Nick Gehrke Peer-to-Peer-Applikationen fiir elektronische Markte WIRTSCHAFTSINFORMATIK Nick Gehrke Peer-to-Peer-Applikationen fiir elektronische Markte Perspektiven Hir eine hochgradig dezentralisierte digitale Wirtschaft Mit einem Geleitwort von Prof. Dr. Matthias Schumann Deutscher Universitats-Verlag Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet iiber <http://dnb.ddb.de> abrufbar. Dissertation Universitat Gottingen, 2003 1. Auflage April 2004 Aile Rechte vorbehalten © Deutscher Universitats-Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2004 Lektorat: Ute Wrasmann / Britta Gohrisch-Radmacher Der Deutsche Universitats-Verlag ist ein Unternehmen von Springer SciencetBusiness Media. www.duv.de Das Werk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede Vervvertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verla.9s unzulassig und strafbar. Das gilt insbe sondere fUr Vervielfaltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Umschlaggestaltung: Regine Zimmer, Dipl.-Designerin, Frankfurt/Main Gedruckt auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier ISBN-13:978-3-8244-2181-7 e-I SBN-13: 978-3-322-81238-4 001: 10.1007/978-3-322-81238-4 Geleitwort Peer-to-Peer Applikationen spielen seit einigen Jahren eine wachsende Rolle in Theorie und Praxis. Da Peer-to-Peer Systeme grundsatzlich ein anderes DV-Verarbeitungsparadigma als Client-Server-Systeme verwenden, bietet das Thema ein breites Spektrum an theoretischen und wissenschaftlichen Fragestellungen. Gleichzeitig sind Peer-to-Peer Systeme, etwa in Form von Filesharing-Systemen, breiten Kreisen der Offentlichkeit bekannt und zuganglich. Insofern wird das Thema Peer-to-Peer dem Anspruch der Wirtschaftsinformatik gerecht, theoretische und praktische IT -Fragestellungen anwendungsorientiert zu verknOpfen. In der vorliegenden Arbeit werden jedoch nicht nur technische Fragestellungen von Peer-to-Peer Anwendungen behandelt, sondern die Analyse konzentriert sich stets auch auf Cikonomische Anwendungsgebiete bzw. daraus resul tierende mCigliche Geschaftsmodelle, um eine BrOcke zur Wirtschafts informatik zu schlagen. Der GescMftsmodelibezug von Peer-to-Peer Sys temen ist bisher in der Literatur nur vereinzelt diskutiert worden, sod ass die vorliegende Arbeit bezOglich dieser Themenstellung erste Ergebnisse liefern kann. Die Arbeit diskutiert drei Themenbereiche, die die Themen "Peer-to-Peer" und "elektronische Marktplatze" verbinden: Filesharing, Peer-to-Peer basierte Marktplatze und Grid Computing. Bei jedem dieser Themen werden markt orientierte Allokationskonzepte und der dezentrale Charakter eines ent sprechenden Peer-to-Peer Systems verbunden bzw. geeignete GescMfts modelle entwickelt. Um die entwickelten Konzepte nicht nur rein theoretisch darzustellen, werden an einigen Stellen Software-Prototypen beschrieben, die die Realisierbarkeit der beschriebenen Peer-to-Peer Systeme demonstrieren. Nachfolgende wissenschaftliche Arbeiten sollten in naher lukunft die softwareseitige Weiterentwicklung der geschilderten Peer-to-Peer Systeme zum liel haben, um die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse weiter in die Praxis zu verlagern. Matthias Schumann Vorwort Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Peer-to-Peer Systemen im Zu sammenhang mit elektronischen Markten. Die Idee zu dieser Themenstellung ergab sich im Jahre 2001 im Rahmen meiner Mitarbeit in der Forschungs gruppe "Innovative Technologien und Architekturen" am Institut fOr Wirt schaftsinformatik, Abteilung II der Georg-August-Universitat Gottingen. Die Arbeit wurde im Dezember 2003 von der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakul tat der Georg-August-Universitat Gottingen als Dissertation angenommen. Meinem Doktorvater, Herrn Prof. Dr. Matthias Schumann, mochte ich fOr die Gestaltungsfreiheit und die Unterstotzung wahrend der Erstellung der Arbeit danken. Herrn Prof. Dr. Jorg Biethahn gebOhrt mein Dank fOr die MOhe, die ihm aus der Rolle des Zweitgutachters erwachsen ist. Den statistischen Teil im Rigorosum hat Herr Prof. Dr. Zucchini freundlicherweise Obernommen. Weiterer Dank gilt allen Kolleginnen und Kollegen am Institut, die mich fachlich unterstotzt haben, und den von mir betreuten Diplomanden, die mir wertvolle Hinweise liefern konnten. 1m Besonderen mochte ich mich bei meinen beiden studentischen Hilfskraften, Herrn Arne Nohre und Herrn Lutz Seidenfaden, be danken, die mich wah rend meiner gesamten Promotionszeit begleitet und sehr bei der Entwicklung von Software-Prototypen unterstotzt haben. Nicht zuletzt bedanke ich mich auch bei meiner Freundin Anja fOr die gemeinsame Zeit wahrend der Promotion und bei meinen Eltern, die stets grol1tes Interesse an meiner personlichen und beruflichen Entwicklung gezeigt haben. Nick Gehrke Inhaltsubersicht Einleitung 2 Peer-to-Peer Grundlagen 3 Entwicklung von kommerziellen Peer-to-Peer Anwendungen 4 Peer-to-Peer basierte Markte und Geschaftsmodelle fOr digitale Guter 5 Dezentralisierung von elektronischen Markten mit Peer-to-Peer Technologien 6 Peer-to-Peer Grid-Computing 7 Zusammenfassung und Ausblick In haltsverzeich nis 1 Einleitung .................................................................................................... 1 1.1 Problemstellung ................................................................................... 1 1.2 Gang der Untersuchung und Zielsetzung der Arbeit ........................... 3 1.3 Forschungsmethodik ........................................................................... 5 2 Peer-to-Peer Grundlagen ........................................................................... 7 2.1 Peer-to-Peer - Eine Paradigmendiskussion ........................................ 9 2.2 Der Peer-to-Peer Begriff .................................................................... 15 2.3 Peer-to-Peer Architekturen ................................................................ 17 2.3.1 Pure Peer-to-Peer Architektur ...................................................... 18 2.3.2 Brokered Peer-to-Peer Architektur. .............................................. 19 2.3.3 Hybride und hierarchische Peer-to-Peer Architekturen ............... 20 2.4 Voraussetzungen fOr Peer-to-Peer Computing ................................. 21 2.4.1 Peer-to-Peer "Gesetze" ................................................................ 21 2.4.2 Peer-to-Peer Innovationszyklus ................................................... 24 2.5 Peer-to-Peer Anwendungsfelder ....................................................... 25 2.5.1 Filesharing .................................................................................... 25 2.5.2 Instant Messaging ........................................................................ 26 2.5.3 Collaborative Working .................................................................. 27 2.5.4 Grid-Computing ............................................................................ 28 2.6 Peer-to-Peer Technologien ................................................................ 29 2.6.1 Technologien im Zusammenhang mit Peer-to-Peer Anwendungen .............................................................................. 30 2.6.1.1 XML. .......................................................................................... 30 2.6.1.2 Web Services ............................................................................ 31 2.6.1.3 Corba und RMI .......................................................................... 35 2.6.2 Technologien fOr Peer-to-Peer Applikationen .............................. 36 2.6.2.1 JXTA ......................................................................................... 36 2.6.2.2 Microsoft .NET .......................................................................... 41 2.6.2.3 Weitere Peer-to-Peer EntwicklungsunterstOtzung .................... 42 2.7 Aktuelle und zukOnftige Forschungsbestrebungen ........................... .42 3 Entwicklung von kommerziellen Peer-to-Peer Applikationen ............. 46 3.1 Einleitung ........................................................................................... 46 3.2 Motivation und Forschungsbedarf ..................................................... 46 XII Inhaltsverzeichnis 3.3 Begriffsdefinitionen ............................................................................ 47 3.4 Anforderungen an ein Peer-to-Peer Framework ............................... 48 3.5 Verhaltnis zu anderen Peer-to-Peer Technologien ........................... 50 3.6 Konzept. ............................................................................................. 51 3.6.1 Peer-to-Peer Architektur des Frameworks ................................... 51 3.6.2 Servicehierarchie ......................................................................... 52 3.6.2.1 Obersicht ................................................................................... 52 3.6.2.2 Sicherheit innerhalb des Peer-to-Peer Frameworks ................. 56 3.6.2.3 Kommunikation innerhalb des Frameworks .............................. 57 3.6.2.4 Zentral orientierte Services ....................................................... 59 3.6.2.4.1 Basic Framework Indexservices ......................................... 59 3.6.2.4.1.1 Userindexer ................................................................... 59 3.6.2.4.1.2 Serviceindexer ............................................................... 60 3.6.2.4.1.3 Ressourcenindexer ....................................................... 61 3.6.2.4.1.4 Peerindexer ................................................................... 62 3.6.2.4.1.5 Berechtigungsindexer. ................................................... 63 3.6.2.4.2 Basic Framework Services im Zusammenspiel .................. 68 3.6.2.4.3 Value Added Framework Services ...................................... 70 3.6.2.4.4 Basic Application Services und Value Added Application Services .............................................................................. 70 3.6.2.5 Peer orientierte Services ........................................................... 71 3.6.3 Servicearchitektur ........................................................................ 71 3.6.3.1 Grundsatzliche Systemarchitektur ............................................ 72 3.6.3.2 Framework Klassen .................................................................. 73 3.6.3.3 Service Introspektion und Prasentation .................................... 77 3.6.3.4 Serviceaufruf ............................................................................. 79 3.7 Zusammenfassung der Besonderheiten von Peer-to-Peer Applikationen ..................................................................................... 80 4 Peer-to-Peer basierte Markte und Geschaftsmodelle fOr digitale GOter ...................................................................................... 82 4.1 Problemstellung ................................................................................. 82 4.2 Gang der Untersuchung .................................................................... 83 4.3 Grundbegriffe ..................................................................................... 85 4.3.1 Filesharing .................................................................................... 85 4.3.2 Digital Rights Management .......................................................... 87 4.4 Analyse des Raubkopierproblems ..................................................... 91 !!.In!!.!h,,,,al!.!.>ts!.!.v~er,-=z~ei~chC!!.n.!.!.!is~ ___________________- -,XIlI 4.4.1 Empirische Befunde ..................................................................... 91 4.4.2 Theoretischer Modellrahmen ....................................................... 95 4.4.2.1 Ziele des theoretischen Modells ............................................... 95 4.4.2.2 Mikrookonomische Analyse ...................................................... 96 4.4.2.2.1 Marktmodelle fOr Informationsgoter .................................... 96 4.4.2.2.2 Modellierung eines InformationsgOtermarktes .................... 99 4.4.2.2.3 Verbreitung des Informationsgutes durch Raubkopieren .... 99 4.4.2.2.4 Verbreitung des Informationsgutes durch Kauf ................. 103 4.4.2.2.5 Gesamtmodell als Synthese ............................................. 105 4.4.2.3 Modellschlussfolgerungen ...................................................... 107 4.4.2.3.1 Preis-Absatz Funktion in einem Informationsmarkt .......... 107 4.4.2.3.2 Produktphasen .................................................................. 110 4.4.2.3.3 Der optima Ie Preis eines Informationsgutes ..................... 113 4.4.2.3.4 GegenObersteliung ............................................................ 114 4.4.2.4 Modellkritik .............................................................................. 115 4.5 Kommerzielle Peer-to-Peer Distribution digitaler GOter ................... 116 4.5.1 Existierende Geschaftsmodelle fOr digitale Musik ..................... 117 4.5.1.1 Begriffsdefinition ..................................................................... 117 4.5.1.2 Music Service Provider ........................................................... 118 4.5.1.3 Peer-to-Peer basierte Geschaftsmodelle ................................ 121 4.5.1.4 Superdistribution ..................................................................... 123 4.5.2 Konzeptionelle Entwicklung eines Geschaftsmodells ................ 123 4.5.2.1 Anforderungen ........................................................................ 123 4.5.2.2 Ausgestaltung eines Peer-to-Peer basierten Geschaftsmodells ................................................................... 126 4.5.2.2.1 Konzeptionelle Beschreibung des Geschaftsmodells ....... 127 4.5.2.2.2 Ausgestaltung des Geschaftsmodells ............................... 128 4.5.2.2.2.1 Urheberrechte und VergOtung von Rechteinhabern ... 129 4.5.2.2.2.2 Produkt- und Servicequalitat.. ..................................... 131 4.5.2.2.2.3 Mehrwertfunktionen ..................................................... 134 4.5.3 Technische Aspekte des Geschaftsmodells .............................. 136 4.5.3.1 Abwicklung einer Transaktion ................................................. 137 4.5.3.1.1 Akteure, Variablen und Funktionen ................................... 138 4.5.3.1.2 Transaktionsvorbereitung und Benutzeranmeldung ......... 139 4.5.3.1.3 Suchanfrage ...................................................................... 139 4.5.3.1.4 Inhaltetransfer ................................................................... 140