基于专利的区块链技术发展现状与竞争态势分析*

黄海峰 刘 辉

（北京工业大学经济与管理学院，北京100124）

2019年10月25日，习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时强调“把区块链作为核心技术自主创新重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展”［1］。区块链技术近来受到广泛关注，基于区块链的多元化应用正在大量涌现，并范围覆盖多方面领域，如金融服务、医疗、人工智能以及监管等。区块链技术是中国未来在科学研究、科技创新、供应链金融科技以及投资应用方面的前景技术之一［2，3］。

区块链是数字加密货币（例如：比特币）的核心机制，作为交易与经济领域的技术工具，区块链技术（Blockchain technology）最早是在2008年由中本聪（Satoshi Nakamoto）第一次提出来；为解决“点对点”数字货币交易中的假币问题，一个分布式、加密安全、不可篡改、共识验证的区块链被设计出来［4］。区块链技术具有去中心化、持久性、匿名性、加密性以及可审核性等关键特性，可通过集成几个核心技术来达成在分散环境中工作的目的，比如加密散列、数字签名（基于非对称加密）和分布式协商一致机制，可以使交易以一种分散的方式进行，因此区块链大大节省了成本，提高了效率。

此外，区块链技术正成为下一代互联网交互系统中最有前景的技术之一，如智能合约、公共服务、物联网（The Internet of Things）和信息安全服务［5-8］。由于区块链允许在没有任何银行或任何中介的情况下完成支付，因此它可以用于各种金融服务，如数字金融、供应链金融管理、数字汇款和资产交易［9，10］。区块链是比特币和其他虚拟回购的核心技术，是一个开放的分布式账本，可以高效、可验证和永久地记录双方之间的交易［11］。同时，区块链技术作为安全交易数据库的可行性保证，可以记录投票和审核投票结果［12］。精准扶贫识别、养老科技创新以及医疗技术等新兴领域同样也是区块链技术的服务对象。

综上，研究区块链技术对于国家掌握未来区块链技术的发展趋势与核心研究焦点，推进科技技术与实体经济深度融合，促进产融结合，为解决“小散短高（规模小、主体散、周期短与频次高）”中小企业融资难以及为供应链管理提供技术支撑，使中国占据创新制高点具有重要意义。因此，对区块链技术的发展现状以及国际竞争态势进行分析从国家战略层面上来说具有现实意义。基于此，本文确立如下研究思路：一是采用德温特专利数据库（Derwent Innovation Index，DII），利用德温特数据分析软件（Derwent Data Analyzer，DDA）对专利数据进行清洗和整理，并进行可视化呈现，从而识别区块链技术发展阶段、主要竞争国家或地区和主要专利权人；二是应用区块链专利数据识别技术关注热点、核心技术领域以及分析技术发展趋势；三是从专利质量、专利活动等几方面进行国际竞争态势分析；最后，根据研究结果，为提升我国在区块链技术领域的综合竞争力提出对策建议。

1 研究设计

本文将研究框架（图1）分为三部分：第一部分，确定有关区块链技术的检索表达式，并在德温特专利数据库对相关数据下载和整理。第二部分，首先分析区块链技术的发展现状，主要包括：发展阶段分析、主要竞争国家/地区对比和主要专利权人对比分析，然后对区块链的热点技术和核心技术领域进行识别，发现主要竞争国家/地区的整体研究趋势及差异，最后进行国际竞争态势研究，综合评价分析主要竞争国家/地区在专利质量和专利活动层面的国际竞争态势。第三部分，针对目前区块链技术问题、国际竞争差异以及发展趋势提出相应的政策建议。

图1 研究框架Fig.1 Research framework

2 数据来源与检索方式

本文采用DII对区块链技术领域的专利数据进行检索下载。针对区块链技术（Blockchain technology，BT），查阅大量文献与研究成果，尝试利用关键词匹配方法进行检索。为避免因检索词组合过多或过于复杂而导致后续分析出现偏差，本文借鉴乔鹏程［13］的检索式，并结合检索准确性原则，将TS=（“blockchain”）作为检索策略的表达式，检索日期为2019年9月13日。为了提高准查率，将下载的数据经过人工筛选并剔除包含细胞学、医药学等国际专利分类（International Patent Classification，IPC）的相关噪声专利，最终获得专利数量3660件，基于以上结果借助DDA软件进行以下可视化分析。本文中所提到的专利数量均指代专利申请数量。

3 区块链技术发展现状分析

3.1 区块链技术发展阶段分析

本文将3660件区块链技术专利按申请年份（按优先权日）进行统计，并得到全球区块链技术专利申请量的趋势。由图2可知，2014年及之前，全球区块链技术领域相关专利的申请量比较平稳，年均申请量不超过15件，属于萌芽期。2014年后，区块链技术迈入快速发展时期，其年度专利申请数量呈现倍数增加趋势，2017年专利申请量为936件，2018年区块链技术专利申请数量达到1518件。因专利从申请到公开存在18个月滞后期，2018与2019年的数据仅作参考。

图2 区块链技术专利申请数量逐年变化趋势Fig.2 Annual change in the number of blockchain technology patents' applications

3.2 主要竞争国家/地区对比分析

3.2.1 专利申请量对比

一般来说，专利优先权国家或地区是指专利申请组织或个人将其原创技术或发明首次在某国/地区提出的专利申请，这反映了该国或地区的技术创新能力和科技领域的前进方向［14］。图3是区块链技术专利申请数量排名TOP5国家/地区的占比统计图。截至2019年9月，根据最早优先权国家或地区的统计，在区块链技术领域中，中国、美国是该技术领域的主力军，其中中国在专利申请数量的整体占比大于50%，截至目前中国在区块链技术领域的专利申请数量排名第一。根据图3来看，中国的专利数量占比约是美国的两倍，并且专利数量远高于其他竞争国家/地区，说明中国在区块链技术研发方面拥有良好基础。

图3 主要竞争国家/地区专利申请总量Fig.3 Total patent applications in major competitors

3.2.2 H指数国际竞争对比分析

H指数被定义为H项专利每项被引频次至少为H次，而剩下的专利被引频次均少于H次，则称该专利组合为H指数，H指数越高，表示专利的影响力/竞争力越大，H指数可以说明某国/地区在某项技术领域的核心竞争力［15］。本文利用Python编程计算主要竞争国家/地区的H指数，并进行可视化呈现，结果见图4。

图4 主要竞争国/地区技术研发竞争力Fig.4 Competitiveness of technology research development in major competitors

通过图4可以看出美国的H指数领先于其他各个国家/地区，说明美国在区块链技术的影响力与核心竞争力最强。结合图3，虽然中国的专利申请数量大于美国，但是其专利的影响力与竞争力并不高，其H指数值小于美国的H指数，与英国相等，说明我国应加大区块链技术的研发投入和创新力度，提高核心技术竞争力。韩国与中国台湾的H指数都为1，均处于主要竞争五大国家/地区最小值。

3.3 主要专利权人专利申请数量对比分析

将德温特下载的区块链技术专利数据导入至DDA中，得到专利数量排名TOP10的专利权人与其拥有的专利总量，结果见表1。

表1 主要区块链技术专利权人专利数量排名统计Tab.1 Ranking statistics on patents of major blockchain technology patentees

由表1可知，专利数量排名前10的专利权人主要来自中国和美国，其中我国专利权人在区块链技术上专利申请量总和最多，主要经营范围大多属于互联网信息科技类。TOP10的专利权人中有6家专利权人组织/企业属于中国，这说明区块链技术研发主要集中在中国，目前中国在区块链技术领域方面具有良好的创新基础。

4 区块链技术热点与核心技术识别分析

4.1 区块链技术热点识别与国家/地区对比分析

4.1.1 区块链技术热点识别分析

各个国家/地区的科技进步需要密切关注某技术领域的热点，本部分通过选取排名前10的IPC技术表示国家或地区对区块链技术的关注热点，结果见表2。由表2可直观看出：排名第1的热点技术主要集中在金融、管理等领域的数据处理系统；其次，排名第2与第3的技术分别是数字信息传输与电数字数据处理。根据结果，将各国/地区关注的热点技术分为五类：第一类是数据处理类，如金融、管理等数据处理系统与数据识别；第二类是通信类，如图像通信和无线通信网络；第三类是交通控制类；第四类是计算机系统类；第五类是核算设备类，如投票及彩票设备。

表2 全球区块链技术专利数量TOP10的IPC技术Tab.2 Global number of blockchain technology patents TOP10 IPC technology

4.1.2 主要竞争国家或地区热点技术专利申请对比分析

图5为专利数量拥有量排名前5的竞争国家/地区在排名TOP10的IPC专利技术拥有情况。通过分析专利的IPC分类号，可以清楚地看出主要技术的关注热点，这有助于分析出国家及区域在热点技术领域占领技术市场、抢占技术制高点的潜在竞争力。

图5 全球整体与主要竞争国家/地区区块链技术领域Top10 IPC分布Fig.5 Overall and major competitors in blockchain technology Top10 IPC distribution

根据图5，从全球整体来看，排名前三的热点技术专利数量均超过1000件，分别是：G06Q（金融、管理或预测方面的数据处理系统）、H04L（数字信息传输）与G06F（电数字数据处理），以下针对这三个技术热点领域进行国际竞争态势分析。

中国在金融、管理或预测方面的数据处理系统、数字信息传输以及电数字数据处理技术领域的专利数量最多，说明目前我国区块链技术研发处于前沿方向，基础较好，比较有优势，但是中国在基于特定计算模型的计算机系统技术领域存在短板，仍需进一步提高。其次，美国在金融或预测等数据处理系统以及数字信息传输方面的专利数量排名第二，但缺乏对电数字数据处理技术的重视。在排名前三的热点技术领域上，英国、韩国和中国台湾的专利数量均不足100件，其对热点技术的关注度较为薄弱。

整体上G06Q领域专利数量最多，各国/地区都将其作为技术关注焦点，此领域中我国与美国研发较为活跃，我国在一定程度上领先于美国，但美国在G06Q领域的占比较大，具有潜在竞争力，并且我国与美国的专利数量要远高于英国、韩国以及中国台湾。第二受关注的热点技术领域H04L，中国和美国差距不大，但我国实力要高于美国，两国的专利数量同样都远高于其他竞争国家或地区，但中国要略胜一筹。对于G06F领域，中国、英国与韩国均作为关注的热点技术，但美国与中国台湾在此领域缺乏一定的竞争力。

4.2 核心技术领域识别

本文结合德温特DII手工代码对区块链技术核心领域进行分析。核心专利是衡量国家/地区核心技术领域的重要指标［16］，是具有重要经济价值的专利，本文借鉴以往研究定义核心技术领域为被引频次较高的专利，这是由于被引频次可以直接反映出该项专利在某个领域的影响力［17，18］，被引频次越高则该项专利越有价值，通过对核心专利的分析可以看出国家/地区在核心技术领域的竞争态势，从而使国家/地区重视该项核心技术，加大对其的研发投入，从而占据全球竞争优势地位。根据普赖斯计算公式确定核心专利［19］，截至2019年9月13日，区块链技术专利最高被引用次数为26次，定义M=0.749×=0.749×=3.8（结果保留整数），因此将被引频次不少于4次的专利作为核心专利，并进行核心技术领域识别竞争态势分析。

表3 区块链核心技术领域识别Tab.3 Identification of blockchain core technology areas

由表3可知，被引用频次最高的是美国LESAVISH公司于2016年申请的主题用途为：为区块链的安全和隐私提供至少额外的层以及用于加密货币交易的专利。目前，区块链技术在科技赋能供应链金融领域正在成为全球焦点，其中主要涉及的核心技术领域为：T01-J05B4P（数据库应用）；T01-N01A1（金融科技系统）；T01-N01D3A（云计算）；T01-N03A2（搜索引擎）。

接着通过对DII手工代码进行分析，识别出区块链技术主要核心领域：1）数据库应用与管理（T01-J05B4P、T01-J05B4M）；2）数据加密和解密（T01-D01、T01-N02B1D、T01-N02B1B）；3）信息安全（T01-J12C）；4）金融科技系统（T01-N01A1）；5）数据信息传输（T01-N01D、U14-A08B）；6）互联网商业以及行政（T01-N01A3、T01-J05A、T01-N01A2）。另外，通过对比专利权人所属国/地区进行分析，发现掌握大多数核心技术的专利权人多集中于美国，中国在核心技术领域方面与美国还存在一定的差距，因此中国仍要加强核心技术领域的研发投入力度，紧跟科技创新带动发展的趋势之路。

图6 TOP10专利权人的技术主题分布Fig.6 Top10 patentees' technical theme distribution

4.3 主要专利权人技术主题布局对比分析

为分析不同技术领域的专利权人以及对其所涉及的专利布局进行分析，图6为主要TOP10专利权人的技术主题分布统计。本部分将对涉及技术领域比较全面的三个公司或组织进行分析，由图6可知，阿里巴巴集团控股有限公司主要研发布局为G06Q（金融或预测方面的数据处理系统）、H04L（数字信息传输）以及G06F（电数字数据处理）；国际商用机器公司（IBM）的主要布局为G06Q（金融或预测方面的数据处理系统）、H04L（数字信息传输）以及G06F（电数字数据处理）；平安科技有限公司主要技术布局是G06Q（金融、管理或预测方面的数据处理系统）、G06F（电数字数据处理）。

综上，根据图6可知，技术领域涉及比较全面的三家公司均集中在中国和美国，中、美企业区块链技术领域的研发布局是：金融、管理或预测等方面的数据处理系统、数字信息的传输以及电数字数据处理。

4.4 区块链技术发展趋势分析

许多研究利用专利数据来分析某个技术领域当前及未来的技术发展趋势［20］，通过对区块链技术专利近三年首次使用和不再出现的DII手工代码进行分析，从而得到区块链技术近三年的新兴技术与衰败技术。

表4 近三年区块链技术发展趋势Tab.4 Blockchain technology trends in the last three years

通过表4可知未来区块链技术领域的发展趋势。首先，近三年首次出现的主题词即新兴技术有：T01-N02A1A9（域名系统（DNS）、网络标识和通用资源定位器（URL））、T01-E01B（特殊字符检测、选择）、T01-J03（统计数据评估系统）、W01-A04A2（循环重复信号识别系统）、T01-F01C（微指令选择的地址形成）、T01-J05A2M（广告与营销推广）、T01-J11A1（拼写/字典、语法检查、解析）、T05-G03（监视事件发生概率系统设备）、T05-F（投票和彩票应用与随机数生成）、T01-J05B4B（关系数据库）。近三年不在出现的主题词即衰败技术有：X22-X06F（障碍物测量距离）、A12-H08（机械工程密封件）、X21-B01E（设别运行电池更换/租赁）、X22-E04D（驾驶行为/制度监测）、W04-F01L（信号反复制和复制标记）与S05-P（医疗信息与模拟工具系统）。

通过整合上述区块链技术热点、核心技术与新兴技术，发现区块链技术发展趋势有以下几方面：一是数据加密与信息安全，这将加深用户隐私安全；二是推进区块链技术应用到科技供应链金融领域，提高投融资效率，降低交易成本；三是数据库管理，区块链作为去中心化、多方合作的分布式数据库，将可信地实现数据共享、点对点的价值传输；四是投票决策与市场预测，可有效运用到企业股东投票决策以及通过记录特定事件对市场进行预测。

5 区块链技术国际竞争态势分析

5.1 主要竞争国家/地区的综合竞争力对比分析

国家/地区的综合竞争力的判别是由各国的专利活动和专利质量共同组成的评价指体系构成。本文对国家专利活动的衡量与以往研究不同，以往的研究衡量专利活动的指标过于单一，例如仅用专利占有率进行评价，而本文在以往研究的基础上增加相对专业指数（Relative Specialisation Index，RSI）这一评价指标，与专利占有率共同作为专利活动的综合评价指标。RSI指数代表了某个国家/地区对于某项技术领域的重视程度与投入力度，若某国在某技术的RSI指数越大，则表示该国家对于该项技术领域的重视度越高，同时RSI指数也说明了未来该国在该技术领域的潜在专利活动态势［21］。评价体系指标构成列于表5中。

表5 专利活动与专利质量的组合指标概述Tab.5 The indicators of patent activity and patent quality

考虑到因为各项指标的计算过程存在差异，因此对所有结果进行标准化处理，结果见表6。

同时，为了更加直观地观察主要竞争国家/地区分别在专利活动与专利质量上的对比，对专利活动与专利质量进行了可视化呈现，见图7与图8。

图7 主要竞争国家专利活动指标值Fig.7 The indicator value of patent activity in the major competitors

图8 主要竞争国家及地区专利质量指标值Fig.8 The value of patent quality index in the major competitors

由图7可知，中国专利活动总体排名第一，从区块链专利数量TOP10的专利权人多集中于中国可以看出，中国在区块链技术的研发活动占据份额比较大，研发比较活跃，其RSI指数和专利占有率处于五国/地区中最大值，这说明中国对区块链技术的重视度远高于其他各国/地区。其次，美国专利活动排名第二，其专利占有率仅次于中国，美国与中国台湾地区的RSI指数差距不大，都略低于中国，说明美国与中国台湾同样重视区块链技术的研发；专利活动排名第三的是中国台湾，专利占有率与英国、韩国差距不大；英国的专利活动排名第四，其RSI指数低于美国、中国台湾，但大于韩国；韩国的专利活动排名第五，且其专利占有率最低，说明其对于区块链技术的研究并不活跃。

根据图8，美国在区块链技术领域的专利质量水平最高，通过核心技术识别发现区块链技术多数核心技术领域主要由美国掌握，除技术范围与国际范围外，其核心专利数量与合作专利数量均是五大国家/地区中最大值；我国区块链技术的专利质量位居第二，其技术范围领处于五大国家/地区最大值，在核心专利数量上仅次于美国，与美国差距不大，但大于英国、韩国与中国台湾，但国际范围是五国/地区中最小值，其中国家范围小与缺乏核心专利数量是我国专利质量仅次于美国的主要原因；英国在专利质量上位居第三，其国家范围处于五大国家/地区最大值，其核心专利数量大于韩国但小于中国；中国台湾专利质量排名第四，核心专利数量上有所欠缺；专利质量排名最低的是韩国。

5.2 国家/地区综合竞争地位对比分析

结合专利活动与专利质量两项指标综合评价主要竞争国家/地区技术的综合竞争力，通过将专利质量与专利活动的数据整理进行可视化呈现，并将各国/区域综合竞争地位分为四个等级，分别是：技术领导者，潜在竞争者，技术活跃者以及技术落后者，并以二维矩阵图的形式展示出来，结果见图9，图中纵轴表示专利质量，横轴则表示专利活动。

由图9可知，中国、美国落在技术领导者区域，相对于其他主要竞争国家/地区，无论是在专利质量还是专利活动都处于领先地位，但是美国的专利质量领先于中国，我国与美国存在一定的差距，但我国的专利活动高于美国，我国对于区块链技术的研发较活跃。英国、韩国与中国台湾地区属于技术落后者，对于区块链技术的重视度不高，并且专利活动较低，研发不活跃，专利质量也落后，但中国台湾处于技术活跃者的边缘。

图9 主要竞争国家/地区综合竞争力二维矩阵图Fig.9 Two-dimensional matrix of integrated competitiveness in major competitors

6 结论与建议

本文以德温特数据库中的区块链技术专利数据作为研究对象，采用DDA软件对专利数据进行可视化呈现，从而研究主要竞争国家/地区在区块链技术领域的竞争态势以及区块链技术的发展现状，从技术热点、核心技术领域以及综合竞争地位三方面对主要竞争国家/地区进行态势分析。结合以上内容，同时针对我国在区块链技术上面临的问题与差距，可以得到如下结论，并提出相应的对策建议。

1）通过对区块链技术发展现状分析，发现区块链技术处于快速发展时期，专利数量持续增加。中国的专利申请数量最多，美国专利申请数量第二，但美国区块链技术核心竞争力最强，我国与其存在一定差距，有待进一步提升。为此，中国应该加强区块链技术领域的研发投入，提升国际核心竞争力，应特别重视具有核心竞争力技术的研发资金投入，全面推进研究成果转化为专利技术，把握技术发展前沿，占据创新制高点。区块链领域排名前十的专利权人多集中于中国，对于这些公司/机构，建议我国给予相关的技术咨询、资金支持和优惠政策，使其形成具有国际核心竞争力和中国特色的区块链技术研发主体。

2）通过识别区块链技术关注热点，发现：区块链技术关注热点分为五大类，分别为数据处理类、通信类、交通控制类、计算机系统类以及核算设备类，其中我国在金融、管理或预测方面的数据处理系统与数字信息传输热点技术领域具有一定优势，但在特定计算机系统领域的研发存在不足，因此针对以上热点技术领域，中国应加大热点技术的研发强度与重视力度，特别是在数据处理类优势领域，我国要保持此领域的态势优势，抓住机遇，实现技术突破，拓宽研发的广度和深度，注重寻找新的发展路径紧跟世界科技创新发展趋势，减少科技系统性风险，提高国家影响力。

3）在区块链核心技术领域中，掌握多数核心技术的专利权人基本集中在美国，中国在核心技术领域上存在短板，这与我国拥有的专利数量最多不相衬，所以从长期看，为了避免“卡区块链核心技术研发脖子”，中国应加强对核心技术的重视力度与研发资金投入，同时建议我国高等院校与研究机构重点关注核心技术与热点技术领域，特别是高校应重点加强这些领域学科建设，为相关核心技术领域培养人才，唯有如此，中国才能缩小与美国等掌握多数核心技术国家/区域的差距。

4）随后利用德温特手工代码识别新兴技术与衰败技术，并与热点技术与核心技术相结合，得到区块链技术的未来发展趋势，区块链技术的发展趋势主要有四方面：数据加密与信息安全、科技赋能供应链金融、数据库管理以及投票决策与市场预测。中国应顺应区块链技术的发展趋势，推进区块链等先进核心技术前沿布局，对于新兴技术应尽早开展相关研究，对于如：数据加密与信息安全和科技赋能供应链金融方面，建议我国领域带头的公司/组织例如阿里巴巴，在区块链研发上朝这些方面发展，争取在区块链新兴技术占据科技创新制高点。

5）通过构建专利活动与专利质量组合评价指标，对比分析主要竞争国家/地区的综合竞争地位，发现：我国与美国均属于技术领先者，英国和韩国属于技术落后者，中国台湾处于技术活跃者边缘，实力不容小觑。虽然中国属于技术领先者，但专利质量上，我国落后于美国，与其存在一定差距，位居第二。专利活动上，中国领先于其他主要竞争各国/地区，美国位居第二，韩国最弱。故我国应在高质量技术领域进行重点布局，提升区块链技术的内在价值与质量，同时建议国家相关机构或组织增加国家自然或社会科学基金项目，一是提升我国在区块链技术国际上的影响力与核心竞争力，二是为区块链等技术的创新途径提供一定理论支撑。