunden ausschließlich in Cloud-Umgebungen in Europa speichern und verarbeiten (DSGVO- Raum). • Intelligente Services leben zudem von der Verknüpfung mit Daten aus angrenzenden Systemwelten wie Smart Energy oder Smart Mobility in KI-basierten Anwendungen. Diese Daten müssen sinnvoll strukturiert, sicher und zu­­verlässig verfügbar sein – was bislang noch nicht der Fall ist. Digitalwirtschaft Wohnungsindustrie Elektroindustrie GAIA-X-Knoten Smart Living Smart Energy Smart Mobility Smart Building Kooperation Kooperation Kooperation Abbildung 5: Bedarfsbeispiel: Smart Living Quelle: ZVEI, für das Konsortium „Smart Living“ D: Sichere und multifunktionale Cloud-Umgebung für die Wohnungswirtschaft zur Generierung von Smart-Living-Lösungen mit hohen Latenzanforderungen 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X24
  • 27. • Für eine Skalierung von Smart Living bedarf es einer sicheren, skalierbaren, performanten und europäischen Cloud-Umgebung, die lokale Edge-Geräte zur Vermeidung von hohen Latenz­ zeiten miteinschließt. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt bietet der Wohnungswirtschaft einen einfachen und sicheren Zugang zu einer multifunktionalen Cloud-Umgebung im DSGVO-Raum (bspw. Datenspeicher, maschinel- les Lernen, semantische Beschreibung, Muster­ erkennung, vorausschauendes Verhalten). • Das Projekt vernetzt regionale und funktional spezialisierte Rechenzentren und unterstützt damit die Skalierung von Smart-Living-An­ wendungen, die aufgrund hoher Latenzanfor- derungen auf Edge-Computing angewiesen sind. • Das Projekt erleichtert geeignete Standardisie- rungsvorgaben zur Verknüpfung der wachsen- den Datenmengen und fördert damit die Ent- stehung weiterer KI-Anwendungen, insbesondere durch die Zusammenarbeit zwi- schen der Digitalwirtschaft, Wohnungswirt- schaft und Elektroindustrie. Patinnen und Paten Plattform für kontextsensitive, intelligente und vorausschauende Smart-Living-Services – ForeSight Anke Hüneburg und Jochen Schäfer – ZVEI, für das Konsortium „Smart Living“, gefördert im Rahmen des Innovationswettbewerbs „Künstli- che Intelligenz als Treiber für volkswirtschaft- lich relevante Ökosysteme“ des BMWi Dr. Hilko Hoffmann – DFKI Kerstin Bergmann – Bosch Thomas Feld – Strategion 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 25
  • 28. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Big Data und KI sind die zentralen Innovati- onstreiber im Finanzsektor. Sie stellen nicht nur wichtige Forschungsschwerpunkte dar, sondern prägen auch schon heute die Geschäftsmodelle von Banken und Börsen. • Auch die Finanzmarktaufsicht wird in Zukunft KI-Anwendungen nutzen, um bspw. effektiver gegen Geldwäsche und Marktmanipulation vorzugehen. • Wesentliche Akteure der Branche schließen sich derzeit zu einer Financial Big Data Cloud (FBDC) zusammen, um eine cloudbasierte Datenplattform für den Finanzsektor aufzu- bauen. Diese Plattform soll die bislang nicht verknüpften Finanzdaten von Unternehmen, Behörden und der Wissenschaft in einem gemeinsamen Datenpool integrieren und auf die Entwicklung von KI-Anwendungen bzw. -Systemen optimiert sein. • Die zugrundeliegende IT-Infrastruktur benötigt einen sicheren Datentresor, der den hohen gesetzlichen und aufsichtsrechtlichen Anfor- derungen des Finanzsektors entspricht. Die Daten sollen je nach Sensibilität den unter- schiedlichen Nutzergruppen in Abstufungen zur Verfügung gestellt werden können. • Die Plattform soll zudem Analyse-Tools, Datenaustausch-Tools und Rechenkapazitäten zur Verfügung stellen. FBDC Banken Finanzdienstleister Aufsichtsbehörden Start-ups KMU Forschung Daten speichern Daten austauschen KI-Applikationen entwickeln Go-Live auf Plattform Abbildung 6: Bedarfsbeispiel: Financial Big Data Cloud Quelle: Hessisches Wirtschaftsministerium, Deutsche Börse, Deutsche Bundesbank, TechQuartier E: Financial Big Data Cloud – Stärkung des deutschen und europäischen Finanzmarktplatzes 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X26
  • 29. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt kann der FBDC im Sinne eines Multi-Cloud-Ansatzes als alternative Infra- struktur-Plattform dienen, die verbesserte Möglichkeiten zur Entwicklung und Nutzung von KI-Anwendungen mit sich bringt. • Das Projekt erhöht die Transparenz im Cloud- Markt und leistet damit einen wichtigen Bei- trag zur Datensouveränität. Anwender können sich einen gezielten Überblick verschaffen, welche Angebote mit welchen Konditionen verbunden sind (z. B.: Wo werden die Daten gehostet?). Für Akteure im Finanzsektor ist diese Transparenz be­­sonders wichtig. Sie unterliegen teils strikten Vorgaben, wo ihre Daten gespeichert und wie sie genutzt werden dürfen. • Das Projekt erleichtert damit weiteren Teil- nehmern den Zugang zur FBDC und kann so die Zielgruppe und Reichweite des sich entwi- ckelnden Ökosystems rund um Finanzdaten vergrößern. Ein besonderes Potenzial birgt zudem die Verknüpfung des FBDC-Ökosys- tems mit weiteren Branchen-Ökosystemen zum Beispiel der Industrie. Paten Dr. Stephan Bredt – Hessisches Wirtschafts­ ministerium Konrad Sippel – Deutsche Börse Prof. Stefan Bender – Deutsche Bundesbank Dr. Kevin Bauer – TechQuartier 3.3.1.2 Gesundheitswesen Der Gesundheitssektor ist stark reguliert und sehr dezentral organisiert. Die vorgestellten Bedarfs- beispiele beschäftigen sich alle mit dem Einsatz von KI im Gesundheitswesen. Die Entwicklung der entsprechenden Lösungen erfordert einen hohen Aufwand, die Anforderungen der vielen beteiligten Akteure zu integrieren. Gleichzeitig resultieren aus dem Umgang mit Patientendaten hohe Anforderungen an den Datenschutz. Das Bundesministerium für Gesundheit (BMG) treibt digitalisierte Lösungen und KI im Gesundheits- wesen u. a. mit der Einführung der Telematik­ infrastruktur, einschließlich der elektronischen Patientenakte, als Basis für solche Lösungen voran. Das BMG begleitet die vorgestellten Bedarfsbei- spiele grundsätzlich positiv und steht einer Nut- zung des im Projektrahmen zu entwickelnden Angebots offen gegenüber. Besonders relevant ist hier die Anschlussfähigkeit an die Telematik­ infrastruktur. Hierzu kann auf die aktuell anlau- fenden Erfahrungen der gematik GmbH zurück- gegriffen werden. 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 27
  • 30. GAIA-X-Knoten Compliance Berechtigungen Autorisierung Interoperabilität Anonymisierung Marktplatz für KI-Apps Patient ForschungKlinik, Reha Industrie Med. Daten Abbildung 7: Bedarfsbeispiel: Künstliche Intelligenz für klinische Studien Quelle: Raylytic, für das Konsortium „Künstliche Intelligenz für klinische Studien“ Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Ab Mai 2020 fordert der europäische Gesetzge- ber von Medizintechnikherstellern über den gesamten Produktlebenszyklus die Bereitstel- lung von Daten zu Leistung und Sicherheit der Produkte. Erhoben werden diese Daten in Kli- niken, in denen die Produkte zum Einsatz kommen. Bei der automatisierten Extraktion und Auswertung der Daten können Methoden der KI unterstützen. • Von der kontinuierlichen Datenerhebung können viele Stakeholder im Gesundheitsbe- reich profitieren: die Hersteller der Produkte, Ärztinnen und Ärzte, Krankenversicherungen, staatliche Stellen der Marktüberwachung und Forschungseinrichtungen im Bereich der Medizin und Versorgungsforschung. • Ein Großteil klinischer Daten kann derzeit aufgrund unterschiedlicher Datenformate und der unstrukturierten Form der Daten nicht für statistische oder wissenschaftliche Zwecke genutzt werden. Sie entziehen sich dadurch einem medizinischen Erkenntnisgewinn. • Mit Blick auf die Nutzung von Gesundheitsda- ten sind zahlreiche Regularien, Normen und Gesetze im nationalen und internationalen Kontext zu erfüllen, die anspruchsvolle techni- sche Maßnahmen erfordern und einer leich- ten Nutzbarkeit teilweise entgegenstehen. • Es existieren Vorbehalte in der Branche, kom- merziellen Cloud-Anbietern mit Closed-Source-­ Systemen Gesundheitsdaten anzuvertrauen. F: Künstliche Intelligenz für klinische Studien 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X28
  • 31. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt kann die Basis eines zuverlässigen Systems zur Nutzung von Gesundheitsdaten schaffen und dabei die technische Umsetzung internationaler Vorgaben zu Rechts-, Daten- und Cybersicherheit bilden. Durch die Bereit- stellung von Speicherplatz und Rechenleistung in einem sicheren Rahmen können Kliniken und KMU auch in sensiblen Bereichen von den Skaleneffekten Cloud-basierter Dienste profitieren. • Das Projekt kann Funktionen zur standardi- sierten Anonymisierung und Pseudonymisie- rung sowie zur Klassifikation von Daten bein- halten, die für die rechtskonforme Nutzung durch unterschiedliche Nutzergruppen, bei- spielsweise zum Trainieren von KI-Modellen (sog. Secondary Use), benötigt werden. • Das Projekt könnte standardisierte Schnittstel- len bereitstellen, über die verschiedene Nutzer- gruppen und Anbieter des Gesundheitswesens auf eine vertrauensvolle Cloud-Umgebung zugreifen können. • Aus bilateralen Einzelprojekten können ver- netzte Lösungen unterschiedlicher Projekt- partner entstehen, die die Nutzung der Daten ermöglicht, die Anwendung von KI erleichtert und damit Synergien fördert. • Mit modularen, verteilten Lösungen ist es möglich, Datenverarbeitung und -hosting zu trennen. Anonymisierte Daten können durch eine vernetzte Struktur dort zusammenge- führt werden, wo sie für eine Analyse erforder- lich sind. Dadurch können sehr sensible Daten an Ort und Stelle verbleiben, zum Beispiel im Krankenhaus, während andere Daten zur Ver- arbeitung und Analyse ausgetauscht werden können. Pate Frank Trautwein – Raylytic, für das Konsortium „Künstliche Intelligenz für klinische Studien“ (KIKS), gefördert im Rahmen des Innovations- wettbewerbs „Künstliche Intelligenz als Treiber für volkswirtschaftlich relevante Ökosysteme“ des BMWi 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 29
  • 32. GAIA-X Forschungs- und klinische Plattformen Elektronische Gesundheitsakte Weitere Plattformen wie öffentliche Datentöpfe etc. KI-Anwendungen zentral/dezentral Staatlich überwachter Datenaustausch und -zugang Digitale GesundheitsdatenPatient ZugangzuGesundheitsdaten MöglichkeitzurDatenspende Abbildung 8: Bedarfsbeispiel: KI-basierte eTriage in der Notaufnahme Quelle: Charité – Universitätsmedizin Berlin, Plattform Lernende Systeme Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Bagatellfälle belasten deutsche Notaufnahmen. Von jährlich über 10 Millionen Notfällen sind 3,5 Millionen keine eigentlichen Krankenhaus- notfälle. Für echte Notsituationen bleibt weni- ger Zeit. In der Folge steigt das Risiko ärztlicher Fehlentscheidungen und zu spät eingeleiteter Behandlungen. • KI-basierte Assistenzsysteme können Abhilfe schaffen: Sie können die Patientenlenkung von der Ankunft im Krankenhaus bis zur Behandlung durch eTriage verbessern und das medizinische Fachpersonal schon frühzeitig bei der Behandlung unterstützen. Das Assis- tenzsystem wertet u. a. Daten aus, die Patien- tinnen und Patienten bereits im Wartebereich selbst erfassen – ergänzt um weitere Befunde aus Voruntersuchungen. • Voraussetzung für die Entwicklung dieser und anderer KI-Anwendungen im Gesundheits­wesen ist der Zugang zu hochqualitativen Realdaten. Diese sollten über eine digitale Infrastruktur bereitgestellt werden, die Patienten­­schutz ge­­ währleistet und deshalb den höchsten Daten­ schutz- und Sicherheitsanforderungen gerecht wird. • Mit der elektronischen Patientenakte (ePA) und der Telematikinfrastruktur befindet sich eine derartige Plattform für die Versorgung bereits im Aufbau. Forschungsdaten der Uni- versitätsklinika werden über die Medizininfor- matikinitiative nutzbar gemacht. Über die ver- netzte Dateninfrastruktur könnten derartige Datenquellen aus Forschung und Versorgung sicher und anonymisiert für den medizinischen Fortschritt und innovative Anwendungen wie die eTriage verknüpft werden. G: KI-basierte eTriage in der Notaufnahme 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X30
  • 33. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Die verschiedenen Akteure des Gesundheits- wesens (u. a. Patientinnen und Patienten, Arzt- praxen, Krankenhäuser, Krankenkassen) kön- nen für die eTriage über eine Vertrauensstelle auf der Basis von der vernetzten Dateninfra- struktur Zugang zu anonymisierten Realdaten (u. a. aus der persönlichen Patientenakte, Fallakten, Wearables, Forschungsdaten aus kli- nischen Studien oder aus verschiedenen Regis- tern) erhalten und in einem hochsicheren Datenraum nutzen (vertrauliche Patientenda- ten müssen dabei sicher in Deutschland gespeichert werden). • Durch die sichere Verknüpfung der verschiede- nen Datenquellen kann die Gesundheitsfor- schung ganz konkrete Mehrwerte für die Ge­­ sellschaft auf Basis von Realdaten ableiten. Dies schafft eine wichtige Grundlage für das Entste- hen neuer Geschäftsmodelle in einem rechts- konformen Raum, z. B. spezielle eTriage-Apps. • Das Projekt unterstützt die Nutzung einer dezentral organisierten Datenbasis und leistet damit einen Beitrag zur Datensouveränität. Statt der Gesundheitsdaten werden erstmals die Algorithmen zu den Daten bewegt. Durch Anwendung von Methoden des verteilten Ler- nens (sog. Federated Learning) können sensible Gesundheitsdaten rechtskonform vor Ort ver- arbeitet werden, z. B. direkt im Krankenhaus. Eine sichere, vernetzte und multifunktionale Cloud-Umgebung ermöglicht zudem die Nut- zung neuester KI-Analyse-Methoden. • Das Projekt stellt ebenso die technische Basis für eine individuelle Datenspende bereit, so dass Bürgerinnen und Bürger selbstbestimmt ihre eigenen Gesundheits­daten frei gewählten Partnern zur Verfügung stellen und daran par- tizipieren können, z. B. für Forschungsvorhaben. Paten Prof. Dr. Klemens Budde – Charité – Universitäts- medizin Berlin und Plattform Lernende Systeme Dr. Thomas Schmidt – acatech und Plattform Lernende Systeme 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 31
  • 34. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Die Erhebung von Gesundheitsdaten unterliegt einem grundsätzlichen Paradigmenwandel: Neben der üblichen eher anlassbezogenen Datenerhebung durch Ärzte und Kliniken können Daten heute kontinuierlich auch über „Smart Wearables“ der Patientinnen und Pati- enten gesammelt und ausgewertet werden. • Auf Basis dieser großen, aussagekräftigen Daten- mengen lassen sich hervorragend KI-Algorith- men entwickeln und verfeinern, um kritische Situationen zum Beispiel bei Herzinfarkt­ patienten frühzeitiger als bisher erkennen zu können. • Dazu bedarf es mitunter hunderttausender Lerndatensätze in geprüfter Qualität. Bislang ist es in Deutschland noch nicht gelungen, eine ausreichende Datenmenge aus unter- schiedlichen Quellen (z. B. Krankenhäuser, Arztpraxen, Wearables) zusammenzuführen, um eine kritische Masse für die beschriebenen Anwendungen zu erreichen. • Die Vernetzung der Datenbereiche ermöglicht erst die integrative Analyse. Der Klinik- und Praxisarzt kann auf die Auswertungen zugreifen, der Patient kann auf die eigenen Gesundheits- daten und Analyseergebnisse zugreifen. KI-ANALYSEN von anonymisierten Daten Daten DATEN-CLOUD Resultate Datenbasis für KI Öffentliche Forschungs- daten Patientendaten: Aktivitätsdaten Herz-Kreislauf-Daten App: Gesundheits- Protokoll Wearable Daten im Behandlungskontext KI-ANALYSEN von besonders schützenswerten Daten Behandelnder Arzt Daten im Behandlungskontext Nieder- lassungsarzt ANALYSEN von besonders schützens- werten Daten Anonymi- sierte Daten Abbildung 9: Bedarfsbeispiel: Smart Wearables Quelle: Berlin Institute of Health, Charité – Universitätsmedizin Berlin H: Bessere Gesundheitsvorsorge mit „Smart Wearables“ – wie wir aus Daten lernen können 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X32
  • 35. • Für besonders sensible Daten muss die Daten- speicherung und -verarbeitung in Deutschland oder der EU – teils sogar bei deutschen Anbie- tern – erfolgen. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt schafft die Basis für die Entwick- lung und Nutzung standardisierter Schnittstel- len und einer geeigneten Semantik, um Daten möglichst vieler Akteure gezielt verknüpfen und auswerten zu können. • Stringente und verbindliche Datenklassifizie- rungen sowie zentralisierte Überprüfungen der Ökosystemteilnehmer erleichtern eine DSGVO-konforme Nutzung von Daten im Gesundheitssystem. Die Standards der ver- netzten Dateninfrastruktur können dabei als Vertrauensanker fungieren. • Zudem unterstützt der föderierte Ansatz der vernetzten Dateninfrastruktur den besonde- ren Bedarf des Gesundheitssektors an ver- knüpften Edge-/Cloud-Lösungen: Sensible Daten, die ein Smart Wearable liefert, müssen aus Datenschutzgründen beispielsweise in der Klinik aggregiert und ausgewertet werden können (Edge). Die Auswertungsergebnisse sollen dagegen in der Cloud zusammengeführt werden können, ohne bestimmte Daten dabei teilen zu müssen. • Die Einbindung von Cloud-Speichern in Deutschland oder der EU als GAIA-X-Knoten erlaubt die Ablage von entsprechend sensiblen Daten. • Die Offenheit und die sich daraus ergebende Flexibilität des Projektes ermöglichen die Anbindung existierender (Daten-)Plattformen an weitere Forschungs- und Gesundheitsdo- mänen und internationale Initiativen. Paten Christian Lawerenz und Prof. Dr. Roland Eils – Berlin Institute of Health und Charité – Univer- sitätsmedizin Berlin 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 33
  • 36. 3.3.1.3 Öffentliche Verwaltung und Wissenschaft Auch die öffentliche Verwaltung und Wissenschaft sind in Zukunft wichtige Anwendungsgebiete für Cloud-Lösungen und Cloud-bezogene Dienste. Besondere Anforderungen aus Sicht der deutschen Bundesverwaltung: Eine aktuelle Studie im Auf- trag des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat (BMI) zeigt, dass die öffentliche Verwal- tung derzeit stark von wenigen ausländischen Software-Anbietern abhängig ist. Zukünftige Lösungen müssen sowohl hohe Anforderungen an Informationssicherheit als auch Rechtssicherheit im Rahmen der DSGVO erfüllen, um die digitale Souveränität der Verwaltung zu erhalten. Das Online­zugangsgesetz (OZG) verpflichtet Bund, Länder und Kommunen zudem, ihre Verwaltungsleistungen bis zum Ende des Jahres 2022 auch online anzubieten und ihre Verwaltungsportale zu einem Portalverbund zu ver- knüpfen. Dieser digitale Wandel setzt eine leistungsfähige Cloud-Infrastruktur voraus, die ein hohes Maß an digitaler Souveränität gewährleistet. Das BMI steht einer Nutzung des im Projektrahmen zu entwickelnden Angebots offen gegenüber. Das Ministerium eruiert derzeit Szenarien, welche zukünftig unter folgenden IT-Sicherheits-Rahmen- bedingungen auf der Basis des „Projektes GAIA-X“ umgesetzt werden könnten: 1. Die vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) ausgearbeiteten Regularien, insbesondere „Mindeststandards zur Nutzung externer Cloud-Dienste“, werden eingehalten. GAIA-X-Cloud-Anbieter räumen dem BSI damit ein Prüfungs- und Revisionsrecht ein. 2. GAIA-X-Cloud-Anbieter erfüllen den „BSI-Anforderungskatalog Cloud Computing (C5)“ inklusive Basis- und Zusatzkriterien und weisen dies durch ein Testat nach. 3. Die einschlägigen Module des IT-Grundschutzes werden beachtet und umgesetzt. 4. Für bestimmte Anwendungsfälle wird die ISO 27001-Zertifizierung (auf Basis von IT-Grundschutz) empfohlen. Die Erforderlichkeit ist im Einzelfall zu prüfen. Der Staat tritt in der digitalen Welt nicht nur als Regulierer auf, sondern auch als Anwender. Für Anwendungen in der öffentlichen Verwaltung spielen Sicherheit, Verlässlichkeit, Vertrauen und Transparenz eine entscheidende Rolle. Anwendungen in der Wissenschaft sind vor allem auf eine hohe Leistungsfähigkeit der Infrastruktur und eine breite Datenverfügbarkeit angewiesen. 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X34
  • 38. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Chatbots sind digitale text- oder sprachbasierte Ansprechpartner. Sie sollen Bürgerinnen und Bürgern in Zukunft rund um die Uhr, sieben Tage die Woche einen leichten Zugang zu Leis- tungen der Verwaltung eröffnen. Ihre Aufgabe besteht darin, vor allem Standardfälle zu bear- beiten und somit auch die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Ämter und sonstigen Ver- waltungseinrichtungen zu entlasten. Anträge können dadurch schneller bearbeitet werden. Dies schafft wiederum die Möglichkeit, die Arbeitszeit auf anspruchsvolle Fälle zu fokus- sieren. • Zur Entwicklung von Chatbots werden hoch- wertige Sprach- und Texterkennungsdienste benötigt, die derzeit vor allem von US-ameri- kanischen Hyperscalern angeboten werden. • Die öffentliche Verwaltung unterliegt strengen Anforderungen an Datenschutz und Vertrau- lichkeit bei der Nutzung von Cloud-Diensten. So dürfen die Daten der Bürgerinnen und Bürger etwa nicht außerhalb der landes- bzw. bundeseigenen Infrastruktur gespeichert oder verarbeitet werden. Der Zugriff auf die Daten unterliegt hoheitlich der öffentlichen Verwal- tung und muss den Dienstleistern verwehrt bleiben. Cloud Bearbeitung von Standardfällen 24/7Einsatz in der Verwaltung Entwicklung Datenschutz Kommunikation (z.B.Antragstellung) Abbildung 10: Bedarfsbeispiel: Chatbot in der öffentlichen Verwaltung Quelle: Dataport I: Bürgerservice rund um die Uhr: der Chatbot in der öffentlichen Verwaltung 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X36
  • 39. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt kann die Realisierung von Chat- bots unterstützen, indem es die notwendige Grundlage für eine rechtskonforme Cloud- Umgebung für die Entwicklung und Nutzung von Chatbots in der Verwaltung schafft, in der funktionale KI-Bausteine modular (im Sinne von Function as a Service) mit der behördlichen Infrastruktur zur Datenspeicherung und -ver- arbeitung verknüpft werden können. Patin und Pate Dr. Marianne Wulff und Dr. Derek Meier – Dataport 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 37
  • 40. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Die Weltbevölkerung wächst, der Klimawandel schreitet voran, soziale und demografische Entwicklungen erfordern Antworten. • Bis zum Jahr 2030 werden 70 Prozent der Weltbevölkerung in Städten leben. Satelliten- gestützte Erdbeobachtung liefert eine wichtige Informationsgrundlage für neue Lösungen zur nachhaltigen Stadt- und Raumentwicklung. • Dank frei verfügbarer Satellitendaten ist es prinzipiell möglich, die Dynamik der globalen Urbanisierung zu erfassen. • Deutsche Forschungseinrichtungen sind für ihre Analysen und die Verarbeitung der immensen Datenmengen allerdings auf US- amerikanische kommerzielle Cloud-Anbieter angewiesen. • Diese Abhängigkeit birgt Risiken. Sollten die Anbieter ihre Dienste einstellen, verliert die Forschung leistungsstarke Datenzugänge und spezifische Werkzeuge zur effizienten Verar- beitung von Erdbeobachtungsdaten. Zudem können Forschungseinrichtungen in dieser Konstellation ihr geistiges Eigentum kaum schützen: Ihre Algorithmen zur Datenanalyse liegen auf den Servern der Cloud-Anbieter. • Um konkrete und effektive Lösungen für Stadtentwickler und Entscheidungsträger anbieten zu können, ist es oftmals notwendig, die Satelliteninformationen mit Daten der öffentlichen Verwaltung zu kombinieren und auszuwerten. Der Zugang gestaltet sich auf- grund regulatorischer Hürden bei der Daten- speicherung allerdings schwierig. Es mangelt zudem an geeigneten Schnittstellen. Schnittstelle zur öffentlichen Verwaltung Aggregation frei verfügbarer Satellitendaten Analyse globaler Geodaten zur Städteplanung der Zukunft Space4Cities Abbildung 11: Bedarfsbeispiel: Space4Cities Quelle: DFD, DLR J: Mit Big Data aus dem All die zukunftsfähige Stadt gestalten 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X38
  • 41. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt kann das Problem der notwendigen Datenspeicherkapazitäten nicht lösen, jedoch das Verknüpfen unterschiedlicher Cloud-Teil- nehmer innerhalb eines gemeinsamen Öko- systems unterstützen, in dem ein sicherer und standardisierter Austausch von (europäischen) Daten, Algorithmen, Funktionalitäten und Ergebnissen stattfinden kann. • Der eigentliche Mehrwert liegt in der synergis- tischen Auswertung von Datenbeständen aus der Erdbeobachtung und der öffentlichen Ver- waltung, um Datensilos aufzubrechen und maß- geschneiderte Informationen für die Stadtent- wicklung und/oder für neue digitale Produkte und Geschäftsmodelle (z. B. im Bereich der Sharing Economy oder des öffentlichen Perso- nennahverkehrs) DSGVO-konform anzubieten. Dies trägt zu nachhaltigen Lösungen für die künftige Stadtbevölkerung bei. • Idealerweise könnten aus dem Ökosystem her- aus Alternativen erwachsen, die eine Daten- speicherung auch bei europäischen Anbietern ermöglichen, um damit einen redundanten Zugriff auf besonders relevante Forschungs­ daten zu gewährleisten. Dies könnte zudem das Risiko des Verlusts von geistigem Eigen- tum reduzieren. Paten Dr. Thomas Esch und Julian Zeidler – Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 39
  • 42. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Die biomedizinische Forschung hat sich zu einer datenintensiven Wissenschaft entwickelt: Die Genomsequenzierung generiert in weni- gen Tagen Projektdaten im Terabyte-Bereich. • Die Forschung ist auf eine technische Infra- struktur angewiesen, die sowohl das sichere Speichern großer Datenmengen ermöglicht, als auch eine leistungsfähige Rechnerarchitek- tur für die aufwendige Analyse von Daten im Petabyte-Bereich zur Verfügung stellt. • Um die Entstehung von Krebs in Zukunft bes- ser vorhersagen und die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden datenbasiert unter- stützen zu können, bauen das Deutsche Krebs- forschungsinstitut in Heidelberg und das Ber- lin Institute of Health/Charité derzeit eine Cloud-Plattform zur Speicherung und Analyse von Genomdaten auf. • Diese Forschungsplattform greift dabei auf die vom Bundesministerium für Bildung und For- schung geförderte Cloud der deutschen natio- nalen Bioinformatikinitiative (de.NBI) zurück. Die de.NBI-Cloud bietet eine föderierte und akademische Infrastruktur für deutsche Lebenswissenschaftler. • Eine Herausforderung wird darin bestehen, die Plattform an weitere Forschungs- bzw. Gesundheitsdomänen über Cloud- und Edge- Technologien anzubinden und das Projekt in internationale Vorhaben zu integrieren. K: Den Krebs besiegen – eine Forschungscloud für Genomdaten Genomik-Cloud Genom Plattform 1 Genom Plattform 2Geo-Redundanz Analyse- ergebnisse Genomischer Datenpool Goldstandard-Analysen GAIA-X-Knoten de.NBI cloud Weitere GAIA-X-Knoten Föderierte Cloud an sechs Standorten Abbildung 12: Bedarfsbeispiel: Eine Forschungscloud für Genomdaten Quelle: Berlin Institute of Health, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Deutsches Krebsforschungszentrum 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X40
  • 43. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt ermöglicht einen sicheren und DSGVO-konformen Zugang zu Daten ver- schiedener Akteure im Gesundheitswesen durch zentralisierte Überprüfungen der ent- sprechenden GAIA-X-Knoten. • Die Möglichkeit zur Integration von Anbietern leistungsstarker (Infrastruktur-)Komponenten und performanter Berechnungs- und Analyse- funktionen in das GAIA-X-Netzwerk sowie deren Erreichbarkeit für verschiedene Anwen- der versprechen Zeit-, Kosten- und Effizienz- vorteile durch die Nutzung von Skalierungs­ effekten. • Die Offenheit und die sich daraus ergebende Flexibilität ermöglichen die Anbindung exis- tierender (Daten-)Plattformen an weitere For- schungs- und Gesundheitsdomänen und inter­ nationale Initiativen. So ist zum Beispiel auch ein einfacherer Zugang zur und eine stärkere Nutzung der de.NBI-Cloud möglich, etwa auch im Zusammenhang mit künftigen Förderpro- jekten, die auf der GAIA-X-Architektur auf­­ setzen. • Durch die Möglichkeit zur Integration von Daten über einzelne Domänen hinweg (z. B. Bilddaten, klinische Informationen) bietet das GAIA-X-Netzwerk das Potenzial zur Realisie- rung von komplexeren integrativen Analysen innerhalb der personalisierten Medizin zum Wohle der Patientinnen und Patienten. Paten Christian Lawerenz, Prof. Dr. Roland Eils und Jürgen Eils – Berlin Institute of Health und Charité – Universitäts­medizin Berlin Peter Lichter und Ivo Buchhalter – Deutsches Krebsforschungszentrum 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 41
  • 44. Praxisbeispiel und aktuelle Herausforderungen • Durch die fortschreitende Digitalisierung in allen Bereichen erhöht sich die Verfügbarkeit von Daten dramatisch. Die Analyse dieser Daten mit Hilfe von (u. a.) KI und Simulatio- nen ermöglicht z. B. die Darstellung von Klima- oder Verkehrsmodellen oder auch anderer Szenarien mit hoher Komplexität und hohem Datenvolumen wie im Finanz- (z. B. Entdeckung von Betrugsszenarien), Gesund- heits- (Genom-Analyse) oder Industriesektor (Optimierung von Lieferketten). • Zur Durchführung dieser Berechnungen wer- den kurzfristig sehr hohe Rechenleistungen benötigt, wie sie „High Performance Compu- ter“ (HPC) zur Verfügung stellen. Eine – sich entwickelnde – Technologie ist hierbei das Quantum Computing (momentan: Quantum- Simulatoren), welches für bestimmte Problem- stellungen eine Vervielfachung der Leistung verspricht. • Während die HPC und Quantencomputer in vielen Bereichen neue Möglichkeiten eröffnen, ist es für viele potenzielle Anwender nicht möglich, in entsprechende Systeme zu inves- tieren – da diese nur teilweise ausgelastet wären und durch die schnellen Innovationszy- klen nur eine geringe Nutzungsdauer haben. • Denkbar wäre jedoch eine gemeinsame Nut- zung durch verschiedene Anwender über ein Infrastruktur- und Service-Modell, das ein hohes Maß an (Daten-)Sicherheit garantiert und den Zu- bzw. Abfluss der notwendigen Daten sowie eine Trennung von anderen Diensten steuert. Erste Ansätze solcher „Sha- ring-Modelle“ gibt es in der Forschung (geteilte „Supercomputer“), allerdings sind diese Kapazitäten etwa für Anwender aus der Industrie nur schwer zugänglich und es exis- tiert kein kommerzielles Betriebsmodell. HPC as a Service Start-ups KMU Forschung Temporäre Anwender Abbildung 13: Bedarfsbeispiel: High Performance und Quantum Computing „as a Service“ Quelle: ATOS L: Datenbasierte Innovation: High Performance und Quantum Computing „as a Service“ 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X42
  • 45. Welchen Mehrwert bietet das „Projekt GAIA-X“? • Das Projekt kann einen breiten Zugang zu HPC- und Quanten-Fähigkeiten „as a Service“ bieten. Damit können auch weitere (außerhalb der öffentlichen Forschung operierende) Anwender HPC für KI, Modellierung und Simulationen verwenden und die Ergebnisse sicher speichern. Updates und Wartung wer- den vom Anbieter übernommen. • Aufgrund zunehmender Nutzung können HPC-Services kostengünstiger angeboten wer- den, weil die mengen­mäßige Auslastung steigt und die Deckungsbeiträge stärker über die Menge erzielt werden können. • Das Projekt kann als Basis für branchenüber- greifende und abgesicherte Datenmarktplätze eine ideale Umgebung zum Betrieb von HPC schaffen, in der Anwender jederzeit die Souve- ränität über ihre Daten behalten. Pate Klaus Ottradovetz – Atos 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X 43
  • 46. 3.4 Mehrwert aus Anbieterperspektive Das „Projekt GAIA-X“ stärkt mit seiner vernetz- ten Dateninfrastruktur die Chancen deutscher und europäischer Anbieter, ihre Cloud- und Rechenzentrumsangebote weiterzuentwickeln, auszubauen und zu skalieren. Die verbesserten Möglichkeiten, marktgerechte, innovative und maßgeschneiderte Angebote auf den Markt zu bringen, werden die Investitionstätigkeit erhö- hen. Europäische Anbieter werden von dem pro- gnostizierten Marktwachstum profitieren. Grundlage hierfür ist die Etablierung eines stan- dardisierten Datenaustauschs zwischen verschie- denen Sicherheitsdomänen und die Datenhoheit über eigene Systemgrenzen hinaus. Die modu- lare Integration von Angeboten und Dienstleis- tungen, die flexible Nutzung der Infrastrukturen sowie die Möglichkeit, Funktionen zu den Daten in unterschiedlichen Domänen zu bringen, begünstigen die Entstehung neuer, innovativer Produkte und Dienstleistungen. Europäische Start-ups und andere Unternehmen werden in diesem Ökosystem neue Aktivitäten entfalten können. Durch den Open-Source-Charakter wie dem offenen Zugang für Kleinstanbieter können sich auch Nischenprodukte und -dienstleistun- gen etablieren. Mit dem Projekt werden einzelne Angebote zusammen in eine homogene Struktur über- führt. Die unterschiedlichen Angebote gewinnen am Markt an Sichtbarkeit und können sich damit auch besser mit ihren Stärken im Wettbe- werb profilieren. Auf den drei Ebenen der Wertschöpfungskette gibt es insbesondere folgende Anbieterkategorien: • Infrastruktur: Rechenzentren, Edge-Rechen- zentren, Internet Service Provider, Software- defined Wide Area Network (SD-WAN), Internet- Knoten und Interconnection sowie Carrier, • Cloud- und IT-Systeme: Cloud-Anbieter, Hoster, Managed Service Provider (MSP), • Services und Plattformen: Plattformanbieter, IDS, AI as a Service, Systemintegratoren. Die vernetzte Dateninfrastruktur ermöglicht auf allen drei Ebenen die Entstehung erheblicher Synergieeffekte. Die dezentralen Strukturen mit qualitätsgesicherten Verbindungswegen und Mechanismen zur Einbindung und Vernetzung von Industrie- und Dienstleistungsstandorten sind hierbei entscheidende Faktoren. Innovative, skalierbare und am Bedarf der europäischen Wirtschaft und Industrie ausgerichtete Service- angebote „made in Europe“ werden entstehen. Der offene Charakter der vernetzten Dateninfra- struktur bietet zugleich Zugang auch für Nischenanbieter. Folgende Vorteile können Anbieter realisieren: • durch größere Reichweite neue Kundengrup- pen gewinnen, • ihr Umsatzpotenzial durch den Aufbau eines Partnernetzwerks, durch strategische Positio- nierung und Marketing sowie Erweiterung ihres Serviceportfolios mit neuen innovativen Angeboten erhöhen, • ihre Kosteneffizienz durch gemeinsame Nut- zung der vernetzten Infrastruktur verbessern und • ihre Prozesse bei der Abwicklung von Aufträgen mit GAIA-X-Services verbessern. 3. LÖSUNGSANSATZ GAIA-X44
  • 47. Das vorliegende „Projekt GAIA-X“ wurde von den im Anhang genannten Ministerien, Unternehmen und Institutionen ausgearbeitet und hat hierbei breite Zustimmung gefunden. Wir sind überzeugt: Unser „Projekt GAIA-X“ bietet die richtigen Ant- worten auf die Herausforderungen der neuen globalen Datenökonomie. Diese Offenheit für neue, forschungsintensive und risikobehaftete Konzepte ist ein wesentlicher Beitrag für die künftige Wettbewerbsfähigkeit unseres Modells. Unser Ziel ist es, für Europa, seine Staaten, seine Unternehmen und seine Bürgerinnen und Bürger die nächste Generation einer europäischen Daten­ infrastruktur zu entwickeln. Wir verstehen die vernetzte Dateninfrastruktur daher als Wiege eines offenen und transparenten digitalen Öko- systems, in dem Daten und Dienste verfügbar gemacht, zusammengeführt und vertrauensvoll geteilt werden können. In den vergangenen Monaten haben wir das Projekt gemeinsam gesteuert und in drei ein- zelnen Workstreams vorangetrieben. Die Anwenderperspektive und Anwendungsfälle des Workstream 1 finden sich vorwiegend im Kapitel 4 dieses Dokumentes. Die Ausgestal- tung der technischen Grundlagen wurde maß- geblich in Workstream 2 bearbeitet, sie hat ebenfalls Eingang in Kapitel 4 gefunden. Die Themen und die Organisationsstruktur finden sich zudem im Anhang. Aus Workstream 3 wurde die Kommunikation und Verzahnung des Projektes mit europäischen Partnern und der Europäischen Kommission geleistet, zudem wurde hier der Organisationsvorschlag zur Umsetzung des Projektes erarbeitet. 4. Ausblick 45
  • 48. Wir wollen das Projekt nun in feste Strukturen überführen. Gemeinsam laden wir interessierte europäische Partner zur Teilnahme an und Fort­ entwicklung des Projektes bzw. zu dessen Flankie- rung ein. Gleiches gilt für diejenigen internatio- nalen Partner, die unsere Ziele Datensouveränität und Datenverfügbarkeit teilen. Um dies zu errei- chen, streben wir eine Verstetigung des „Projektes GAIA-X“ in Form einer Organisation mit Rechts- fähigkeit an, deren Ziel die Förderung und Um­­ setzung einer europäischen Dateninfrastruktur ist. Diese Organisation wird insbesondere die Er­­ arbeitung der Referenzarchitektur der vernetzten Dateninfrastruktur vorantreiben sowie für die Festlegung und Spezifizierung der technischen Anforderungen und des Regelwerks der Datenin- frastruktur verantwortlich sein. Auch über den künftigen Namen der Organisation, der Daten­ infrastruktur und deren Produkte sollen die Gründungspartner entscheiden. Folgende Kriterien müssen dabei insbesondere erfüllt sein: Im Einklang mit den Zielen muss die Organisation für Partner aus vielen verschiedenen Ländern attraktiv und offen sein. Ihre Arbeits- weise muss effizient und transparent sein. Ihre Aufgaben sind, eine Referenzarchitektur zu ent- wickeln, Standards zu definieren sowie Kriterien für Zertifizierungen und Gütesiegel vorzugeben. Die Organisation muss wirtschaftlich arbeiten können und ein tragfähiges Geschäftsmodell implementieren. Dazu muss sie auch Unterorga- nisationen für bestimmte Geschäftszwecke grün- den können. Eine Möglichkeit wäre die Gründung einer Euro- päischen Genossenschaft (SCE), an der sich inte­ ressierte Partner beteiligen und einbringen können. Im Sinne der das Projekt prägenden Offenheit und Anschlussfähigkeit laden wir inte- ressierte europäische Partner, gerade aus Frank- reich, ein, in den kommenden Wochen auf dieser Basis mit uns weiterzudenken. Die Gründung soll möglichst zügig (Frühjahr 2020) erfolgen. Die Zusammenarbeit der Teilnehmer in der Organi- sation und auf der Infrastruktur bedarf eines Governance-Modells. Wir werden die dazu nöti- gen Abstimmungen und Konzeptualisierungen vorantreiben. Die erste Validierung der technischen Umset- zung auf Basis der Anwendungsgebiete erfolgte bereits. Wir werden die technische Umsetzung kraftvoll vorantreiben und schnellstmöglich erste Anwendungsfälle umsetzen. Neben der Gründung planen wir die zügige Fertigstellung eines ersten Tests des technischen Konzepts im zweiten Quartal 2020 („Proof of Concept“) sowie den Start des Livebetriebs zum Ende des Jahres 2020 mit den ersten Anbietern und Anwendern. 4. AUSBLICK46
  • 49. Weitere Hintergrundmaterialien und Informa­ tionen zum „Projekt GAIA-X“ sind auf der Home- page www.daten-infrastruktur.de verfügbar. Unter­nehmen und Organisationen, die sich für die Mitwirkung am Projekt interessieren, können auch direkt über data-infrastructure@bmwi. bund.de mit den Verantwortlichen in Kontakt treten. 5. Anlagen Technologie-Board Der Workstream erarbeitet die technologischen Grundlagen für eine digitale Infrastruktur hinsichtlich der Softwareinfrastruktur, Netze sowie perspektivisch Hardware. Das Board erarbeitet dabei Grundüberzeugungen als Leitplanken und berücksichtigt die in WS1 und WS3 erarbeiteten Rahmenbedingungen zur Formulie- rung eines technischen Lösungskonzepts. CTO Office Die Cloud-Architektur-Experten im CTO Office valideren die Ergebnisse aus den AGs. Sie definieren und delegieren neue Aufgaben an die AGs. AG 1 – Software Architektur Die AG definiert die technischen Anforderungen und die daraus resultierende funktionale Architektur sowie Schnittstellen. Daraus werden ebenso die spezifischen Sicherheitsanforderungen ausgearbeitet. Ziel ist die Erarbeitung eines generellen Architekturkonzeptes für die benötigte Softwareinfrastruktur. AG 6 – Testimplementierung Die AG testet die erarbeitete Architektur mit den Anforderungen aus einem Use-Case in einer Testumgebung. Themenspektren der Prototypen: 1.) Datenablage Dropbox-ähnliches System für Dateiablage und -austausch Ziel: erste Evaluierung der Gesamt- architektur bei überschaubarem Funktionsumfang. Erster Test von Berechtigungs- und Sicherheits- mechanismen. 2.) Edge Cloud Industrie-Szenario mit Edge- Rechenzentrum und Maschinendaten Ziel: erste Evaluierung des Zusammen- spiels von Cloud und Edge, Test der Echtzeitfähigkeit, ggf. Zusammenspiel mit 5G (Campus-Netz). 3.) Machine Learning High-Performance-Szenario mit Machine Learning und Big Data Case Ziel: Evaluierung eines größeren Cloud-Szenarios, mit hohen Anforderungen an Datenvolumen, Datentransfer und Rechenleistung. AG 2 – Operational Technology Die AG definiert das notwendige Rechenzentrum-Backend (Hardware, RZ, Netzwerk) und erarbeitet Themen im Bereich Kühlung Energie und definiert die Anforderungen an die Rechenzentrumssicherheit. AG 3 – Storage Compute Netz Die AG definiert Anforderungen für einen Knoten im Bereich der Netzwerktechnologie und der Hardwaresicherheit. AG 4 – Zertifizierung Lizenzierung Die AG validiert die notwendigen Open-Source-Komponenten und die Eigenschaften des aufzubauenden Repository und definiert die Bausteine für ein Zertifizierungs- und Lizenzierungssystem. AG 5 – Product Board Aus einer Kundenperspektive definiert die AG die Anforderungen an eine Selbst- beschreibung der Knoten und erarbeitet die domänespezifischen Servicebausteine. Abbildung 14: Arbeitsstruktur Technologie Quelle: BMWi 47
  • 50. Die Grundlage für den Aufbau einer vernetzten Dateninfrastruktur auf Basis europäischer Werte wurde auf Initiative der Plattform Industrie 4.0 und im Auftrag folgender Personen erarbeitet: • Peter Altmaier (Bundesminister für Wirtschaft und Energie) • Dr. Roland Busch (Siemens AG) • Jörg Hofmann (IG Metall) • Prof. Dr. Henning Kagermann (Global Representative and Advisor Plattform Industrie 4.0) • Anja Karliczek (Bundesministerin für Bildung und Forschung) • Prof. Dieter Kempf (Bundesverband der Deutschen Industrie e. V.) • Christian Klein (SAP SE) • Bernd Leukert (Deutsche Bank AG) • Prof. Dr. Friedhelm Loh (Friedhelm Loh Stiftung Co. KG/German Edge Cloud) • Dr. Frank Melzer (Festo AG Co. KG) • Rolf Najork (Robert Bosch GmbH) • Claudia Nemat (Deutsche Telekom AG) • Prof. Dr.-Ing. Reimund Neugebauer (Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.) • Henrik A. Schunk (SCHUNK GmbH Co. KG. Spann- und Greiftechnik) • Karl-Heinz Streibich (acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.) 6. Mitwirkende Personen 48
  • 51. Die Konzeption und Ausarbeitung dieses Dokuments erfolgten in enger Kooperation durch: • Dr. Maximilian Ahrens (Deutsche Telekom AG) • Fabian Biegel (SAP SE) • Marco-Alexander Breit (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie) • Dr. Andreas Fier (Deutsche Telekom AG) • Michael Jochem (Robert Bosch GmbH) • Mirco Kaesberg (Robert Bosch GmbH) • Dr.-Ing. Fabian Kohler (Bundesministerium für Bildung und Forschung) • Dr. Thomas Lange (acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.) • Prof. Dr. Boris Otto (Fraunhofer-Institut für Software und Systemtechnik) • Dr. Carsten Polenz (SAP SE) • Prof. Dr. Peter Post (Festo AG Co. KG) • Dr. Sebastian Ritz (German Edge Cloud, ein Friedhelm Loh Group Unternehmen) • Ernst Stöckl-Pukall (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie) • Harald A. Summa (DE-CIX Group AG) • Dr. Herbert Zeisel (Bundesministerium für Bildung und Forschung) 496. MITWIRKENDE PERSONEN