2020区块链创新与知识产权发展白皮书.pdf

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应用领域创新趋势 . 44 六、 区块链领域专利审查进展 . 63 (一 ) 专利审查中的常见情形 . 63 (二 ) 海外主要国家专利审查程序中的常见问题 . 68 (三 ) 法律进展 . 74 七、 总结与建议 . 77 II 图目录 图 1 区块链全球申请趋势 . 7 图 2 全球区块链发明专利技术生命周期 . 7 图 3 各受理局发明专利数量 . 8 图 4 重点申请人发明专利数量 . 9 图 5 申请量过百的申请人布局趋势 . 10 图 6 2015-2019 年全球区块链专利热点关键词 . 11 图 7 中外申请人区块链发明专利同族数量对比 . 12 图 8 重点省市申请的区块链专利所委托的代理机构 . 13 图 9 代理区块链中国发明专利并获高授权率的机构 . 14 图 10 中国区块链专利转让 . 15 图 11 外国区块链专利转让 . 15 图 12 2013 年至 2019 年全球区块链论文产出量 . 17 图 13 各国区块链领域发表论文数量和质量 . 18 图 14 TOP30 区块链文章作者的国际合作 . 19 图 15 区块链文献研究的主题方向 . 22 图 16 区块链热点研究领域 . 22 图 17 智能合约领域文献主题分布分析 . 23 图 18 共识算法领域相关文献主题分布分析 . 24 图 19 跨链领域文献主题分布 . 25 图 20 分布式数字身份领域相关文献主题分布分析 . 25 图 21 区块链科研立项数量和金额 . 26 图 22 各国区块链科研项目 . 27 图 23 全球区块链科研立项热点 . 28 图 24 区块链重点技术发明专利同族数量申请趋势 . 30 图 25 扩容技术重点受理局 . 32 图 26 扩容技术全球 TOP10 申请人 . 32 III 图 27 扩容技术中国 TOP10 申请人 . 33 图 28 细分技术领域申请趋势 . 33 图 29 扩容技术细分领域重点国内外申请人布局 . 34 图 30 跨链技术重点受理局 . 35 图 31 跨链技术全球 TOP10 申请人 . 36 图 32 跨链技术中国 TOP10 申请人 . 36 图 33 跨链 细分技术领域申请趋势 . 37 图 34 跨链技术细分领域重点国内外申请人布局 . 37 图 35 共识技术重点受理局 . 39 图 36 共识技术全球 TOP10 申请人 . 39 图 37 共识技术中国 TOP10 申请人 . 40 图 38 共识细分技术领域申请趋势 . 40 图 39 共识细分领域重点国内外申请人布局 . 41 图 40 智能合约技术重点受理局 . 42 图 41 智能合约全球 TOP10 申请人 . 43 图 42 智能合约中国 TOP10 申请人 . 43 图 43 智能合约细分技术领域申请趋势 . 44 图 44 智能合约细分领域重点国内外申请人布局 . 44 图 45 重点应用领域的发明专利同族数量 . 45 图 46 金融领域区块链专利全球各受理局申请数量 . 46 图 47 金融领域区块链专利全球 TOP10 申请人 . 46 图 48 金融领域区块链专利中国 TOP10 申请人 . 47 图 49 金融细分领域申请趋势 . 47 图 50 金融细分领域重点国内外申请人布局 . 48 图 51 能源区块链全球专利申请趋势 . 49 图 52 能源区块链全球专利 TOP10 申请机构 . 50 图 53 能源区块链中国专利 TOP10 申请机构 . 50 图 54 能源区块链细分技术领域申请趋势 . 51 IV 图 55 能源区块链专利细分领域重点国内外申请人布局 . 53 图 56 司法领域全球区块链重点受理局 . 55 图 57 司法领域全球区块链专利申请 TOP10 . 55 图 58 中国区块链司法领域专利申请人 TOP10 . 56 图 59 司法领域细分技术领域申请趋势 . 56 图 60 司法领域专利细分领域重点国内外申请机构分布 . 59 图 61 互联网领域重点受理局 . 60 图 62 互联网区块链全球 TOP10 申请人 . 60 图 63 互联网区块链中国 TOP10 申请人 . 61 图 64 互联网领域区块链细分技术领域申请趋势 . 61 图 65 互联网领域细分领域重点国内外申请人布局 . 62 图 66 全球区块链专利的复审趋势 . 77 表目录 表 1 区块链许可和被许可情况 . 16 表 2 近两年被引频次 TOP10 的高水平论文 . 18 表 3 区块链发文量 TOP10 的机构 . 20 表 4 被引频次 TOP10 的机构 . 21 表 5 重点国家区块链科研立项热点 . 28 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 1 一、 研究意义和范畴 (一 ) 研究意义 1. 促进 区块链产业发展的必要性 随着区块链产业和技术的不断发展，区块链已经融入到我国经济社会的各行 各业， 金融、 供应链、医疗、保险 、智慧城市 、 政务 、教育、供应链等领域均能 看到技术与产业的融合，覆盖范围广泛。 (1) 利于赋能数字经济，推动实体经济升级转型 和 高质量发展 区块链在建设可信体系、促进数据开放共享方面有着重要的作用， 确保数据 可信流转 ，构建数字中国的可靠基石 ，为数字经济发展提供重要助力 。 经过长期 的发展，我国积累了大量的可用数据，作为未来经济发展重要生产要素和 资产 ， 如何激活和释放大数据的潜力去创造 更大 价值，是当前必须要解决的难题。 可信 可靠 的数据才能成为中国数字经济的 有效 生产要素 ；产权清晰的数据才能激发数 据作为生产要素进行高效分配 和 投入生产；互联互通的数据才能发挥巨大潜力， 创造价值 ，从而加快新旧动能转换，推动实体经济升级转型 。 (2) 促进产业链效率和协同效率 提升 ，降低企业运营成本 区块链分布式账本公开透明、不可篡改 、可追溯、可追责，应用到实体经济 生产制造、 销售、 供应链管理、物流运输以及 企业融资 等 领域， 贯通 多级供应商， 打通产业上下游， 打破供需两端信息 沟通 壁垒， 实现跨机构 信息流、物流、资金 流 数据共享， 从而实现 供给侧优化改革和 按需生产精益化 、智能化 管理 ，降低企 业运营成本，提高企业运营效率。同时，产业链协同效率的提高，有利于传递核 心企业信用，帮助解决中小微企业融资难 、 融资贵问题， 降低企业的融资成本。 区块链 深入实体经济产业链以及金融支持各个环节，有利于破解实体经济发展的 痛点。 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 2 (3) 利于 构建新社会治理体系，提升社会治理水平 区块链能够确保数据真实不可篡改，有利于政府信息（尤其是涉及到专款专 用项目，如脱贫攻坚、政府救助、公共基础设施建设用款等）真实、公开、透明， 打造阳光政务 。 能优化政府工作流程，让数据多跑路，群众少跑腿， 推动社会治 理高效化 。区块链在促进数据共享方面有着天然的优势，能够打通不同政府部门 之间的数据孤岛，为广大群众 和企业提供更高效更优质的服务，提升管理效率 。 能 降低监管成本， 推动社会治理 精细化、智能化 ，促进社会更有效地运转 。区块 链支持建立 有效 跨地域、跨层级的监管机制 ，且能 打通社会、经济各个方面的数 据，结合大数据分析技术， 抓取各项事务之间的联系 ，从而提升 实时监测、动态 分析、精准预警、精准处置的能力 ，为重大决策提供给参考，促进社会有效运转。 (4) 利于保持国际竞争力，争取更多话语权 区块链 是未来互联网信任基础设施 ，是信息互联网向价值互联网进化的基石， 是下一代最重要的互联网技术， 有望推动重构下一代互联网基础设施和协议 。 当 前许多国家都在大力推动区块链产业链的发展。 2019 年，美国国会 批准 区块链 促进法案，法案要求联邦政府商务部成立区块链工作组，推动区 块链技术定义 及标准的统一，以及区块链在非金融领域更大范围的应用，从而促进区块链技术 创新和保持美国高新技术在全球的领先地位。 同年， 德国内阁批准了区块链战略 草案，发布了德国区块链战略 ，战略确定了政府在区块链领域里的优先职责 ， 明确了五大领域的 44 项行动 措施。 英国 早就开始进行有关区块链技术的政策 研究，从 2016 年发布分布式账本技术：超越区块链以来，英国央行一直在 参与加密数字货币的研究，计划用于金融领域。当前国际形势变幻莫测，国家之 间竞争不断加剧， 网络世界的公平性、安全性也无法得到保障， 促进自主可控的 区块链产业的发展，是我国应对国际竞争、保持国际竞争力、争取更多话语权的 重要组成部分。 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 3 2. 创新对区块链产业发展的重要性 区块链已被纳入国家发展计划，各级政府纷纷出台相关产业支持政策，发展 环境得到了明显改善，我国区块链产业的发展也取得了一些成果：如：专利申请 量位居全球第一，大幅超过美日欧等国家；发布了跨链互操作协议、抗量子密码 等一系列具有自主知识产权的区块链前沿技术；多款区块链平台产品发布，并取 得中国信息通信研究院、中国电子标准研究院等的测试；标准化进程加快，目前 我国已发布了 33 项区块链团体标准 1， 山东和贵州出台 5 项地方标准 2，通信和金 融出台 2 项区块链行业标准 3（区块链技术架构安全要求 YD/T 3747-2020 和 区块链技术金融应用评估规则 ， JR/T 0193-2020） 。 此外， 中国信息通信研究 院牵头及参与的 ITU-T 首批区块链标准 ITU-T F.751.0 “Requirements for distributed ledger systems（分布式账本系统需求） ” 、 ITU-T F.751.1 “Assessment criteria for distributed ledger technology platforms （分 布式账本技术平台的评测准则） ” 和 ITU-T F.751.2 “Reference Framework for Distributed Ledger Technologies（分布式账本技术的参考框架） ” 已正 式发布。不 过，随我国区块链产业快速发展，技术短板日益凸显，亟待通过创新 解决 。 (1) 需加强 底层 核心 技术创新 以实现 自主可控 据中国 信通院可信区块链测评结果显示，当前我国约 50%的区块链技术采用 国外开源底层平台，加密技术、共识算法等核心技术也主要来自发达国家。尽管 多个项目或联盟纷纷宣布开源区块链，但开源代码未经过统一认证，没有特定的 个人或者组织机构负责修复漏洞，安全性难以保证。底层技术的自主创新，是我 国互联网安全 、国家安全至关重要的保障。 1 Xu, Eric L.; Li, Ling 美国 IoT security: Review, blockchain solutions, and open challenges 318 Khan, Minhaj Ahmad; Salah, Khaled 巴基斯坦 Blockchain challenges and opportunities: a survey 266 Zheng, Zibin; Xie, Shaoan; Dai, Hong-Ning; Chen, Xiangping; Wang, Huaimin 中国 Designing microgrid energy markets A case study: The Brooklyn Microgrid 247 Mengelkamp, Esther; Gaerttner, Johannes; Rock, Kerstin; Kessler, Scott; Orsini, Lawrence; Weinhardt, Christof 德国 Security and Privacy in Decentralized Energy Trading Through Multi- Signatures, Blockchain and Anonymous Messaging Streams 234 Aitzhan, Nurzhan Zhumabekuly; Svetinovic, Davor 阿拉伯联合酋 长国 Blockchain Meets IoT: An Architecture for Scalable Access Management in IoT 179 Novo, Oscar 芬兰 0 200 400 600 800 1000 1200 中国 美国 英国 印度 德国 韩国 澳大 利亚 意大 利 加拿 大 法国 日本 俄罗 斯 西班 牙 瑞士 新加 坡 荷兰 奥地 利 中国 台湾 希腊 挪威 发文量 1175 1085 401 306 285 261 245 224 219 178 164 150 140 136 130 109 86 86 82 79 高水平论文 42 30 7 5 5 6 9 5 6 3 2 1 2 1 8 0 1 3 0 4 国际合作论文数 437 388 152 82 79 56 125 74 107 69 52 24 42 66 91 42 28 22 36 41 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 19 标题 被引频次 作者 第一 作者国家 On blockchain and its integration with loT. Challenges and opportunities 173 Reyna, Ana; Martin, Cristian; Chen, Jaime; Soler, Enrique; Diaz, Manuel 西班牙 Consortium Blockchain for Secure Energy Trading in Industrial Internet of Things 172 Li, Zhetao; Kang, Jiawen; Yu, Rong; Ye, Dongdong; Deng, Qingyong; Zhang, Yan 中国 A Software Defined Fog Node Based Distributed Blockchain Cloud Architecture for IoT 138 Sharma, Pradip Kumar; Chen, Mu-Yen; Park, Jong Hyuk 韩国 Blockchain technology and its relationships to sustainable supply chain management 138 Saberi, Sara; Kouhizadeh, Mahtab; Sarkis, Joseph; Shen, Lejia 美国 2. 国际合作分析 从 区块链论文作者的 国际合作角度分析，中美 交流 合作 最为密切 ，约有 173 篇文章为 中美作者 合著。 此外，中国也与 印度、澳大利亚、新加坡、日本、英国、 加拿大 等国家在区块链领域学术交 流 较频繁，合作发表较多论文 。美国 作者的重 点合作对象除中国外，还包括 英国 、意大利、丹麦、瑞士、德国、加拿大、澳大 利亚、新加坡 。 图 14 Top30 区块链文章作者的 国际合作 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 20 (二 ) 主要研究机构和专家学者 1. 机构发文量分析 从全球区块链论文的发文机构分析，在国内发文机构较多的包括中科院、北 京邮电大学、清华大学、电子科技大学等。在国外发文较多的有美国 IBM 企业、 澳大利亚联邦科学与工业研究组织、英国伦敦大学、美国德克萨斯大学以及新加 坡南洋理工大学和新加坡国立教育学院。 从被引频次 总量 比较， 发文量仅有 22 篇 的 美国康纳尔大学 以 1167 次 被引数量 雄踞榜首 ， 此外， 发文量 21 篇 的 美国北 卡罗来纳大学 被引 1009 次。 就研究热点看，高发文量的中国科研机构侧重应用实现，如 中科院 （不含 中 国科学院大学 ） 主要 研究 区块链在智能交通、智慧城市、医疗数据共享及激励机 制中的应用 ， 北京邮电大学 研究 区块链 如何 与物联网、无线网络 结合 ；康纳尔大 学 则侧重 区块链协议、智能合约、加密货币；北卡莱罗纳大学 研究 区块链在 物联 网、 电子投票、隐私保护、电力系统中的应用 。 表 3 区块链 发文量 Top10 的机构 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 21 表 4 被引频次 Top10 的机构 2. 研究学者 分析 从 发文 作者角度分析，发文量较高的是 新加坡 南洋理工大学的 Niyato, Dusit，研究区块链网络设计、移动区块链、物联网、激励机制、共识机制、云 计算、雾计算、边缘计算、深度学习 。 其次是 美国 天普大学 （ Temple University） 的 Du, Xiaojiang，研究区块链细粒度的访问控制、隐私保护、加密货币、数据 交易、数据共享、物联网数据 加密 。排名 第三位的是德克萨斯大学圣安东尼奥分 校的 Choo, Kim-Kwang Raymond， 研究工业 4.0、军事物联网、安全入侵防御系 统、能源交易、智能交通系统、车联网 。 (三 ) 论文技术趋势 1. 主题分布分析 利用 关键词共现矩阵 研究 区块链相关文献 ，可知 当前 区块链学术研究主要聚 集在 六 大主题 领域 ： 第一类 是研究区块链技术体系，包括网络体系、互信、网络性能 ， 以及区块 链技术带来的经济和社会影响； 第二类主要涉及比特币和加密货币； 第三类主要涉及数据安全、隐私保护 、 信任管理、授权； 第四类主要涉及智能合约； 第五类主要涉及物联网、 云计算 、边缘计算； 所属国家 研究机构 被引频次 发文量 国际合作论文 美国 康奈尔大学 1167 22 9 美国 北卡罗来纳大学 1009 21 7 新加坡 新加坡国立大学 777 26 18 美国 麻省理工学院 (M IT ) 747 26 14 澳大利亚 联邦科学与工业研究组织 (C S IR O ) 717 53 29 中国大陆 北京邮电大学 656 84 36 美国 加州大学系统 616 43 18 中国大陆 国防科技大学 592 31 4 澳大利亚 悉尼新南威尔士大学 582 43 26 中国大陆 广东工业大学 579 30 13 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 22 第六类 主要 涉及智能电网、智慧城市等应用领域。 图 15 区块链文献 研究的主题方向 2. 研究热点分析 根据 区块链文献的 关键词热力图 看出 ，智能合约、加密算法、跨链等领域是 当前研究的热点。 因此， 选取 智能合约、共识算法、跨链、分布式数字身份细分 领域 进行进一步的探索 其研究技术 。 图 16 区块链 热点研究领域 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 23 (1) 智能合约 智能合约的学术研究热潮起源于 2017 年 ， 至 2019 年， WoS 共收录了 1281 篇与智能合约有关的研究文献。随着区块链技术在各领域的应用程度不断加深， 在各领域的应用情况成为智能合约的主要研究领域。智能合约 文献研究方向 目前 主要涉及领域 包括 ：物联网和云计算、以太坊、加密货币、智能电网和智慧城市 等智能化应用、供应链等垂直行业应用，以及 如形式验证和智能合约安全等 智能 合约安全。供应链、能源、物联网是智能合约 的重点 应用领域。 图 17 智能合约领域 文献主题 分布 分析 (2) 共识算法 共识算法是区块链的底层核心技术，共识算法的学术研究起始于 2015 年 ， 在 2018 年后快速增长。共识算法 的 学术研究主要涉及加密货币体系构建方面（比 特币与博弈论）、以太坊和 PoS 共识算法、物联网应用领域的共识算法优化、联 盟链和 BFT 算法。由于区块链技术最早起源于比特币网络，而网络设计、经济激 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 24 励也是区块链网络的核心内容之一，因此，有较多的研究涉及共识算法和博弈论， 例如：公有链激励机制、挖矿等。 图 18 共识算法领域 相关文献主题 分布 分析 (3) 跨链 跨链技术是当前区块链产业研究和探索的重要技术。在学术领域，对跨链的 研究刚刚起步 。 2018 至 2019 年近 40 篇文献涉及跨链技术。研究内容主要涉及 比特币、以太坊、智能合约和物联网，技术 同时侧重 跨 链和侧链。例如在物联网 领域，学者们研究通过跨链协议解决跨系统的数据传输。此外，学者们也在研究 一些新的跨链解决方案。 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 25 图 19 跨链领域 文献主题 分布 (4) 分布式数字身份 由于欧洲通用数据保护条例（ General Data Protection Regulation ，简 称 GDPR）的实施，以及在医疗等领域用户隐私保护受关注度持续提升，基于区块 链技术的分布式数字身份（ Decentralized Identity，简称 DID）成为近年来新 出现的一个区块链研究领域，整体学术研究处于起步阶段。目前，学术领域主要 关注：自主身份管理、验证与授权的相关技术、身份与隐私保护。 图 20 分布式数字身份领域 相关文献主题 分布 分析 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 26 四、 科研篇 -科研创新趋势 (一 ) 科研立项趋势 对全球重点国家的区块链科研项目进行统计分析，从 2013 年至 2020 年，全 球 重点国家的 区块链科研项目数量 一千 余项 。立项数量随年逐渐增多，投入经费 日益趋 越多 ， 体现出科研领域对区块链的关注 度 日益加大，相关研究蓬勃开展 ， 该领域技术创新趋向活跃 。 图 21 区块链科研立项数量和金额 (二 ) 重点 立项 机构 从主要的区块链科研立项国家看，多国积极立项区块链课题，以欧美国家为 主。其中，法国的立项数量最多，超过 200 个，其次是美国、中国台湾 、欧盟 的 数量也超过一百个，英国 、中国大陆 、挪威、日本、加拿大 、瑞士 、荷兰、卢森 堡的立项数量在十个以上。 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 27 图 22 各国区块链科研项目 法国 区块链科研项目承担单位来自 实验室 、研究中心和大学，如 LSV Laboratoire Spcification et Vrification 、 IRISA Institut de recherche en informatique et systmes alatoires 、 Inria - Sophia Institut national de recherche en informatique et en automatique- Centre Sophia Antipolis Mditerrane 、 里昂大 学、巴黎多芬大学、巴黎萨克莱大学等； 美国 区块链科研项目承担单位来自 美国国家科学院、麻省理工学院、斯 坦福大学、纽约大学、宾夕法尼亚州立大学、普渡大学、加州大学、康 奈尔大学、卡内基梅隆大学、美国宇航局戈达德太空飞行中心、印第 安那大学，甚至还有部分由公司主体立项，如 BRILLIANTMD、 CONSENSUS NETWORKS、 ENERBLOCK、 PLATFORM TECHNOLOGY VENTURES 等。 欧盟 区块链科研项目承担单位来自 诸多 大学、科研院校、实验室、协会 、 基金会 和公司 。 如爱尔兰国立大学都柏林大学学院、比雷埃夫斯大学研 究中心、慕尼黑工业大学、伯明翰大学、都柏林城市大学、哥本哈根商 学院等，实验室如 BRAINCITIES LAB，基金会如 ONDAZIONE BRUNO KESSLER， 公司如 AMBRPAY AG、 DIGITAL LIVING INTERNATIONAL OY、 ENDESA DISTRIBUCION ELECTRICA S.L、 GEMEINNUTZIGE GMBH、 FREMEN CORP 等。 中国 的 自然基金和社科基金区块链 项目承担单位 都来自 科研 高校。如清 华大学、东北大学、南京大学、中央财经大学、山东大学、西安电子科 技大学、同济大学 、 中国科学院计算技术研究所 等 。 0 50 100 150 200 250 各国区块链科研项目 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 28 (三 ) 重点国家立项方向 从多国的区块链科研立项关键词看，物联网、加密货币、智能合约、工作量 证明、一致性算法、 容错、博弈论建模、金融科技、云计算、因素保护、可伸缩 性是研究重点。 图 23 全球区块链科研立项热点 从重点国家的科研立项侧重点看，法国和美国关注底层技术，如工作量证明、 解析、建模、中级、动态架构、协议等；欧盟侧重医疗保健、人工智能、食品跟 踪的区块链应用；中国台湾侧重智能合约、云计算、共识算法、一致性算法、双 花、对等分散决策、形式化验证；中国大陆侧重能源互联网、电子商务、供应链、 隐私保护、云际计算、多域 SDN、 个人健康数据保护 等。 表 5 重点国家区块链科研立项热点 重点 国家 关键词 法国 安全性 、 工作量证明 、 智能合约 、 物联网 、 共享经济 、 离散对数 REPrestation（ DLREP）、 网 络安全 、 网络管理 、 解析器 、 身份证明 、 SDN、 Avispa、建筑信息模型、 BiiMED、 Contiki、 Cryptocurrcy、 ERP、 Factum、 FirstCoin、 Isabelle、 KYC 系统、 OCARI、 OTP、 SNARK、 Solidity、 Ssors、 XACML、 ZeroBlock、 consus、 cryp-tocurrcy、 一类支持向量机 、 个人身份管理系统 、 中间件 、 交互式定理证明 、 人工智能 、 供应链管理 、 信息可视化 、 健康、共享文件 、 农业 4.0、 分布式在线投票 、 分布式计算模型 、 动态架构 美国 支付渠道网络的网络体系结构和路由协议、供应链、农业信息收集、语义增强、资源受限设 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 29 备的区块链架构、监视低级跨链、可审计区块链、智能电网、医疗保健、边缘信任网络、跨 越国界的虚拟银行、规范多主体系统、智能合约、公共区块链、人工智能、机器学习、物联 网、微服务、电子病历、可寻址加密区块链、弹性信息供应、分散式密钥管理、分析和态势 感知、信托服务 欧盟 智能能源、智能信任、制药、政务区块链、医疗保健、人工智能、食品跟踪、高级网络威胁 检测、虚拟能源交易、资格认证、冷链监控、家庭联网环境保护、数据隐私获取 、智慧城市、 智能社交媒体、群体机器人系统、铁路 数据归属、医疗、云、金融科技、航空、工业互联网、 易购架构、中间件、边缘智能、文凭反欺诈、隐私攻击、农业无人检测、非入侵脑刺激、托 管 中国 台湾 智能合约 、 云计算 、 共识算法 、 比特币 、 一致性算法 、 个人健康数据 、 以太坊 、 供应链质量 管理 、 博弈论建模 、 双花 、 可交易能源系统 、 可证明安全 、 安全协议 、 密码货币 、 对等分散 决策 、 建模与优化 、 形式化验证 、 扩散逼近 、 拓扑发现 、 拜占庭容错 、 排队模型 、 数字痕迹 、 深度学习 、 物联网 、 电子支付 、 群体智能 、 能源互联网 、 自动驾驶、许可链 、 超网络 、 跨链 交易 、 路权冲突 、 随机排队网络 、 随机过程 中国 能源互联网、电子商务信誉系统、供应链质量管理、隐私保护、复杂交易的许可链、高效隐 私保护、能源互联网超网络建模、制造社区自组织、超大规模数字货币、配电网、云际计算、 多域 SDN、智能云资源博弈、个人健康数据保护、自动驾驶、群智化软件开发、私有区块链、 移动云计算 五、 应用篇 -技术和应用 创新 趋势 (一 ) 技术 创新 发展趋势 结合区块链的全球专利、科研论文和科研立项技术发展趋势看，区块链的扩 容、共识、跨链和智能合约均是当前热点，备受关注，因此本章拟对这四大核心 关键技术进行专利分析，并对这些技术的细分技术进行剖析。 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 30 图 24 区块链重点技术发明专利同族数量申请趋势 这四大技术从专利申请趋势看，近些年均逐渐数量增多，且智能合约的申请 趋势相对更为迅猛。 跨链技术也逐渐出现多种解决方案。 就细分技术而言，在扩容领域，链上并发扩容技术解决方案更常见，专利量 相对链下扩容更多些；在共识领域，多种拜占庭容 错算法和多种工作量证明方案 势均力敌，专利量申请趋势较为接近，相对而言，工作证明的发展更受重视；在 跨链领域，侧链技术和分布式密钥技术更受关注，专利量明显领先公证人和哈希 锁定技术；在智能合约领域，合约的调用和部署是技术发展热点，相对而言，合 约更新的专利较少。 1. 扩容技术 从技术实践的视角看 ，区块链的并发处理能力与存储能力直接影响着区块链 技术的大规模推广与应用。受限于目前区块链的容量限制，众多领域无法大规模 深度应用区块链技术。无论学术界还是产业界都在积极的研究、探索并不断创新 提高区块链容量的方法。 本章节拟研究 存储扩容 和 并发能力扩容 ， 且这两种扩容 技术还 可 细分为链上 技术领域 细分技术 2014 2015 2016 2017 2018 2019 链上并发扩容 4 4 31 123 510 547 链下并发扩容 9 37 198 259 存储扩容 2 7 30 39 拜占庭容错算法 7 50 241 262 工作证明 3 30 105 433 496 委任权益证明 1 18 64 334 356 股权证明 1 24 60 282 312 实用拜占庭容错算法 6 47 243 317 公证人 1 11 32 43 哈希锁定 19 21 分布式密钥 7 26 132 180 侧链 1 16 33 141 203 合约更新 9 22 112 184 合约调用 28 156 561 1022 合约部署 2 34 160 674 946 扩容 共识 跨链 智能合约 重点技术发明专利数量（按简单同族合并） 少 多 区块链创新与知识产权发展白皮书（ 2020） 31 与链下 情形 。 就存储扩容看可分为改善链上存储能力与扩展链下存储能力。改善链上存储 能力的主要研究方向包括区块分离存储技术 4、多层级架构 5、文件系统及存储硬 件 6。区块分离存储技术和多层级架构都属于通过改变单个区块链节点结构，通过 合理的设计，联合多个节点承担原来单个节点的功能，从而扩展链上存储能力的 方法。 区块链自身的存储系统中除了存放区块数据的块文件 ， 还包括存放状态数 据的键值数据库 ，因此对于扩展区块链自身存储能力来说，具有海量存储能力的 分布式键值数据库（例如， Cassandra 等 ）也是未来区块链自身存储扩容的研究 方向。 但由于存储链上扩容和存储链下扩容专利相对较少，对存储扩容不再进一 步细分。 链上并发能力扩 容主要是改善共识协议，提高共识效率，主要包括代表制 7、 联邦制 8、简单信任制 9等提高共识效率的协议。此外，区块链账本的链式结构也 是链上并发能力扩容的研究方向。比如， DAG（有向无环图）等创新性链式结构， 可以提高区块链的并发处理能力。 链下并发能力扩容主要是通过链下计算等机制承担部分业务功能，减轻主链 4 区块分离存储技术 是 将大区块拆分为多 个小块，异步传输到其他节点，然后组装成大区块存储在独立的 存储节点上。小区块存储在原区块链节点中，大区块存储在独立的专门存储节点上。通过大区块存储节点 的分离，达到扩展链上存储能力的目的。 5 多层级架构 是 将原来单个区块链节点的功能拆分到交易节点与数据节点上，交易节点用于用户之间的交 互、交易及交易索引数据的存储，数据节点用于存储完整的交易数据和文件数据。数据节点可以采用分布 式文件系统实现海 量 数据的存储。 6 目前文件系统分为 单机文件系统、网络文件系统、分布式文件系统、 P2P 文件系统。单机文件系统存取 性能高，但存储容量受限于磁盘容量大小，缺乏备份机制，磁盘坏掉后需要停机修复。网络文件系统（例 如 SMB、 NFS、 CIFS）及网络存储（ DAS、 NAS、 SAN、 iSCSI）等存取性能略低一些，但存储容量大，需 要专门的备份机制，具有较好的恢复能力。分布式文件系统（例如 GFS、 HDFS、 Ceph、 Haystack 等）存 取性能虽然比不上单机文件系统，但具有海量存储的特性 和 天然的备份机制，可以不停机 热恢复。分布式 文件系统是扩展区块链单个节点存 储能力的有力工具。 P2P 文件系统与区块链网络一样，具有开放性、全 球性、自成体系，不适合直接用于扩展区块链单个节点的存储能力。 7 代表制共识协议是指选举代表节点参与共识决策。与全民制共识协议不同，代表制共识协议不需要全部 节点参与共识决策，而是仅仅由部分代表节点参与决策，其他节点遵从决策结果，从而提高共识决策效 率。代理共识协议、股权代理证明协议、代理拜占庭容错协议等都属于代表制共识协议。 8 联邦制共识协议体现了分而治之的思想，将整个区块链网络分为多个区域，每个区域内的节点各自完成 本区域内交易的共识决策，不同 区域内的共识决策并行同步进行，互不影响，从而提高了共识决策的效 率。分区、分片等共识协议都属于联邦制协议。 9 简单信任制共识协议体现了部落治