Reconciling Data Verifiability and Sovereignty in Digital Sustainability Infrastructures

Titelangaben

Babel, Matthias:
Reconciling Data Verifiability and Sovereignty in Digital Sustainability Infrastructures.
Bayreuth , 2025 . - VII, III, 74 S.
( Dissertation, 2025 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)

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Abstract

Digital technologies have become pervasive, permeating nearly every aspect of the modern world. The ongoing process of datafication, which can be defined as the conversion of real-world activities into digital representations, is a major phenomenon in contemporary society and industry. In light of the pressing environmental challenges that currently exist, the growing availability of data has significant potential to support transformative sustainability efforts. Consequently, the nascent discipline of Digital Sustainability explores the potential of information systems to support environmental, economic, and social sustainability objectives. In this context, digital infrastructures play a crucial role in enabling the exchange of sustainability-related information across diverse actors, sectors, and geopolitical boundaries. The significance of this paradigm shift is underscored by concrete applications, including the need for proof-of-origin for electricity, decentralized redispatch of flexible energy assets, and the adoption of digital product passports for circular supply chains. However, the implementation of such applications exposes a fundamental structural deficiency. While they are contingent on verifiable data, which refers to the capacity to independently validate its authenticity, integrity, and context for effective decision-making, transparency, and regulatory compliance, a cohesive and integrated infrastructure to support such verifiability remains deficient. To address this limitation, data sovereignty, which describes the ability to control, manage, and share one's own data, emerges as a pivotal enabler. While verifiable data frequently exists, it often remains isolated within proprietary databases or subject to unilateral access controls, impeding its utilization and integration across diverse platforms and applications. The concept of data sovereignty has been identified as a significant solution to this challenge, as it facilitates the equitable and transparent dissemination of data across various use cases, particularly in contexts where environmental objectives are at stake. Consequently, the design of digital infrastructures must prioritize the promotion of verifiability and sovereignty. The application of data is contingent upon its reliability and fairness, both of which are contingent upon the presence of these qualities. This dual objective will serve as a foundational framework for promoting environmental, economic, and social sustainability in an integrated and equitable manner. This thesis explores the design of digital infrastructures that collectively support data verifiability and data sovereignty in sustainability-related use cases. The development of these patterns draws upon emerging technologies from the Web3 ecosystem, including self-sovereign identity, zero-knowledge proofs, blockchain, and token-based data representations. The result is a set of architectural patterns that facilitate trustworthy, privacy-preserving, and decentralized data sharing. The research is founded on a design-oriented Information Systems perspective and synthesizes insights from seven research papers. Across a range of use cases, including proof-of-origin for electricity, decentralized redispatch, and digital product passports, the thesis demonstrates the potential for verifiability and sovereignty to be realized in tandem. This approach contributes to a more comprehensive understanding of digital infrastructures as socio-technical foundations of sustainability transitions. Instead of regarding sovereignty as a compromise to verifiability, this work asserts that both sovereignty and verifiability are indispensable for inclusive, reliable, and forward-thinking digital ecosystems.

Abstract in weiterer Sprache

Digitale Technologien sind inzwischen allgegenwärtig und durchdringen nahezu alle Bereiche der modernen Welt. Der fortschreitende Prozess der Datafication, definiert als Darstellung realweltlicher Aktivitäten in digitale Repräsentationen, stellt ein zentrales Phänomen der heutigen Gesellschaft und Industrie dar. Angesichts der bestehenden drängenden Umweltprobleme bietet die zunehmende Verfügbarkeit von Daten erhebliches Potenzial zur Unterstützung transformativer Nachhaltigkeitsbemühungen. Infolgedessen befasst sich das aufkommende Forschungsgebiet der digitalen Nachhaltigkeit (Digital Sustainability) mit den Möglichkeiten von Informationssystemen, ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeitsziele zu unterstützen. Dabei spielen digitale Infrastrukturen eine entscheidende Rolle, da sie den Austausch nachhaltigkeitsbezogener Informationen zwischen unterschiedlichen Akteuren, Sektoren und über geopolitische Grenzen hinweg ermöglichen. Die Bedeutung dieses Paradigmenwechsels wird durch konkrete Anwendungen verdeutlicht, darunter Herkunftsnachweise für Strom, die dezentrale Netzsteuerung (Redispatch) flexibler Energieanlagen sowie die Einführung digitaler Produktpässe in zirkulären Lieferketten. Jedoch offenbart die Umsetzung solcher Anwendungen eine grundlegende strukturelle Schwäche: Obwohl sie auf verifizierbaren Daten beruhen, also auf Daten, deren Authentizität, Integrität und Kontext für eine effektive Entscheidungsfindung, Transparenz und regulatorische Konformität unabhängig validierbar sind, fehlt es bislang an einer zusammenhängenden und integrierten Infrastruktur zur Unterstützung dieser Verifizierbarkeit. Um diese Einschränkung zu adressieren, erweist sich Datensouveränität, die Fähigkeit, die eigenen Daten zu kontrollieren, zu verwalten und zu teilen, als entscheidender Faktor. Zwar existieren häufig verifizierbare Daten, doch verbleiben diese oftmals isoliert in proprietären Datenbanken oder unterliegen einseitigen Zugangsbeschränkungen, was ihre Nutzung und Integration über unterschiedliche Plattformen und Anwendungen hinweg erschwert. Das Konzept der Datensouveränität wird dabei als zentrale Lösung dieses Problems angesehen, da es eine gerechte und transparente Verbreitung der Daten über verschiedene Anwendungsfälle hinweg ermöglicht, insbesondere in Kontexten, in denen ökologische Ziele verfolgt werden. Daher muss das Design digitaler Infrastrukturen explizit die Förderung von Verifizierbarkeit und Souveränität in den Mittelpunkt stellen. Die Nutzung von Daten setzt deren Zuverlässigkeit und Fairness voraus, Eigenschaften, die wiederum von der Präsenz dieser Qualitäten abhängig sind. Diese doppelte Zielsetzung bildet eine Grundlage zur Förderung ökologischer, ökonomischer und sozialer Nachhaltigkeit in einer integrierten und gerechten Weise. Diese Dissertation untersucht das Design digitaler Infrastrukturen, die gemeinsam die Verifizierbarkeit und Souveränität von Daten in nachhaltigkeitsbezogenen Anwendungsfällen unterstützen. Die Entwicklung dieser Muster stützt sich auf aufkommende Technologien des Web3-Ökosystems, einschließlich Self-Sovereign Identity, Zero-Knowledge Proofs, Blockchain und tokenbasierter Datenrepräsentationen. Das Ergebnis ist eine Reihe architektonischer Muster, welche einen vertrauenswürdigen, datenschutzfreundlichen und dezentralisierten Datenaustausch ermöglichen. Die Forschung basiert auf einer gestaltungsorientierten Perspektive der Wirtschaftsinformatik und integriert Erkenntnisse aus sieben Forschungsartikeln. Anhand verschiedener Anwendungsfälle, darunter Herkunftsnachweise für Strom, dezentraler Redispatch und digitale Produktpässe, verdeutlicht die Dissertation, dass Verifizierbarkeit und Souveränität gleichzeitig realisiert werden können. Dieser Ansatz trägt zu einem umfassenderen Verständnis digitaler Infrastrukturen als soziotechnische Grundlagen für Nachhaltigkeitstransitionen bei. Anstatt Souveränität als Kompromiss zur Verifizierbarkeit zu betrachten, zeigt diese Arbeit, dass sowohl Souveränität als auch Verifizierbarkeit unverzichtbar für inklusive, zuverlässige und zukunftsorientierte digitale Ökosysteme sind.