基于专利的区块链技术发展现状及竞争态势分析

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黄海峰,刘辉. 基于专利的区块链技术发展现状与竞争态势分析[J].世界科技研究与发展,doi:10.16507/j.issn.1006-6055.2019.10.011.

黄海峰、刘辉（北京工业大学经济管理学院）

摘要：区块链是国家核心技术自主创新的重要突破口。 分析区块链技术的发展现状和竞争格局，对国家科技创新发展具有重要意义。 本文基于德温特数据库，首先识别技术发展阶段、主要竞争国家/地区和主要专利权人，然后从技术焦点和核心技术领域的角度分析国际竞争态势，最后采用专利组合评估指标和国家层面确定主要竞争国家/地区的综合竞争地位。 研究发现，区块链技术正处于高速发展阶段； 我国在金融、管理等数据处理系统、数字信息传输热点技术等方面具有竞争优势，但美国在重大核心技术领域实力雄厚，专利技术具有核心竞争力； 我国和美国在技术上都处于领先地位。 我国专利活动最强，美国次之。 但美国的专利质量高于我国，我国专利质量存在短板。 最后针对我国存在的问题提出了对策建议。

关键词：区块链技术； 专利分析； 比赛情况； 发展趋势

doi:10.16507/j.issn.1006-6055.2019.10.011

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的重要突破口，加快发展区块链技术和产业创新”。 区块链技术近期受到广泛关注，大量基于区块链的多元化应用层出不穷，涵盖金融服务、医疗、人工智能、监管等各个领域。 区块链技术是我国未来在科学研究、技术创新、供应链金融科技、投资应用等方面的发展前景之一。 区块链是数字加密货币（如：比特币）的核心机制。 区块链技术（Blockchain technology）作为交易和经济学领域的一种技术工具，最早由中本聪于2008年提出。 为了解决“点对点”数字货币交易中的假币问题，设计了分布式、加密、不可篡改、共识验证的区块链。 区块链技术具有去中心化、持久性、匿名性、加密和可审计性等关键特性。 它通过集成加密哈希、数字签名（基于非对称加密）和分布式共识机制等多项核心技术比特币的发展现状与前景分析，可以达到在去中心化环境下工作的目的，交易可以去中心化的方式进行，因此区块链大大节省了成本并提高效率。 此外，区块链技术正在成为下一代互联网交互系统中最有前途的技术之一，如智能合约、公共服务、物联网（The Internet of Things）和信息安全服务等。

由于区块链可以在没有任何银行或任何中介机构的情况下完成支付，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。 区块链是比特币和其他虚拟回购的核心技术，是一种开放的分布式账本，可以高效、可验证和永久地记录双方之间的交易。 同时，区块链技术作为安全交易数据库的可行性保障，可以记录投票和审核投票结果。 精准扶贫识别、养老科技创新、医疗科技等新兴领域也是区块链技术的服务对象。 综上所述，研究区块链技术，有助于国家把握未来区块链技术的发展趋势和核心研究重点，促进科技与实体经济的深度融合，促进产融结合。 分散、短周期、高频）”中小企业融资困难，为供应链管理提供技术支持，对我国占据创新制高点具有重要意义。因此，分析其发展具有现实意义基于国家战略视角下的区块链技术现状和国际竞争态势，本文确立了以下研究思路：一是利用Derwent Innovation Index（DII）和Derwent Data Analyzer（DDA）对专利数据进行清洗整理并可视化呈现，从而识别区块链技术的发展阶段、主要竞争国家或地区、主要专利权人；二是应用区块链专利数据识别技术关注点、核心技术领域，分析技术发展趋势；三是从专利质量、专利活动等方面分析国际竞争态势；f 最后，根据研究结果，提出提高我国在区块链技术领域综合竞争力的对策建议。

1 研究设计

本文将研究框架（图1）分为三个部分：第一部分确定与区块链技术相关的检索表达式，并在德温特专利数据库中下载整理相关数据。 第二部分首先对区块链技术的发展现状进行分析，主要包括：发展阶段分析、主要竞争国家/地区对比、主要专利权人对比分析，然后识别区块链的热点技术和核心技术领域，发现整体研究主要竞争国家/地区的趋势和差异，最后进行国际竞争态势研究，从专利质量和专利活动等方面综合评价和分析主要竞争国家/地区的国际竞争态势。 第三部分针对当前区块链技术问题、国际竞争差异和发展趋势提出相应的政策建议。

2 数据来源及检索方法

本文使用DII检索和下载区块链技术领域的专利数据。 对于区块链技术（Blockchain technology，BT），查阅大量文献和研究成果，尝试使用关键词匹配的方法进行检索。 为避免后续分析因搜索词过多或组合过于复杂而出现偏差，本文借鉴乔鹏程的搜索公式，结合搜索精度原则，采用TS=("blockchain")作为表达式检索策略，检索日期为2019年9月13日。为提高检索准确率，对下载数据进行人工筛选，剔除噪声专利，包括细胞学、医学等国际专利分类（IPC）相关噪声专利，最终获得专利3660件。 基于以上结果，使用DDA软件进行如下可视化分析。 本文所称专利数是指专利申请数。

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

本文按申请年份（按优先权日）统计了3660件区块链技术专利，得出全球区块链技术专利申请趋势。 从图2可以看出，2014年之前，全球区块链技术领域相关专利申请量较为稳定，年均申请量不超过15件，属于萌芽期。 2014年以后比特币的发展现状与前景分析，区块链技术进入快速发展期，每年专利申请量呈倍数增长趋势。 2017年申请专利936件，2018年申请区块链技术专利1518件。 由于专利申请与公布之间有18个月的滞后期，2018年和2019年的数据仅供参考。

3.2 主要竞争国家/地区对比分析

3.2.1专利申请对比

一般而言，专利优先国家或地区是指专利申请人组织或个人首次在某一国家/地区就其原创技术或发明提出的专利申请，反映技术创新能力和进步方向国家或地区的科学技术领域。 图3为区块链技术专利申请量TOP5国家/地区占比统计图。 截至2019年9月，根据最早优先国家或地区统计，在区块链技术领域，中国和美国是该技术领域的主力军，中国整体专利申请占比大于50% . 目前，中国在区块链技术领域的专利申请量位居第一。 从图3可以看出，中国的专利数量大约是美国的两倍，专利数量远高于其他竞争国家/地区，表明中国在区块链技术研发方面具有良好的基础.

3.2.2 H指数国际竞争对比分析

H指数定义为H项专利每项至少被引用H次，其余专利被引用次数均少于H次，则该专利组合称为H指数，H指数越高，该专利的影响力越大强度/竞争力越大，H指数可以表示一个国家/地区在某一技术领域的核心竞争力。 本文使用Python编程计算主要竞争国家/地区的H-index，并进行可视化。 结果如图 4 所示。

从图4可以看出，美国的H指数领先于其他国家/地区，表明美国在区块链技术方面的影响力和核心竞争力最强。 结合图3，虽然我国专利申请量大于美国，但专利影响力和竞争力不高，H-index值小于美国，即与英国持平。 加大研发投入和创新力度，提高核心技术竞争力。 韩国和台湾的H指数均为1，是5个主要参赛国家/地区中最低的数值。

3.3 主要专利权人专利申请量对比分析

将德温特下载的区块链技术专利数据导入DDA，得到专利权人拥有的专利数量和专利总数排名TOP10的专利权人。 结果如表1所示。

从表1可以看出，专利数量排名前10位的专利权人主要来自中国和美国。 其中，中国专利权人在区块链技术方面的专利申请数量最多，主要经营范围大多属于互联网信息技术。 在TOP10专利权人中，有6家专利权人组织/企业属于中国，这表明区块链技术的研发主要集中在中国，中国目前在区块链技术领域具有良好的创新基础。

4 区块链热点技术及核心技术识别与分析

4.1 区块链技术热点识别及国家/地区对比分析

4.1.1 区块链技术热点识别与分析

各个国家/地区的科技进步需要密切关注某一技术领域的热点。 本节选取IPC技术前10名，标示国家或地区的区块链技术热点。 结果如表2所示。从表2可以直观看出，No.1的热点技术主要集中在金融、管理领域的数据处理系统； 其次，排名第二和排名第三的技术分别是数字信息传输和电子数字数据处理。 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，如金融、管理等数据处理系统和数据识别； 第二类是通信，如图像通信和无线通信网络； 第三类是交通管制； 第四类是计算机系统； 第五类是计费设备，如投票、彩票设备。

4.1.2主要竞争国家或地区热点技术专利申请情况对比分析

图5为专利数量排名前5的竞争国家/地区IPC专利技术拥有量排名前10位的情况。 通过分析专利的IPC分类代码，可以清晰地看到重大技术热点，有助于分析国家和地区在技术热点领域占领技术市场、抢占技术制高点的潜在竞争力。

如图5所示，从全球范围来看，前三名热门技术专利均超过1000件，分别是：G06Q（财务、管理或预测数据处理系统）、H04L（数字信息传输）和G06F（电子数字数据处理），下面就这三个技术热点的国际竞争态势进行分析。 中国在金融、管理或预测数据处理系统、数字信息传输、电子数字数据处理技术等领域的专利数量最多，说明我国区块链技术研发目前走在前列，具有良好的应用前景。基础和比较优势。 但我国在基于特定计算模型的计算机系统技术领域存在不足，仍需进一步完善。 其次，美国在金融或预测、数字信息传输等数据处理系统专利数量位居第二，但缺乏对数字数据处理技术的重视。 在前三名的热点技术领域中，英国、韩国和台湾的专利数量不足100件，对热点技术的关注度相对较弱。 总体而言，G06Q领域的专利数量最多，各国/地区均将其视为技术关注的重点。 在这一领域，我国和美国的研发相对活跃。 我国在一定程度上领先于美国，但美国在G06Q领域占比较大，具有潜在竞争力，我国和美国的专利数量远高于美国英国、韩国和台湾。 第二个热点技术领域H04L，中美差距不大，但我国实力高于美国。 两国的专利数量也远高于其他竞争国家或地区，但中国略胜一筹。 对于G06F领域，中国、英国和韩国都是关注的热点技术，但美国和中国台湾在该领域缺乏一定的竞争力。

4.2 核心技术领域识别

本文结合Derwent DII手册代码分析了区块链技术的核心领域。 核心专利是衡量一个国家/地区核心技术领域的重要指标，是具有重要经济价值的专利。 本文借鉴前人研究，将核心技术领域定义为高引用频率的专利。 这是因为引用频率可以直接反映出专利在某一领域的影响力，引用频率越高，专利的价值就越大，通过对核心专利的分析，可以看出该国的竞争态势/地区在核心技术领域，使国家/地区重视专利A核心技术，加大对其研发的投入，从而占据全球竞争优势。 核心专利根据Price的计算公式确定。 截至2019年9月13日，区块链技术专利最高引用次数为26次，定义M=0.749*√Nmax=0.749*√26=3.8（结果保留为整数），因此具有不少于4次引用被视为核心专利，确定核心技术领域分析竞争态势。

从表3可以看出，被引用次数最多的应用是美国LESAVISH公司在2016年的申请：为区块链的安全和隐私提供至少一个附加层和加密货币交易的专利。 目前，区块链技术正在成为全球科技赋能供应链金融领域的焦点。 主要涉及的核心技术领域有：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）。 然后，通过对DII手册代码的分析，确定了区块链技术的主要核心领域：1）数据库应用和管理（T01-J05B4P，T01-J05B4M）； 2）数据加解密（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) 互联网业务与管理（T01-N01A3、T01-J05A、T01-N01A2）。 此外，通过对比专利权人的国家/地区发现，掌握大部分核心技术的专利权人集中在美国。 中美在核心技术领域还存在一定差距。 因此，中国仍需加强核心技术。 领域的研发投入，紧跟科技创新驱动发展的潮流。

4.3 主要专利权人技术主题布局对比分析

为了分析不同技术领域的专利权人及其涉及的专利布局，图6给出了主要TOP10专利权人的技术主题分布统计。 这部分将分析在技术领域相对全面的三个公司或组织。 从图6可以看出，阿里巴巴集团控股有限公司的主要研发布局为G06Q（财务或预测数据处理系统）、H04L（数字信息传输）和G06F（电气数字数据处理）； 国际商业机器公司（IBM）的主要布局是G06Q（财务或预测数据处理系统）、H04L（数字信息传输）和G06F（电气数字数据处理）； 平安科技股份有限公司主要技术布局为G06Q（财务、管理或预测数据处理系统）、G06F（电气数字化数据处理）。

综上所述，根据图6可以看出，涉及技术领域的3家公司集中在中国和美国。 中美企业在区块链技术领域的研发布局为：数据处理系统、信息数字传输和电子数字数据处理。

4.4 区块链技术发展趋势分析

许多研究使用专利数据来分析某一技术领域当前和未来的技术发展趋势。 通过分析近三年首次使用且未出现在区块链技术专利中的DII手册代码，得出了区块链技术的近期前景。 三年的新兴和消亡技术。

表4展示了未来区块链技术领域的发展趋势。 首先，近三年来首次出现的主题词，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（微指令选择地址生成）、T01-J05A2M（广告营销推广） ,T01-J11A1（拼写/词典、语法检查、解析），T05-G03（监控事件概率系统设备），T05-F（投票和彩票应用及随机数生成），T01-J05B4B（关系数据库）。 近三年未出现的主题词有：X22-X06F（障碍物测量距离）、A12-H08（机械工程密封件）、X21-B01E（设备运行电池更换/租赁）、X22-E04D（驾驶行为/法规监测）、W04-F01L（信号防重复和重复标记）和S05-P（医疗信息和模拟工具系统）。 通过整合以上区块链技术的热点、核心技术和新兴技术，发现区块链技术的发展趋势有以下几个方面：一是数据加密和信息安全，将加深用户的隐私和安全； 二是推动区块链技术在科技供应链金融领域的应用，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、多方分布式的数据库，将可信地实现数据共享和点对点的价值传递； 它是投票决策和市场预测，通过记录特定事件，可以有效地应用于公司股东投票决策和市场预测。

5 区块链技术国际竞争态势分析

5.1主要竞争国家/地区综合竞争力对比分析

一个国家/地区综合竞争力的判断是由各国专利活跃度和专利质量构成的评价指标体系。 本文对国家专利活跃度的测度不同于以往研究采用单一指标测度专利活跃度，如仅使用专利占有率进行评价，而是在该基础上增加了相对专业化指数（RSI）以前的研究。 ) 该评价指标与专利占有率一起作为专利活动的综合评价指标。 RSI指数代表了一个国家/地区在某一技术领域的重要性和投入程度。 如果一个国家在某项技术上的RSI指数越大，说明该国对该技术领域的重视程度越高。 同时，RSI指数也说明了未来国家在该技术领域的潜在专利活动。 评价体系的指标构成如表5所示。

考虑到各指标计算过程存在差异，对所有结果进行标准化处理，结果见表6。

同时，为了更直观地观察主要竞争国家/地区专利活跃度和专利质量的对比，将专利活跃度和专利质量进行可视化，如图7和图8所示。

从图7可以看出，中国专利活动总体排名第一。 从前10大区块链专利的专利权人大部分集中在中国可以看出，中国在区块链技术研发活动中所占份额较大，研发相对活跃。 其RSI指数和专利份额在五个国家/地区中最高，可见中国对区块链技术的重视程度远高于其他国家/地区。 其次，美国专利活跃度排名第二，专利份额仅次于中国。 美国和台湾的RSI指数差距不大，均略低于中国，说明美国和台湾也重视区块链技术的研发； 专利活跃度在中国台湾排名第三，其专利份额与英国和韩国相差不远； 英国专利活动排名第四，其RSI指数低于美国和台湾，但高于韩国； 韩国专利活跃度排名第五，专利占有率最低，说明其对区块链技术的研究并不活跃。

从图8可以看出，美国在区块链技术领域的专利质量水平最高。 通过核心技术认定，发现区块链技术的大部分核心技术领域主要由美国掌握。 除技术范围和国际范围外，核心专利数量和合作专利数量均居五大国家/地区之首； 我国区块链技术专利质量位居第二，技术范围在五个主要国家/地区中名列前茅。 核心专利数量仅次于美国，与美国相差不远。 大，但大于英国、韩国和台湾，但国际范围是五个国家/地区中最小的。 其中，国家范围小、缺乏核心专利是我国专利质量仅次于美国的主要原因； 英国专利质量排名第三，国家范围在五个国家/地区中最大，核心专利数量多于韩国但小于中国； 中国台湾专利质量排名第四，核心专利数量不足； 韩国在专利质量方面排名最低。

5.2 国家/地区综合竞争地位对比分析

结合专利活跃度和专利质量这两个指标综合评价主要竞争国家/地区的综合竞争力，将专利质量和专利活跃度的数据直观呈现，并将国家/地区的综合竞争力状况分为四个等级，分别为：技术领先者、潜在竞争者、技术活跃者、技术落后者，并以二维矩阵的形式展示。 结果如图9所示。图9中的纵轴代表专利质量，横轴代表专利质量。 是一项专利活动。

从图9可以看出，中美处于技术领先区。 与其他主要竞争国家/地区相比，它们在专利质量和专利活跃度方面处于领先地位，但美国的专利质量领先于中国。 我国与美国有差距。 有一定差距，但我国的专利活跃度高于美国，我国对区块链技术的研发更为活跃。 英国、韩国和台湾在技术上落后。 他们对区块链技术关注度不高，专利活跃度较低，研发不活跃，专利质量也比较落后。 然而，台湾处于科技活动的边缘。

6 结论和建议

本文以德温特数据库中的区块链技术专利数据为研究对象，利用DDA软件对专利数据进行可视化处理，以研究主要竞争国家/地区在区块链技术领域的竞争态势和发展趋势。的区块链技术。 Development status, analyzing the situation of major competing countries/regions from three aspects: technology hotspots, core technology fields, and comprehensive competitive position. Combining the above content, and aiming at the problems and gaps faced by my country in blockchain technology, the following conclusions can be drawn, and corresponding countermeasures and suggestions can be put forward. 1) Through the analysis of the development status of blockchain technology, it is found that blockchain technology is in a period of rapid development, and the number of patents continues to increase. China has the largest number of patent applications, and the United States has the second largest number of patent applications. However, the core competitiveness of blockchain technology in the United States is the strongest. There is a certain gap between my country and China, which needs to be further improved. To this end, China should strengthen R&D investment in the field of blockchain technology to enhance international core competitiveness. It should pay special attention to R&D investment in technologies with core competitiveness, comprehensively promote the transformation of research results into patented technologies, grasp the forefront of technological development, and occupy the leading edge of innovation. commanding heights. Most of the top ten patentees in the blockchain field are concentrated in China. For these companies/institutions, it is recommended that my country provide relevant technical consultation, financial support and preferential policies to form a block with international core competitiveness and Chinese characteristics. Chain technology research and development subject. 2) By identifying the hotspots of blockchain technology, it is found that: the hotspots of blockchain technology are divided into five categories, namely data processing, communication, traffic control, computer systems, and accounting equipment. Data processing systems and digital information transmission hotspot technologies in management or forecasting have certain advantages, but there are deficiencies in research and development in the field of specific computer systems. Therefore, China should increase the intensity and emphasis on research and development of hot technologies for the above hot technologies. Especially in the field of data processing advantages, my country must maintain its situational advantages in this field, seize opportunities, achieve technological breakthroughs, broaden the breadth and depth of research and development, focus on finding new development paths, keep up with the development trend of world scientific and technological innovation, and reduce the number of scientific and technological systems. Sexual risks and increase national influence.

3) In the core technology field of the blockchain, the patentees who master most core technologies are basically concentrated in the United States. China has shortcomings in the core technology field, which does not match the largest number of patents owned by my country, so in the long run , in order to avoid "block chain core technology research and development neck", China should strengthen the emphasis on core technology and research and development funds investment, and at the same time suggest that my country's colleges and universities and research institutions focus on core technology and hot technology fields, especially colleges and universities should Focus on strengthening the construction of disciplines in these fields and cultivate talents for related core technology fields. Only in this way can China narrow the gap with the United States and other countries/regions that have mastered most core technologies. 4) Then use Derwent manual codes to identify emerging technologies and declining technologies, and combine them with hot technologies and core technologies to get the future development trend of blockchain technology. The development trend of blockchain technology mainly has four aspects: data encryption and information security, technology-enabled supply chain finance, database management, voting decisions and market forecasts. China should conform to the development trend of blockchain technology, promote the frontier layout of advanced core technologies such as blockchain, and carry out relevant research on emerging technologies as soon as possible. For such as: data encryption and information security and technology-enabled supply chain finance, it is recommended that my country Leading companies/organizations in the field, such as Alibaba, are developing in these areas in blockchain research and development, striving to occupy the commanding heights of technological innovation in blockchain emerging technologies. 5) Through the construction of patent activity and patent quality combination evaluation indicators, comparative analysis of the comprehensive competitive positions of major competing countries/regions, it is found that: my country and the United States are both technological leaders, the United Kingdom and South Korea are technological laggards, and Taiwan is a technologically active player Edge, the strength should not be underestimated.

Although China is a technological leader, in terms of patent quality, our country lags behind the United States, and there is a certain gap with it, ranking second. In terms of patent activity, China ranks second behind other major competitors, the US ranks second, and South Korea is the weakest. Therefore, my country should focus on high-quality technical fields to enhance the inherent value and quality of blockchain technology. At the same time, it is recommended that relevant national agencies or organizations increase the number of national natural or social science fund projects. The second is to provide certain theoretical support for the innovative approaches of blockchain and other technologies.

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