區塊鏈技術專利及其佈局分析
摘要：隨着區塊鏈技術蓬勃發展，區塊鏈技術應用已延伸到數字金融、物聯網、智能製造、供應鏈管理、數字資產交易等多個領域。爲獲得技術和市場上有利的競爭地位，全球專利申請數正逐年攀升。本文以德溫特創新平臺（Derwent Innovation，DI）作爲數據來源，藉助於EXCEL、DDA（Derwent Data Analyzer）、DI等數據處理工具，對區塊鏈技術領域的專利進行全球與國內申請態勢分析，並進一步對區塊鏈技術領域的核心技術、高價值專利和重點研究機構進行挖掘與分析。分析結果表明，全球區塊鏈技術領域專利申請呈飛速發展態勢，佈局的國家/地區不斷拓展；中國是該領域最主要的專利技術來源國和專利應用市場國，且國內重點機構主要在國內市場佈局專利；而高被引專利普遍來自美國，其重點機構均在全球廣泛佈局專利，表明美國在主要核心技術領域實力較強。通過對區塊鏈領域核心技術分析發現，專利主要集中在數字信息處理與傳輸等技術方向，佈局的熱門領域包括身份認證、智能合約、公鑰私鑰、哈希算法等，高被引專利多涉及虛擬資產交易驗證與記錄、數字數據認證覈實、數字簽名等。我國應重視底層技術研發，積極把握熱點技術佈局，使我國在該領域具備核心競爭力。
區塊鏈技術起源於“中本聰”（化名）於2008年在網絡上發表的一篇奠基性文章《比特幣——一種點對點的電子現金系統》，其又在2009年公開了比特幣的早期代碼，從比特幣運行至今，區塊鏈技術的可實現性已逐漸被證實。除比特幣外，以太坊、超級賬本等目前已經廣泛出現和使用的區塊鏈技術也積累了大量的交易數據。根據中國區塊鏈技術和產業發展論壇、工業和信息化部聯合編寫的《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書(2016)》中定義，區塊鏈技術是一種分佈式賬本技術，其將數據區塊按照順序相連形成鏈式數據結構，並以密碼學方式保證其安全性和不可篡改性，是分佈式數據存儲、共識算法、密碼技術等計算機技術在互聯網時代的創新應用，也是從信息互聯網過度到價值互聯網的標誌性技術。
根據2018年《華爲區塊鏈白皮書》歸納，區塊鏈技術發展至今已有10年的歷史，從1.0階段發展到了3.0階段（圖1），從單一的數字貨幣應用（如比特幣），發展至不同行業的應用探索階段。目前，區塊鏈技術的落地場景涉及數字金融、物聯網、智能製造、供應鏈管理、政務民生、醫療健康、社會公益等多個產業：Dai HN等介紹了區塊鏈技術與物聯網的融合，提出BCoT（BlockChain of Things）概念及其架構，並討論其潛在的工業應用；Roman-Belmonte JM等認爲區塊鏈技術在醫療健康領域的最大優勢在於其允許開發穩定和安全的數據集，通過該數據集可在不影響其他敏感數據的情況下輸入和操作臨牀數據，並指出區塊鏈技術可以改變當前醫學範式的各個方面；Andoni M等回顧了140個能源領域的區塊鏈研究項目和初創企業，構建了區塊鏈在能源應用方面的潛力和相關性地圖，明確了區塊鏈技術可以爲該應用解決的技術挑戰及其潛在缺點，並討論了區塊鏈技術需要客服的挑戰和市場障礙；Galvez JF等探討了區塊鏈技術在確保食品供應鏈的可追溯性和真實性方面的潛力。可見，區塊鏈技術的應用不斷多元化和深入化，但各類應用項目仍未大規模落地，還處於持續探索階段。
目前，各國政府高度重視區塊鏈發展，從戰略規劃、技術方向、政策監管等角度紛紛制定相關政策和法案。例如：2019年2月，澳大利亞公佈了國家區塊鏈戰略路線圖（National Blockchain Roadmap），擬加強對區塊鏈產業的監管引導、技能培訓、能力建設、產業投資、國際合作等方面；2019年7月，美國國防部發布《數字現代化戰略》（DoD Digital Modernization Strategy），提出利用區塊鏈技術開發安全的信息傳遞平臺；同月，美國國會批准《區塊鏈促進法案》（Blockchain Promotion Act of 2019），要求成立區塊鏈工作組，推動標準統一及應用；2019年9月，德國聯邦政府正式發佈《德國聯邦政府區塊鏈戰略》，明確德國區塊鏈產業的行動措施和多項具體舉措；2020年1月，新加坡《支付服務法案》（Payment Service Bill）正式實施，所有加密交易均需合規運營；2020年5月，爲加強加密資產投資者保護，日本《支付服務法》（Payment Service Act）和《金融工具與交易法》（Financial Instruments and Exchange Act）修正案生效。
在我國，區塊鏈技術於2016年12月首次被作爲戰略性前沿技術、顛覆性技術寫入國務院發佈的《“十三五”國家信息化規劃》；2017年，國務院發佈的4個文件中提及了區塊鏈；2017年10月，央行推動的基於區塊鏈的數字票據交易平臺測試成功；截至2018年2月底，國內浙江、江蘇、貴州、福建、廣東、山東、江西、內蒙古、重慶等多個地區就區塊鏈發佈了指導意見，多個省份將區塊鏈列入本省“十三五”戰略發展規劃；2018年5月，中國計算機學會（China Computer Federation，CCF）成立了區塊鏈專業委員，推動了區塊鏈技術領域的產學互動、人才培養和技術應用；2019年10月，習近平總書記在中共中央政治局就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行的第十八次集體學習中強調，“區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起着重要作用”，進一步推動了區塊鏈技術產業和相關技術領域所屬產業的發展。區塊鏈在中國正式上升到國家戰略，是未來在科學研究、科技創新、供應鏈金融科技以及投資應用方面的前景技術之一。
綜上，基於德溫特創新平臺DI專利數據庫構建檢索策略並獲取區塊鏈技術領域專利，對該領域全球及國內專利申請趨勢（時間、國家/地區、機構等）進行分析，通過專利分類號和專利文本聚類分析揭示該領域技術集中方向和技術佈局熱點，對高價值專利內容進行深入研究揭示該技術發展方向。此外，本文還將專利技術與產業動態相結合，以騰訊科技、阿里巴巴和IBM爲代表的區塊鏈技術巨頭爲例，分析其專利的主要技術功效及其技術產品的落地應用，揭示產業及市場動態對研發路線的影響，爲我國在該領域的技術研究、科技決策和產業落地發展等方面提供信息參考。
1 數據來源與檢索方式
本文的專利數據來源於美國科睿唯安公司德溫特創新平臺（Derwent Innovation，DI），構建檢索策略TID=(blockchain) OR ABD=(blockchain)，共計檢出相關專利9191項，數據檢索日期爲2020年6月15日。本文進行專利數量統計時，對專利家族進行合併統計，單位爲“項”，德溫特（Derwent）數據庫中的一條記錄對應一個專利家族，一般情況下，一個專利家族對應於一項專利技術發明。基於該檢索結果，採用EXCEL、DI和DDA（Derwent Data Analyzer）作爲主要分析工具，進行數據清洗及可視化分析。
2 區塊鏈技術專利申請趨勢
2.1 專利申請時間趨勢
從圖2可以看出，區塊鏈技術的研究始於21世紀初，比特幣系統作爲區塊鏈技術的起源開始受到關注；從2015年開始，區塊鏈技術逐漸成熟，公有鏈、聯盟鏈和私有鏈等方向出現，以太坊、超級賬本等區塊鏈技術開始應用在金融、貿易、物聯網等領域，區塊鏈技術專利申請呈現快速增長趨勢；自2017年以來，各國區塊鏈商業項目爆發出現，區塊鏈技術在不同行業廣泛展開應用探索，全球區塊鏈專利在2018年期間飛速產出；進入2019年，專利申請速度有所放緩。2019年全球關於區塊鏈的專利申請達到峰值3819項。由於專利申請公開存在時滯，因此2018—2020年的數據收錄暫時不完整，僅供參考。
2.2 專利技術來源與專利應用市場國家/地區分佈
以專利優先權國家專利數量繪製區塊鏈專利技術來源國家/地區分佈，排名前五位的國家/地區如圖3a所示。可以看出，中國申請的專利最多，佔全部專利的56.47%；其次是美國，專利申請量佔總量的22.98%；韓國以9.05%的份額佔據世界第三位。專利申請量TOP3國家/地區的專利申請總量約佔全部專利的88.5%。
其中，美國是最早開始進入該領域的國家，2014年之前的專利申請基本來自美國；從2015年開始，全球在該領域進行專利佈局的國家/地區不斷拓展，佈局的國家/地區數量從6個逐漸增長到34個；中國從2016年開始在該領域有專利產出，進入快速發展期，並在2018年專利數量首次超越美國，位居世界第一。
以同族專利國家專利數量繪製區塊鏈專利應用市場國家/地區分佈，排名前五位的國家/地區如圖3b所示。可以看出，中國和美國位列市場前兩位，佔比分別爲45.98%和18.53%；另外，通過世界知識產權組織專利合作條約（PCT）途徑佈局專利的比例爲12.39%。
3 區塊鏈領域核心技術
3.1 主要技術領域分佈
區塊鏈技術主要是對信息和數據進行加密記錄，主要應用在金融、供應鏈、政務、醫療、公益、旅遊等領域。根據國際專利分類表（International Patent Classification, IPC）對區塊鏈專利的技術領域進行劃分，得到其在專利文獻中的分類號主要以H04L、G06Q和G06F爲主，由圖4可以看出，主要技術專利佔比如下：
H04L-0009：代表數字信息傳輸中的保密或安全通信裝置。有2901項專利屬於該技術領域，佔全部專利的13.2%；
G06Q-0020：代表支付體系結構、方案或協議。有2745項專利屬於該技術領域，佔全部專利的12.5%；
H04L-0029：代表數字信息傳輸中的其他裝置、設備、電路和系統。有2601項專利屬於該技術領域，佔全部專利的11.8%；
G06F-0021：代表防止未授權行爲的保護計算機或計算機系統的安全裝置。有2343項專利屬於該技術領域，佔全部專利的10.6%；
G06Q-0040：代表專門適用於金融/保險/稅務策略/公司或所得稅的數據處理系統或方法。有1949項專利屬於該技術領域，佔全部專利的8.9%；
G06F-0016：代表通用數字計算機。有1637項專利屬於該技術領域，佔全部專利的7.4%；
G06Q-0030：代表專門適用於商業的數據處理系統或方法，例如購物或電子商務。有1240項專利屬於該技術領域，佔全部專利的5.6%；
G06Q-0050：代表專門適用於特定經營部門的數據處理系統或方法，例如公用事業或旅遊。有940項專利屬於該技術領域，佔全部專利的4.3%；
G06Q-0010：代表專門適用於行政或管理的數據處理系統或方法。有786項專利屬於該技術領域，佔全部專利的3.6%；
G06F-0017：代表專門適用於特定功能的數字計算設備或數據處理設備或數據處理方法。有450項專利屬於該技術領域，佔全部專利的2.0%；
H04L-0012：代表數據交換網絡。有420項專利屬於該技術領域，佔全部專利的1.9%。
3.2 技術佈局熱點
利用DI中專利文本聚類分析和專利地圖分析功能，對區塊鏈技術專利的標題和摘要進行文本聚類並生成相應的Themescape專利地圖（圖5），圖5顯示了區塊鏈技術研發重點領域分佈。圖中的點代表單個專利，等高線代表某一特定主題相關專利的密度；主題相近的專利在圖中距離相近，形成山峰；山峰的高度按照綠色、灰色、棕色和白色的順序逐漸增高，山峰越高表示該區域的記錄數越多，即該區域技術主題的專利越集中，是研發中的熱點技術。由圖5可以看出，區塊鏈專利佈局的熱門領域包括應用領域如身份認證、智能合約、數字貨幣/數字資產、支付、醫療健康、金融賬本等；以及技術領域如加密安全、公鑰私鑰、哈希算法、共識節點、存儲介質、操作/服務發送、連接修復等。
3.3 高被引專利
區塊鏈技術領域專利按被引頻次進行排序，前10位專利如表1所示。高被引專利研究方向主要涉及：虛擬資產交易（Virtual Asset Transactions）的驗證與記錄（Validation and Recordation）、數字數據認證覈實（Authentication and Verification of Digital Data）、存儲與檢索（Storage and Retrieval）、數字簽名（Digital Signatures）、數字資產的分散商業和權利管理（Decentralizing Commerce and Rights Management for Digital Assets）、安全接收和計票（Securely Receiving and Counting Votes）等方面。
被引頻次排名第1位的專利US20150332283A1是來自美國的Nant Holdings IP LLC（南特控股知識產權有限公司）申請的專利，該技術主要涉及通過區塊鏈系統和方法進行醫療事務驗證，即使用醫療保健令牌接收醫療保健事務，包括從醫療保健歷史區塊鏈中獲取歷史塊標識符、接收醫療保健操作的有效性要求、獲取驗證器的數字簽名、更新醫療保健區塊鏈等。
截止檢索日，該項專利被引頻次爲308次。IBM、美洲銀行、WINKLEVOSS知識產權公司、埃森哲全球解決方案有限公司以及阿里巴巴等機構都對該專利進行了引用。施引專利不僅涉及分佈式醫療記錄管理、提供醫療服務的跟蹤項目等醫療領域，還包括交易驗證、個人身份驗證、基於區塊鏈存款證書識別、流程授權和結算、交易對賬方法、區塊鏈工作流處理、安全流程事務的外部驗證、數據管理、共享文檔編輯、跟蹤資源轉移等方向的研究。
4 區塊鏈技術專利重點機構
4.1 國內重點機構
表2爲專利數量排名居前20位的國內申請人。其中，騰訊科技（深圳）有限公司和阿里巴巴集團控股有限公司均是從2017年開始在區塊鏈技術領域申請專利，目前分別申請專利462項和385項，專利申請量遠超其他機構。排在第三位的是北京瑞策科技有限公司，是一家於2012年成立的互聯網科技公司，該公司於2019年在區塊鏈技術領域佈局190項專利。專利申請量超過100項的機構還有深圳壹賬通智能科技有限公司、山東愛城市網信息技術有限公司、支付寶（杭州）信息技術有限公司。
騰訊區塊鏈專利多涉及安全提高、合約智能化提高、可靠性提高、處理效率提高、篡改避免等技術功效，如“用於大數據中數據傳輸的區塊鏈消息處理方法及裝置，實現區塊鏈中鏈上鍊下之間的數據交互，提高數據交互實時性和處理效率”“基於區塊鏈的多線取證方法和裝置，可降低人工成本並使得取證數據不可篡改”“通過數字證書獲取交易記錄及賬戶，提高網絡安全性”等技術領域的專利。基於騰訊在區塊鏈領域佈局的專利，其已有的應用場景包括：“騰訊公益尋人鏈”已連接各個騰訊內部公益平臺進行數據互通，提升了救助效率和成功率；由中國網安、騰訊、北明軟件聯合發起的“至信鏈”，建立了由電子數據到電子證據的可信數據通道；“微企鏈”供應鏈金融解決方案服務領域涵蓋地產、能源、汽車、醫藥等；深圳市稅務局攜手騰訊落地的區塊鏈電子發票項目“稅務鏈”打通了發票申領、開票、報銷和報稅全流程。
阿里巴巴區塊鏈專利多涉及合約智能化提高、環境可信執行、保證安全性、正常運行、經濟性、處理效率提升等技術功效，如“通過區塊鏈實現隱私保護”“基於區塊鏈的資金結算方法”“基於區塊鏈的侵權取證方法”等技術領域的專利。阿里巴巴自2016年開始陸續註冊了“螞蟻區塊鏈”的各類商標，其區塊鏈專利基本都來自螞蟻金服的區塊鏈團隊。螞蟻金服區塊鏈（現爲螞蟻鏈）的服務涵蓋：利用區塊鏈技術解決醫療機構間數據互通的“阿里健康”醫療電子票據；自主研發的具備高性能強隱私保護的金融級區塊鏈技術平臺“螞蟻區塊鏈”BaaS平臺，可有效解決金融、零售、生活等多場景區塊鏈應用問題；在淘寶商家服務平臺上線的商家可信數字存取證工具“鵲鑿”，可進行商品正品溯源，有效防止其他平臺商家盜用和侵權；公益善款溯源的“螞蟻金服公益平臺”；以及保險賠付溯源、房屋租賃溯源、跨境匯款等。
4.2 國外重點機構
表3爲專利申請量排名前10位的國外申請人，主要集中在美國（有6家機構），專利申請量佔國外TOP10總量的71.1%；其他4家機構分別來自安提瓜和巴布達（1家機構）、韓國（2家機構）和愛爾蘭（1家機構）。位列前兩位的申請人分別是：美國IBM公司以及安提瓜和巴布達的NCHAIN控股有限公司，二者的專利申請數量佔國外TOP10總量的58.5%。
IBM區塊鏈專利多涉及合約智能化提高、自動化、分類賬覈實、解決不確定性、解決時間變化、交易完成率、準確性提高等技術功效，如“創建表示塊鏈中的資產及其所有者的初始標識符，通過識別初始標識符來確定標識塊，進而確定該標識塊中的資產、資產所有者、以及資產轉移過程”“在塊鏈中存儲原始數據，原始數據存儲變換後，使用變換後的數據進行塊鏈檢索”“與中央數據庫的中央數據集對應的數據庫管理系統”等技術領域的專利。基於IBM PaaS雲平臺，IBM實現了以下區塊鏈落地場景：數字化追蹤食品供應鏈的“沃爾瑪 + IBM”；“中國郵政儲蓄銀行+IBM”於2016年推出的基於區塊鏈的資產託管系統；助力歐洲中小企業證券發行過程實現數字化的“意大利證券交易所+IBM”系統；“瑞穗金融集團+IBM”實現了基於區塊鏈技術的虛擬貨幣即時結算項目的概念驗證，縮短跨國交易結算工作；“中國銀聯+IBM”打造了跨行銀行卡積分通兌平臺，優化與各大銀行的結算流程與配置等。
4.3 國內外主要機構技術佈局國家
圖6展示了全球TOP15專利申請人的主要技術佈局國家。可以看出，國內機構除阿里巴巴外，其他機構主要在國內市場佈局專利，也有部分機構通過PCT途徑佈局專利；國外機構除在本國佈局外，也在全球大多數國家佈局。
其中，阿里巴巴集團控股有限公司除在本國佈局專利外，還在全球多個國家和地區廣泛佈局專利，主要包括美國、新加坡、加拿大、菲律賓、日本以及通過PCT和歐洲專利局的途徑佈局；騰訊科技（深圳）有限公司、支付寶（杭州）信息技術有限公司、杭州複雜美科技有限公司、百度在線網絡技術（北京）有限公司等機構的專利多佈局在本國，也有少量專利通過PCT途徑提交了申請；深圳壹賬通智能科技有限公司申請的PCT專利數量較多，還在中國香港、新加坡和歐洲有專利佈局。
國外機構中，IBM公司（國際商業機器公司）的專利主要集中在本國，另通過PCT途徑申請了部分專利，此外還在中國、日本、德國和英國也有專利佈局；NCHAIN控股有限公司在全球廣泛佈局專利，除PCT申請外，以中國、歐洲、美國、韓國和印度爲主要佈局國家和地區；萬事達卡國際公司在本國、通過PCT申請、中國、印度、歐洲、新加坡等國家和地區均有專利佈局；韓國BIZMODELINE專利投資公司的專利集中在本國。
4.4 機構合作
從專利合作上看，專利申請數量TOP40的國內外主要機構在區塊鏈技術領域基本都是各自研究各自發展的局面，合作專利的數量非常少（圖7），有合作關係的只有深圳前海微衆銀行股份有限公司與西安電子科技大學（其中，深圳前海微衆銀行股份有限公司在該技術領域申請專利52項，西安電子科技大學申請專利24項）。兩機構分別於2019年合作申請了2項專利（表4），這兩項專利涉及的區塊鏈領域相關技術包括：加密算法、加密密鑰、數據驗證、解密節點、解密私鑰等，主要側重在提高信息驗證準確性、降低信息驗證難度、節省操作步驟、避免私鑰暴露等方面。
5 結論與建議
5.1 結論
區塊鏈作爲新興技術自21世紀初開始研究，該技術領域專利近五年呈現飛速增長趨勢，2019年全球關於區塊鏈的專利申請達到峰值。全球共有34個國家/地區在區塊鏈技術領域進行佈局，中國專利申請量位居世界第一，是該領域最主要的專利技術來源國和專利技術市場國。騰訊科技、阿里巴巴和IBM是區塊鏈技術領域活躍度最高的機構；該領域的主要研究機構多處於各自研究局面，機構間合作專利的數量非常少。
從技術領域分析，區塊鏈技術領域專利主要集中在數字信息處理與傳輸等技術方向，其在專利文獻中的分類號主要以H04L、G06Q和G06F爲主。佈局的熱門領域包括身份認證、智能合約、數字貨幣/數字資產等應用領域，以及加密安全、公鑰私鑰、哈希算法等技術領域。高被引專利研究方向主要涉及虛擬資產交易的驗證與記錄、存儲與檢索、數字簽名、安全接收和計票等方面。高被引專利普遍來自美國，美國在主要核心技術領域具有較強實力。
在產業落地方面，以騰訊科技、阿里巴巴和IBM爲代表的區塊鏈技術巨頭紛紛在多個行業制定瞭解決方案，落地應用涉及金融、供應鏈、政務民生、醫療、公益等產業。
5.2 建議
全球區塊鏈技術已進入飛速發展的時期，從專利數量上看，我國在區塊鏈技術領域的研究處於領先地位，但大部分專利是在近兩至三年申請的，而且主要在國內市場佈局專利，這與NCHAIN控股有限公司、萬事達卡國際公司存在一定的差距。我國的相關機構應儘快佈局專利，重視專利對其在區塊鏈技術領域智力成果的保護；對已擁有專利加大市場推廣及法律保護，提升專利價值；鼓勵各企業積極進入海外市場，提高國際合作能力，將成熟的區塊鏈技術輸出海外，同時要重視海外專利的佈局，幫助我國在區塊鏈領域掌握更多的話語權、提升產業影響力和國際地位。
區塊鏈技術作爲一項有可能改變社會形態的顛覆性技術，已成爲各國政府和相關機構的競爭目標。從區塊鏈技術領域高被引專利來看，被引頻次TOP10專利主要來自於美國，表明美國在主要核心技術領域實力較強。因此，我國應重點支持區塊鏈基礎技術項目，重視相關底層技術的研發及其專利佈局，同時根據產業及市場動態不斷進行研發路線調整，積極把握熱點技術佈局，提高原始創新能力，提升區塊鏈專利質量，並深度挖掘高價值專利，使我國在該領域具備核心競爭力。
我國區塊鏈專利申請以企業爲主，偏重商業應用，且各機構間合作較少。建議各科研院所也加大在該領域基礎技術及底層核心的研發投入，並重視對區塊鏈急缺人才的培養。同時推進高校及科研院所與區塊鏈企業的合作研究，加強產學研合作力度，聯合進行技術攻關，高校承擔師資培養、基礎性技術或關鍵性技術研究，企業提供案例場景、承擔應用型創新、進行科技成果轉化，將區塊鏈基礎理論技術與產業所需技術銜接，實現基礎研究與應用市場的協同互補，促進區塊鏈技術在各行業的落地速度。
作者：王靖嫺、閆亞飛、何梟，中國科學院文獻情報中心