区块链技术专利及其布局分析

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王静贤、闫亚非、何晓。 区块链技术专利及其布局分析[J]. 世界科技研究与发展，doi:10.16507/j.issn.1006-6055.2020.12.027。

王敬贤、闫亚非、何晓（中国科学院文献情报中心）

摘要：随着区块链技术的蓬勃发展，区块链技术的应用已经扩展到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等诸多领域。 为了在技术和市场上获得有利的竞争地位，全球专利申请量逐年增加。 本文以Derwent Innovation（DI）为数据源，借助EXCEL、DDA（Derwent Data Analyzer）、DI等数据处理工具，分析该领域专利在全球和国内的申请情况的区块链技术。 并进一步挖掘分析区块链技术领域的核心技术、高价值专利和重点研究机构。 分析结果表明，全球区块链技术领域专利申请发展迅速，布局国家/地区不断扩大； 中国是该领域最重要的专利技术来源和专利申请市场，国内重点机构主要在国内市场布局专利； 而高被引专利普遍来自美国，其关键机构在全球范围内广泛布局专利，表明美国在主要核心技术领域实力雄厚。 通过对区块链领域核心技术的分析，发现专利主要集中在数字信息处理和传输的技术方向，布局的热点领域包括身份认证、智能合约、公私钥、哈希算法等，涉及虚拟资产交易验证记录、数字数据鉴权验证、数字签名等。我国应重视底层技术的研发区块链技术起源于比特币对吗，积极把握热点技术布局，使我国在该领域具有核心竞争力。

关键词：区块链技术； 专利分析； 形势分析； 布局热点； 高被引专利

区块链技术起源于2008年“中本聪”（化名）在互联网上发表的开创性文章《比特币——一种点对点的电子现金系统》，并于2009年公开了比特币。从比特币的早期代码来看，区块链技术的可行性逐渐得到证实。 除了比特币，以太坊、超级账本等区块链技术也积累了大量的交易数据。 根据中国区块链技术与产业发展论坛与工信部联合编制的《中国区块链技术与应用发展白皮书（2016）》中的定义，区块链技术是一种分布式账本技术，将数据区块化连接起来形成一个链式数据结构，其安全性和不可篡改由密码学保证。 它是分布式数据存储、共识算法、密码学等计算机技术在互联网时代的创新应用。 从互联网过渡到价值互联网的标志性技术。

根据2018年《华为区块链白皮书》，区块链技术的发展已有10年的历史，从1.0阶段到3.0阶段（图1）。 从单一的数字货币应用（如比特币），发展到不同行业的应用探索阶段。 目前区块链技术的落地场景涉及数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、政务民生、医疗健康、社会福利等多个行业：Dai HN等介绍了区块链的融合技术与物联网，提出BCoT（BlockChain of Things）概念及其架构，并探讨其潜在的工业应用； Roman-Belmonte JM 等人。 认为区块链技术在医疗保健领域的最大优势在于允许开发稳定安全的数据集，通过数据集可以在不影响其他敏感数据的情况下输入和操作临床数据，并指出区块链技术可以改变当前医学范式的所有方面； Andoni M 等人。 回顾了能源领域和初创企业的 140 个区块链研究项目，构建了区块链在能源应用中的潜力和相关性地图，确定了区块链技术可以解决该应用的技术挑战和潜在缺点，并讨论了挑战和挑战区块链技术需要客户服务的市场壁垒； Galvez JF 等人探讨了区块链技术在确保食品供应链的可追溯性和真实性方面的潜力。 可以看出，区块链技术的应用不断多元化和深化，但各类应用项目尚未大规模落地，仍处于不断探索阶段。

目前，各国政府都高度重视区块链的发展，并从战略规划、技术方向、政策监管等角度制定了相关政策和法案。 例如：2019年2月，澳大利亚公布了国家区块链路线图，拟加强对区块链行业的监管引导、技能培训、能力建设、产业投资、国际合作等； 2019年7月，美国国防部发布国防部数字化现代化战略，提出利用区块链技术开发安全的信息传递平台； 同月，美国国会通过了《2019年区块链促进法案》），要求成立区块链工作组，推动标准的统一和应用； 2019年9月，德国联邦政府正式发布了《德国联邦政府区块链战略》，明确了德国区块链产业的行动和措施以及多项具体措施； 2020年1月，新加坡《支付服务法案》（Payment Service Bill）正式实施，所有加密交易必须合规操作； 2020 年 5 月，为加强对加密资产投资者的保护，日本《金融工具与交易法》和《金融工具与交易法》修正案《支付服务法案》生效。

在我国，区块链技术于2016年12月作为战略性前沿技术和颠覆性技术首次写入国务院印发的“十三五”国家信息化规划； 2017年，国务院4份文件提到区块链； 2017年10月，央行推出基于区块链的数字票据交易平台测试成功； 截至2018年2月底，国内浙江、江苏、贵州、福建、广东、山东、江西、内蒙古、重庆等地区相继出台区块链指导意见，多个省份将区块链纳入本省“十三五”规划计划》战略发展规划； 2018年5月，中国计算机学会（CCF）成立区块链专业委员会，推动区块链技术领域的产学互动、人才培养和技术应用； 八次集体学习期间强调“区块链技术的集成应用在新技术创新和产业变革中具有重要作用”，进一步推动区块链技术产业及相关产业在相关技术领域的发展。 区块链在我国已正式上升为国家战略，是未来科学研究、技术创新、供应链金融科技、投资应用等领域极具潜力的技术之一。

综上所述，基于德温特创新平台DI专利数据库构建区块链技术领域的检索策略和专利获取，在此分析全球和国内专利申请趋势（时间、国家/地区、机构等）领域，并通过专利分类号和专利文本聚类分析揭示该领域的技术集中方向和技术布局热点，对高价值专利内容的深入研究揭示技术发展方向。 此外，本文还结合专利技术与行业动态，以腾讯科技、阿里巴巴和IBM等区块链技术巨头为例，分析其专利的主要技术效果和技术产品的应用情况，揭示行业和市场的影响力研发路线动态为我国在该领域的技术研究、技术决策和产业发展提供信息参考。

1 数据来源及检索方法

本文专利数据来自美国Clarivate Analytics的Derwent Innovation（DI）平台，构建检索策略TID=(blockchain) OR ABD=(blockchain)。 共检测到相关专利9191件，数据检索日期为2020年6月15日。本文在统计专利数量时，合并专利族，单位为“项”。 Derwent 数据库中的一条记录对应于一个专利家族。 一般来说，同族专利对应一项专利技术发明。 . 以检索结果为基础，以EXCEL、DI和DDA（Derwent Data Analyzer）为主要分析工具，进行数据清洗和可视化分析。

2 区块链技术专利申请趋势

2.1 专利申请时间趋势

从图2可以看出，区块链技术的研究始于21世纪初，作为区块链技术起源的比特币系统开始受到关注； 2015年以来，区块链技术逐渐成熟，以太坊、超级账本等区块链技术开始在金融、贸易、物联网等领域得到应用，区块链技术专利申请呈快速增长态势。增长趋势； 2017年以来，各国区块链业务项目呈爆发式增长，区块链技术在不同行业得到广泛探索，2018年全球区块链专利快速产生； 2019年，专利申请速度有所放缓。 2019年全球区块链专利申请量达到3819件的峰值。 由于专利申请公开时间滞后，2018-2020年数据收集暂不完整，仅供参考。

2.2 专利技术来源及专利申请市场国家/地区分布

区块链专利技术来源的国家/地区分布由具有专利优先权的国家专利数量绘制。 排名前五的国家/地区如图 3a 所示。 可以看出，中国申请的专利最多，占全部专利的56.47%； 其次是美国，占比22.98%； 韩国以9.05%的份额位居世界第三。 TOP3国家/地区的专利申请总量约占全部专利的88.5%。

其中，美国是最早进入该领域的国家，2014年之前的专利申请基本都来自美国； 2015年以来，全球在该领域布局专利的国家/地区数量持续扩大，布局国家/地区从6个逐渐增加到34个； 中国从2016年开始在该领域产生专利，进入快速发展期。 2018年专利数量首次超过美国区块链技术起源于比特币对吗，位居世界第一。

区块链专利申请市场的国家/地区分布由同一专利家族的国家专利数量得出。 排名前五的国家/地区如图 3b 所示。 可以看出，中国和美国位居市场前两名，占比分别为45.98%和18.53%； 此外，通过世界知识产权组织专利合作条约（PCT）部署的专利比例为12.39%。

3 区块链领域的核心技术

3.1 主要技术领域分布

区块链技术主要对信息数据进行加密记录，主要应用于金融、供应链、政务、医疗、公益、旅游等领域。 根据国际专利分类表（IPC）对区块链专利技术领域进行划分，其在专利文献中的分类号主要为H04L、G06Q和G06F。 从图4可以看出，主要技术专利占比如下：

H04L-0009：代表数字信息传输中的机密或安全通信设备。 属于该技术领域的专利有2901件，占全部专利的13.2%；

G06Q-0020：表示支付架构、方案或协议。 属于该技术领域的专利有2745件，占全部专利的12.5%；

H04L-0029：代表数字信息传输中的其他装置、设备、电路和系统。 属于该技术领域的专利有2601件，占全部专利的11.8%；

G06F-0021：表示用于保护计算机或计算机系统免受未经授权的操作的安全设备。 属于该技术领域的专利有2343件，占全部专利的10.6%；

G06Q-0040：表示特别适用于金融/保险/税务策略/公司或所得税的数据处理系统或方法。 属于该技术领域的专利有1949件，占全部专利的8.9%；

G06F-0016：代表通用数字计算机。 属于该技术领域的专利有1637件，占全部专利的7.4%；

G06Q-0030：表示特别适用于商业（如购物或电子商务）的数据处理系统或方法。 属于该技术领域的专利有1240件，占全部专利的5.6%；

G06Q-0050：表示特定业务部门（例如公用事业或旅游业）特定的数据处理系统或方法。 属于该技术领域的专利有940件，占全部专利的4.3%；

G06Q-0010：表示特别适用于行政或管理的数据处理系统或方法。 属于该技术领域的专利有786件，占全部专利的3.6%；

G06F-0017：代表数字计算设备或数据处理设备或数据处理方法专门适用于特定功能。 属于该技术领域的专利有450件，占全部专利的2.0%；

H04L-0012：代表数据交换网络。 属于该技术领域的专利有420件，占全部专利的1.9%。

3.2 技术布局热点

利用DI中的专利文本聚类分析和专利图谱分析功能，对区块链技术专利的标题和摘要进行文本聚类，生成对应的Themescape专利图谱（图5）。 图5为区块链技术研发领域分布重点。 图中的点代表单个专利，等高线代表与特定主题相关的专利密度； 具有相似主题的专利在图中距离较近，形成山峰； 峰高按绿色、灰色、褐色、白色的顺序逐渐增加，峰越高，说明该区域的记录越多，即该技术主体的专利在该区域越集中，是研发中的热门技术。 从图5可以看出，区块链专利布局的热点领域包括身份认证、智能合约、数字货币/数字资产、支付、医疗健康、财务账本等应用领域； 加密安全、公钥私钥、哈希算法、共识节点、存储介质、操作/服务发送、连接修复等技术领域。

3.3 高被引专利

区块链技术领域专利按引用频次排序，前10位专利如表1所示，高被引专利研究方向主要涉及：虚拟资产交易的验证与备案、数字数据的认证与验证、存储和检索、数字数字签名、去中心化商业和数字资产的权限管理、安全接收和计票等。

被引用次数排名第一的专利US20150332283A1是Nant Holdings IP LLC（南特控股知识产权有限公司）在美国申请的专利。 医疗保健代币接收医疗保健交易，包括从医疗保健历史区块链中获取历史区块标识符、接收医疗保健操作的有效性要求、从验证者处获取数字签名、更新医疗保健区块链等。

截至检索日，该专利已被引用308次。 IBM、美国银行、WINKLEVOSS 知识产权、埃森哲全球解决方案和阿里巴巴都引用了该专利。 引证专利不仅涉及分布式病历管理、提供医疗服务的物品追踪等医疗领域，还包括交易验证、个人身份验证、基于区块链的存单识别、流程授权与结算、交易对账方法、区块链研究等。链上工作流处理、安全流程交易的外部验证、数据管理、共享文档编辑、跟踪资源转移等。

4 区块链技术专利重点机构

4.1 国内重点机构

表2为国内申请人专利数量前20名。 其中，腾讯科技（深圳）有限公司和阿里巴巴集团控股有限公司均从2017年开始在区块链技术领域申请专利，目前分别申请专利462件和385件，专利申请数量远超其他机构。 排名第三的是北京锐泽科技有限公司，这是一家成立于2012年的互联网科技公司，2019年该公司在区块链技术领域布局了190项专利，申请专利超过100项的机构包括深圳市壹账通智能科技有限公司、有限公司、山东爱诚网信息技术有限公司、支付宝（杭州）信息技术有限公司。

腾讯的区块链专利多涉及安全性提升、合约智能化提升、可靠性提升、处理效率提升、防篡改等技术效果，如《大数据中数据传输的区块链消息处理方法及装置，实现区与区之间的数据交互》 chain和区块链中的chain提高了数据交互的实时性和处理效率。” “基于区块链的多线取证方法和装置，可以降低人工成本，使取证数据不可篡改。” “通过数字证书获取交易记录和账户，提高网络安全”等技术领域的专利。 基于腾讯在区块链领域的专利，其现有应用场景包括：“腾讯公益溯源链”已接入腾讯内部各公益平台进行数据交换，提高救援效率和成功率； 腾讯与北冥软件联合发起的“智信链”，建立了从电子数据到电子证据的可信数据通道； “微企链”供应链金融解决方案服务领域涵盖房地产、能源、汽车、医药等； 深圳市税务局与腾讯区块链电子发票项目“税链”打通发票开具、开票、报销、报税全流程。

阿里巴巴的区块链专利多涉及提升合约智能、环境可信执行、保障安全、正常运行、经济、处理效率等技术功能，如“通过区块链实现隐私保护”、“基于区块链的技术领域专利”等资金结算方式”和“基于区块链的侵权取证方式”。阿里巴巴从2016年开始陆续注册了“蚂蚁区块链”的各种商标，其区块链专利基本都来自蚂蚁金服的区块链团队。蚂蚁金服的区块链（现蚂蚁链）服务包括：“阿里健康”医疗电子账单利用区块链技术解决医疗机构间的数据交换；自主研发的金融级区块链高性能、强隐私保护区块链技术平台“蚂蚁区块链”BaaS平台有效解决区块链应用多场景问题比如金融、零售、生活； 正品溯源，有效防止其他平台商家盗用和侵权； 慈善捐款溯源的“蚂蚁金服公益平台”； 追溯保险赔付、房屋租赁、跨境汇款的来源。

4.2 国外重点机构

表3为专利申请量前10名的国外申请人，主要集中在美国（有6家机构），专利申请量占国外TOP10总量的71.1%； 其他4个机构分别来自加拿大安提瓜和巴布（1个机构）、韩国（2个机构）和爱尔兰（1个机构）。 申请者前两名分别是：美国IBM公司和安提瓜和巴布达NCHAIN Holdings Co., Ltd.。 两者专利申请量占国外TOP10总数的58.5%。

IBM的区块链专利多涉及合约智能化提升、自动化、账本验证、不确定性解决、时间变更解决、交易完成率、准确性提升等技术功能。所有者的初始标识符，通过识别初始标识符来确定身份块，然后确定身份块中的资产、资产所有者和资产转移过程。” “将原始数据存储在区块链中。 原始数据存储转化后，使用“转化数据的区块链检索”、“中央数据库中央数据集对应的数据库管理系统”等技术领域的专利。 基于IBM PaaS云平台，IBM实现了以下区块链落地场景：“沃尔玛+IBM”食品供应链数字化追踪； “邮储银行+IBM”于2016年推出基于区块链的资产托管系统； 帮助欧洲中小企业实现证券发行流程数字化的“意大利证券交易所+IBM”系统； “瑞穗金融集团+IBM”实现了基于区块链技术的虚拟货币即时结算项目的概念验证，缩短了跨境交易的结算工作； “中国银联+IBM”打造跨行银行卡积分兑换平台，优化与各大银行的结算流程和配置。

4.3 国内外主要机构技术布局国家

图6为全球TOP15专利申请人的主要技术部署国家。 可以看出，除阿里巴巴外，国内其他机构主要在国内市场布局专利，部分机构也通过PCT渠道布局专利； 国外机构不仅在本国部署，而且在全球大部分国家都有部署。

其中，阿里巴巴集团控股有限公司不仅在本国布局专利，还在全球多个国家和地区布局专利，主要包括美国、新加坡、加拿大、菲律宾、日本，并通过PCT和欧洲专利局； 腾讯科技（深圳）有限公司、支付宝（杭州）信息技术有限公司、杭州复美科技有限公司、百度在线网络技术（北京）有限公司等机构的大部分专利., Ltd.位于该国，并通过PCT途径提交了少量专利。 ; 深圳市壹账通智能科技有限公司申请了大量PCT专利，在香港、新加坡和欧洲也有专利布局。

国外机构中，IBM（International Business Machines Corporation）的专利主要集中在本国，部分专利已通过PCT渠道申请。 此外，他们在中国、日本、德国和英国也有专利布局； NCHAIN控股有限公司专利布局全球，除PCT申请外，主要布局在中国、欧洲、美国、韩国和印度； 万事达国际在本国拥有专利，通过PCT申请，中国、印度、欧洲、新加坡等国家和地区； 韩国BIZMODELINE专利投资公司的专利集中在国内。

4.4 机构合作

从专利合作来看，专利申请数量TOP40的主要国内外机构，基本上都是在区块链技术领域进行自主研发。 合作专利数量很少（图7），仅深圳前海有合作关系。 微众银行和西安电子科技大学（其中，深圳前海微众银行在该技术领域申请专利52件，西安电子科技大学申请专利24件）。 2019年两机构共同申请专利2项（表4）。 这两项专利涉及区块链领域的相关技术，包括：加密算法、加密密钥、数据验证、解密节点、解密私钥等，主要侧重于提高信息验证的准确性，降低信息验证的难度，节省操作步骤，避免私钥暴露。

5 结论和建议

5.1 结论

区块链作为一项新兴技术，从 21 世纪初就开始被研究。 该技术领域的专利在过去五年中呈现快速增长趋势。 2019年全球区块链专利申请量达到高峰。 全球共有34个国家/地区在区块链技术领域布局。 中国专利申请量居世界首位，是该领域最重要的专利技术来源和专利技术市场。 腾讯科技、阿里巴巴、IBM是区块链技术领域最为活跃的机构； 该领域的主要研究机构大多处于各自的研究情况，机构间的合作专利数量很少。

从技术领域分析，区块链技术领域的专利主要集中在数字信息处理与传输技术方向，其在专利文献中的分类号主要为H04L、G06Q和G06F。 热门布局领域包括身份认证、智能合约、数字货币/数字资产等应用领域，以及加密安全、公钥私钥、哈希算法等技术领域。 高被引专利研究方向主要涉及虚拟资产交易的验证与记录、存储与检索、数字签名、安全接收与计票等。高被引专利一般来自美国，主要核心实力较强技术领域。

在产业落地方面，以腾讯科技、阿里巴巴、IBM为代表的区块链技术巨头已在多个行业开发解决方案，应用涉及金融、供应链、政务民生、医疗、公益等行业。

5.2 建议

全球区块链技术进入高速发展期。 从专利数量来看，我国在区块链技术领域的研究处于领先地位，但大部分专利都是近两三年申请的，且主要集中在国内市场。 Layout patents, which have a certain gap with NCHAIN ​​Holdings Co., Ltd. and MasterCard International. Relevant institutions in our country should lay out patents as soon as possible, and pay attention to the protection of patents for their intellectual achievements in the field of blockchain technology; increase market promotion and legal protection for existing patents, and enhance the value of patents; encourage enterprises to actively enter overseas markets and improve the international market. Cooperation ability, export mature blockchain technology overseas, and at the same time pay attention to the layout of overseas patents, help my country gain more voice in the blockchain field, enhance industrial influence and international status.

Blockchain technology, as a disruptive technology that has the potential to change society, has become a competitive target of governments and related agencies of various countries. From the perspective of highly cited patents in the field of blockchain technology, the most cited TOP10 patents are mainly from the United States, indicating that the United States has a strong strength in major core technology fields. Therefore, my country should focus on supporting blockchain basic technology projects, pay attention to the research and development of related underlying technologies and their patent layout, and at the same time continuously adjust the research and development route according to industry and market trends, actively grasp the layout of hot technologies, improve original innovation capabilities, and enhance blockchain technology. The quality of chain patents and the deep mining of high-value patents have enabled my country to have core competitiveness in this field.

my country's blockchain patent applications are dominated by enterprises, focusing on commercial applications, and there is little cooperation between various institutions. It is recommended that scientific research institutes also increase investment in research and development of basic technologies and underlying cores in this field, and pay attention to the cultivation of urgently needed talents in the blockchain. At the same time, promote the cooperative research between universities and research institutes and blockchain enterprises, strengthen industry-university-research cooperation, and jointly carry out technical research. Universities undertake teacher training, basic technology or key technology research, and enterprises provide case scenarios and undertake application-oriented innovation. , Carry out the transformation of scientific and technological achievements, connect the basic theoretical technology of the blockchain with the technology required by the industry, realize the synergy and complementarity between basic research and the application market, and promote the speed of blockchain technology in various industries.

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