Empirical Findings and Design Approaches for the Use of Distributed Ledger Technologies in Supply Chains

by Christian Finke
Cumulative thesis
Date of Examination:2025-10-29
Date of issue:2025-11-03
Advisor:Prof. Dr. Matthias Schumann
Referee:Prof. Dr. Matthias Schumann
Referee:Prof. Dr. Manuel Trenz
Referee:Prof. Dr. Waldemar Toporowski
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11606

 

 

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Abstract

English

Due to the complexity of modern supply chains (SCs), coordination and communication among numerous value-creation partners are required. This, in turn, necessitates resilient and transparent systems to manage disruptions and ensure the reliable provision of goods. Unforeseen disturbances such as pandemics, geopolitical conflicts like wars, or ecological constraints reinforce this need for solutions by requiring resilient, transparent, and sustainable value networks capable of meeting regulatory requirements and societal expectations. Against this background, Distributed Ledger Technology (DLT) can address communication inefficiencies, traceability gaps, and compliance challenges in SCs through its inherent properties such as immutability, transparency, and smart-contract automation. However, since DLT is a technology that emerged only in 2008 with the Bitcoin blockchain, existing knowledge on its application in SCs is limited in research and practice. This dissertation addresses this gap by deriving design-oriented expertise for deploying DLT in SCs. Initially, a literature review conducted as part of the dissertation demonstrates that existing research has focused predominantly on sector-specific prototypes and technical concepts. This resulted in a lack of generalizable insights, practice-oriented implementation strategies, and systematic governance considerations. Building on these findings, five complementary research contributions conducted within the dissertation address the identified research gaps. First, suitable application areas for DLT in the SC context were identified, followed by the formulation of success factors and technological and organizational adoption barriers. These insights are drawn, among other sources, from literature and failed practical projects such as TradeLens and Serai. Finally, design-oriented studies, which comprise a prototype for customs processes and an interview study, translated the dissertation’s findings into 19 design recommendations for implementing DLT in SCs. These recommendations encompass technical implementation and operational model considerations, given that a DLT must be jointly operated and utilized by multiple SC parties. The results demonstrate that successful DLT applications depend not solely on technical feasibility but on governance structures, incentive mechanisms, and regulatory embedding. Accordingly, this work provides both theoretical contributions for advancing existing frameworks and practical design recommendations for the incremental implementation of decentralized system architectures in SCs. The dissertation concludes with an outlook on future research, particularly the integration of DLT with Internet-of-Things and Electronic Data Interchange systems.
Keywords: Distributed Ledger Technology; Supply Chain; Design Science Research

German

Die Komplexität moderner Lieferketten erfordert die Koordination und Kommunikation einer Vielzahl an Wertschöpfungspartnern und benötigt somit resiliente und transparente Systeme, um Störungen effektiv zu bewältigen und eine verlässliche Versorgung sicherzustellen. Diese Notwendigkeit wird angesichts von unvorhergesehenen Störungen wie Pandemien, geopolitischen Konflikten wie Kriegen oder ökoligischer Rahmenbedingungen noch verstärkt und erfordert widerstandsfähige, transparente und nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke, um sowohl regulatorische Anforderungen als auch gesellschaftliche Erwartungen zu erfüllen. Vor diesem Hintergrund bietet die Distributed-Ledger-Technologie (DLT) durch Eigenschaften wie Unveränderlichkeit, Transparenz und Automatisierung über Smart Contracts das Potential, Kommunikationsineffizienzen, mangelnde Nachvollziehbarkeit sowie Defizite bei der Compliance-Prüfung in SC überwinden zu können. Da es sich bei DLTs jedoch um eine Technologie handelt, die erst im Jahr 2008 mit der Bitcoin-Blockchain aufkam, ist das vorhandene Wissen zum DLT-Einsatz in Lieferketten in Forschung und Praxis zum aktuellen Zeitpunkt begrenzt. Die vorliegende Dissertation adressiert dies und leitet gestaltungsorientiertes Wissen für den Einsatz von DLTs in Lieferketten her. Eingangs zeigt eine Literatur-Analyse als Teil der Dissertation, dass die Forschung bislang eine Fokussierung auf sektorspezifische Prototypen und technische Konzepte aufweist, Dies führt dazu, dass generalisierbare Erkenntnisse, praxisorientierte Implementierungs¬strategien und systematische Governance-Überlegungen weitestgehend fehlen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen adressieren fünf komplementäre, im Rahmen der Dissertation durchgeführte Forschungsbeiträge diese identifizierten Forschungslücken. Hierfür werden zuerst sinnvolle Einsatzgebiete für eine DLT im SC-Kontext erfasst und anschließend Erfolgsfaktoren sowie Barrieren für die technologische sowie organisatorische Einführung formuliert. Diese Erkenntnisse werden u. a. aus der Literatur sowie gescheiterten Praxisprojekten wie TradeLens oder Serai erhoben. Abschließend erfolgen gestaltungsorientierte Studien, die einen Prototypen für Zollprozesse sowie eine Interviewstudie umfassen und die identifizierten Erkenntnisse der Dissertation in 19 Gestaltungsempfehlungen zur Einführung von DLTs in Lieferketten überführen. Diese umfassen hierbei nicht nur die technische Implementierung, sondern auch Gestaltungswissen für das Betriebsmodell einer DLT, da diese von mehreren Lieferkettenparteien gemeinsam betrieben und genutzt werden muss. Die Ergebnisse zeigen somit, dass erfolgreiche DLT-Anwendungen nicht allein von technischer Machbarkeit, sondern vor allem von Governance-Strukturen, Anreizmechanismen und regulatorischer Einbettung abhängen. Damit liefert die Arbeit sowohl theoretische Beiträge zur Weiterentwicklung bestehender Rahmenwerke als auch praxisorientierte Gestaltungsempfehlungen für die schrittweise Einführung dezentraler Systemarchitekturen in Lieferketten. Die Dissertation schließt mit einem Ausblick auf zukünftige Forschung, insbesondere der Integration von DLT mit Internet-of-Things- und Electronic-Data-Interchange-Systemen.
 
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