区块链技术全球专利分析

什么是区块链技术？

区块链技术来源于一位署名为“中本聪”的学者在2008年发表的奠基性论文《比特币：一种点对点电子现金系统》。狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并且以密码学的方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。如图1所示，自诞生以来的短短十年期间，其架构从最初的电子货币区块链1.0快速演进为以实现价值互联网为方向的区块链3.0时代。

图1 区块链技术发展演进

基于行业发展需求，国家知识产权局专利分析普及推广项目区块链课题组从专利申请趋势、重要技术分支以及区块链应用前景分析三个方面，对区块链进行了深度剖析。本文所涉及的专利数据检索截至日期为：2018年08月06日。由于不同国家专利公布时间不同，在对申请人、国别等项目比较时，为了确保数据更具有可比性，部分数据截至时间或更早。

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专利申请趋势

全球区块链专利申请起步于2011年，2016年起呈现爆发式增长。区块链技术的申请人数量和申请量几乎成正比增长，呈现典型的新兴技术萌芽发展态势。在区块链五大支撑技术中，数据层、共识层和合约层是研究热点，网络层和激励层研究较少，技术应用布局始于单一的虚拟金融货币，并逐渐向多元化实体领域发展，存在性证明凸显布局优势，后发势头强劲，价值交换关注较少，具有较大发展潜力。

从专利布局角度看，中美两国是重要的市场和技术原创国家，中国偏重于国内布局，美国多边布局态势明显，考虑到美国申请一部分可能尚未公开，美国实际申请量应大于目前统计申请量，两国之间申请量的差距应比目前统计的要小，但应不影响两者在全球的排名。区块链技术申请人分布较为分散，初创公司进入较多，没有明显专利壁垒以及行业领军企业。

图2 区块链全球专利申请态势分析

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重要技术分支

课题组基于专利分析研究的需求，经深入多家区块链相关企业调研并进行分析，逐步修订并最终确定了支撑技术分支及技术应用分支的整体框架。

（1）支撑技术

区块链支撑技术包括数据层、共识层、合约层、激励层和网络层。相关创新主体针对支撑技术的研究十分活跃，包括数据层的数据管理、加解密和区块数据技术，共识层的共识算法，合约层的智能合约技术在内的多项技术构成了区块链技术的关键技术。

从检索到的相关信息来看，目前业内对数据层的链式结构和共识层的共识算法预处理研究较少，具有很大研究空间，应用场景的日益丰富会进一步推动支撑技术的不断深入研究。同时，区块链应用领域多样性促进共识层技术快速发展，由单一共识向混合共识演进是共识层技术的发展趋势。此外，随着智能合约应用场景越来越多，合约层受到广泛关注，申请量增长迅速，研发热点集中于合约的安全性问题，主要通过智能合约的部署、测试、执行调用和升级更新加以解决。

图3 支撑技术全球专利申请态势分析

下面，笔者将简要地介绍区块链技术的三条发展路线。

数据层加解密技术发展路线

为了保证存储于区块链中的信息的安全与完整，人们将非对称加密等加解密技术用于区块的生成、区块数据加密、数字签名以及身份认证中。通过梳理区块链加解密技术的重要专利可以获得使用加解密技术解决安全性低、隐私保护性差、监管难这三大问题的技术发展路线图。

图4 数据层加解密技术发展路线

数据层数据管理技术发展路线

随着节点的不断增加，数据量也急剧膨胀，网络响应速率也会进一步降低。因此，存储空间和同步效率成为现阶段制约区块链网络发展的最大挑战因素，当前通过分层存储、分布式存储、数据降维、数据分块和减少同步量已经进行了一定改善。

图5 数据层数据管理技术发展路线

共识层共识算法技术发展路线

共识层专利申请以国内申请为主，共识算法由单一共识向混合共识演进是共识层技术的发展趋势。国外申请人研究较早，已经掌握的专利技术中涉及潜在的标准必要专利，需要加以关注。

图6 共识层共识算法技术发展路线

（2）技术应用

目前，课题组逐步修订并最终确定了区块链的技术应用分支的整体框架。通过专利分析可知，区块链技术应用方向的研究整体起步于2013年，前期以金融货币为主，呈现出一枝独秀的状态，随着应用领域的不断探索，数据权属和共享数据紧随其后迅速发展，到了2014年以后存在性证明成为后起之秀，年专利申请量增幅大于金融货币。

金融货币领域的应用日趋全面，支付、交易、清算仍为热点，匿名特性存在局限。对此，中国研发主体愈加注重存在性证明专利布局，防伪溯源、公证认证、医疗健康管理成为存在性证明关注热点，推动区块链技术应用逐步向实体经济应用领域发展，与此同时，新应用领域的不断扩展也对支撑技术的发展有了更高的要求，倒逼支撑技术的研发投入，以适应发展需要。

图7 技术应用专利申请态势

下面，笔者将从金融货币技术应用发展路线和存在性证明技术发展路线进行探讨。

金融货币技术应用发展路线

由于区块链技术具有公开、不可篡改的属性，这为去中心化的信任机制提供了可能，各类数字货币和金融资产均可以被整合进区块链账本中，成为链上的数字资产，在区块链上进行存储、转移、交易，使其在金融领域的应用前景广阔。另一方面，区块链技术在金融领域的应用可以降低管理成本，提高流通效率，缓解假币问题，不过，由于去中心化对监管提出的挑战较大，因此在一定程度上限制了金融货币在中国的发展。

图8 金融货币技术应用发展路线

存在性证明技术发展路线

因区块链数据带有时间戳、由共识节点共同验证和记录、不可篡改和伪造，可以在任意时间节点方便地证明某项数据的存在性和一定程度上的真实性，所以，这些特点使得区块链可广泛用于包括医疗健康、公证认证、版权保护、证据保全和防伪溯源等有存在性证明的应用场景。

图9 存在性证明技术应用发展路线

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区块链技术应用前景分析

综上所述，虽然区块链在很多应用场景都能因其自身的特点解决目前行业中存在的痛点和问题，但是绝大部分的区块链技术现在还在发展的早期，还存在很多的问题。笔者建议，未来国内相关创新主体需要从包括技术层面、安全层面、隐私保护层面和应用标准等多方面进行深入研究，用创新为企业发展提供动力。

图10 区块链技术应用重点技术突破方向

来源：国家知识产权局

编辑：Beyondip 秘伟轩

校对：Beyondip 李科朝