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区块链技术发展现状与展望
区块链技术起源于2008年由化名为 “中本聪” （Satoshi Nakamoto）的学者在密码学邮件组发表的奠基性论文《比特币：一种点对点电子现金系统》。近两年来，区块链技术的研究与应用呈现出爆发式增长态势，被认为是继大型机、个人电脑、互联网、移动/社交网络之后计算范式的第五次颠覆式创新，是人类信用进化史上继血亲信用、贵金属信用、央行纸币信用之后的第四个里程碑。区块链技术是下一代云计算的雏形，有望像互联网一样彻底重塑人类社会活动形态，并实现从目前的信息互联网向价值互联网的转变。区块链的技术特点
区块链具有去中心化、时序数据、集体维护、可编程和安全可信等特点。 去中心化：区块链数据的验证、记账、存储、维护和传输等过程均是基于分布式系统结构，采用纯数学方法而不是中心机构来建立分布式节点间的信任关系，从而形成去中心化的可信任的分布式系统； 时序数据：区块链采用带有时间戳的链式区块结构存储数据，从而为数据增加了时间维度，具有极强的可验证性和可追溯性； 集体维护：区块链系统采用特定的经济激励机制来保证分布式系统中所有节点均可参与数据区块的验证过程（如比特币的“挖矿”过程），并通过共识算法来选择特定的节点将新区块添加到区块链； 可编程：区块链技术可提供灵活的脚本代码系统，支持用户创建高级的智能合约、货币或其它去中心化应用； 安全可信：区块链技术采用非对称密码学原理对数据进行加密，同时借助分布式系统各节点的工作量证明等共识算法形成的强大算力来抵御外部攻击、保证区块链数据不可篡改和不可伪造，因而具有较高的安全性。区块链与比特币 比特币是迄今为止最为成功的区块链应用场景，区块链技术为比特币系统解决了数字加密货币领域长期以来所必需面对的双重支付问题和拜占庭将军问题。与传统中心机构（如中央银行）的信用背书机制不同的是，比特币区块链形成的是软件定义的信用，这标志着中心化的国家信用向去中心化的算法信用的根本性变革。近年来，比特币凭借其先发优势，目前已经形成体系完备的涵盖发行、流通和金融衍生市场的生态圈与产业链，这也是其长期占据绝大多数数字加密货币市场份额的主要原因。区块链的发展脉络与趋势
区块链技术是具有普适性的底层技术框架，可以为金融、经济、科技甚至政治等各领域带来深刻变革。按照目前区块链技术的发展脉络，区块链技术将会经历以可编程数字加密货币体系为主要特征的区块链1.0模式，以可编程金融系统为主要特征的区块链2.0模式和以可编程社会为主要特征的区块链3.0模式。然而，上述模式实际上是平行而非演进式发展的，区块链1.0模式的数字加密货币体系仍然远未成熟，距离其全球货币一体化的愿景实际上更远、更困难。目前，区块链领域已经呈现出明显的技术和产业创新驱动的发展态势，相关学术研究严重滞后、亟待跟进。区块链的基础模型与关键技术
一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等技术；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。区块链技术的应用场景
区块链技术不仅可以成功应用于数字加密货币领域，同时在经济、金融和社会系统中也存在广泛的应用场景。根据区块链技术应用的现状，本文将区块链目前的主要应用笼统地归纳为数字货币、数据存储、数据鉴证、金融交易、资产管理和选举投票共六个场景：数字货币：以比特币为代表，本质上是由分布式网络系统生成的数字货币，其发行过程不依赖特定的中心化机构。数据存储：区块链的高冗余存储、去中心化、高安全性和隐私保护等特点使其特别适合存储和保护重要隐私数据，以避免因中心化机构遭受攻击或权限管理不当而造成的大规模数据丢失或泄露。数据鉴证：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，这些特点使得区块链可广泛应用于各类数据公证和审计场景。例如，区块链可以永久地安全存储由政府机构核发的各类许可证、登记表、执照、证明、认证和记录等。金融交易：区块链技术与金融市场应用有非常高的契合度。区块链可以在去中心化系统中自发地产生信用，能够建立无中心机构信用背书的金融市场，从而在很大程度上实现了“金融脱媒”；同时利用区块链自动化智能合约和可编程的特点，能够极大地降低成本和提高效率。资产管理：区块链能够实现有形和无形资产的确权、授权和实时监控。无形资产管理方面已经广泛应用于知识产权保护、域名管理、积分管理等领域；有形资产管理方面则可结合物联网技术形成“数字智能资产”，实现基于区块链的分布式授权与控制。选举投票：区块链可以低成本高效地实现政治选举、企业股东投票等应用，同时基于投票可广泛应用于博彩、预测市场和社会制造等领域。区块链技术的现存问题
安全性威胁是区块链迄今为止所面临的最重要的问题。其中，基于PoW共识过程的区块链主要面临的是51%攻击问题，即节点通过掌握全网超过51%的算力就有能力成功篡改和伪造区块链数据。其他问题包括新兴计算技术破解非对称加密机制的潜在威胁和隐私保护问题等。 区块链效率也是制约其应用的重要因素。区块链要求系统内每个节点保存一份数据备份，这对于日益增长的海量数据存储来说是极为困难的。虽然轻量级节点可部分解决此问题，但适用于更大规模的工业级解决方案仍有待研发。比特币区块链目前每秒仅能处理7笔交易，且交易确认时间一般为10分钟，这极大地限制了区块链在大多数金融系统高频交易场景中的应用。 PoW共识过程高度依赖区块链网络节点贡献的算力，这些算力主要用于解决SHA256哈希和随机数搜索，除此之外并不产生任何实际社会价值，因而一般意义上认为这些算力资源是被“浪费”掉了，同时被浪费掉的还有大量的电力资源。如何能有效汇集分布式节点的网络算力来解决实际问题，是区块链技术需要解决的重要问题。 区块链网络作为去中心化的分布式系统，其各节点在交互过程中不可避免地会存在相互竞争与合作的博弈关系，例如比特币矿池的区块截留攻击博弈等。区块链共识过程本质上是众包过程，如何设计激励相容的共识机制，使得去中心化系统中的自利节点能够自发地实施区块数据的验证和记账工作，并提高系统内非理性行为的成本以抑制安全性攻击和威胁，是区块链有待解决的重要科学问题。智能合约与区块链技术
智能合约是一组情景-应对型的程序化规则和逻辑，是部署在区块链上的去中心化、可信共享的程序代码。通常情况下，智能合约经各方签署后，以程序代码的形式附着在区块链数据（例如一笔比特币交易）上，经P2P网络传播和节点验证后记入区块链的特定区块中。智能合约封装了预定义的若干状态及转换规则、触发合约执行的情景（如到达特定时间或发生特定事件等）、特定情景下的应对行动等。区块链可实时监控智能合约的状态，并通过核查外部数据源、确认满足特定触发条件后激活并执行合约。 智能合约对于区块链技术来说具有重要的意义。一方面，智能合约是区块链的激活器，为静态的底层区块链数据赋予了灵活可编程的机制和算法，并为构建区块链2.0和3.0时代的可编程金融系统与社会系统奠定了基础；另一方面，智能合约的自动化和可编程特性使其可封装分布式区块链系统中各节点的复杂行为，成为区块链构成的虚拟世界中的软件代理机器人，这有助于促进区块链技术在各类分布式人工智能系统中的应用，使得基于区块链技术构建各类去中心化应用（Decentralized application, Dapp）、去中心化自治组织（Decentralized Autonomous Organization, DAO）、去中心化自治公司（Decentralized Autonomous Corporation, DAC）甚至去中心化自治社会（Decentralized Autonomous Society, DAS）成为可能。 区块链和智能合约技术的主要发展趋势是由自动化向智能化方向演化。现存的各类智能合约及其应用的本质逻辑大多仍是根据预定义场景的“ IF-THEN”类型的条件响应规则，能够满足目前自动化交易和数据处理的需求。未来的智能合约应具备根据未知场景的“ WHAT-IF”推演、计算实验和一定程度上的自主决策功能，从而实现由目前“自动化”合约向真正的“智能”合约的飞跃。区块链驱动的平行社会
近年来，基于CPSS（Cyber-Physical-SocialSystems）的平行社会已现端倪，其核心和本质特征是虚实互动与平行演化。区块链是实现CPSS平行社会的基础架构之一，其主要贡献是为分布式社会系统和分布式人工智能研究提供了一套行之有效的去中心化的数据结构、交互机制和计算模式，并为实现平行社会奠定了坚实的数据基础和信用基础。 就数据基础而言，管理学家爱德华戴明曾说过：除了上帝，所有人必须以数据说话。然而在中心化社会系统中，数据通常掌握在政府和大型企业等“少数人”手中，为少数人“说话”，其公正性、权威性甚至安全性可能都无法保证。区块链数据则通过高度冗余的分布式节点存储，掌握在“所有人”手中，能够做到真正的“数据民主”。就信用基础而言，中心化社会系统因其高度工程复杂性和社会复杂性而不可避免地会存在“默顿系统”的特性，即不确定性、多样性和复杂性，社会系统中的中心机构和规则制定者可能会因个体利益而出现失信行为；区块链技术有助于实现软件定义的社会系统，其基本理念就是剔除中心化机构、将不可预测的行为以智能合约的程序化代码形式提前部署和固化在区块链数据中，事后不可伪造和篡改并自动化执行，从而在一定程度上能够将“默顿”社会系统转化为可全面观察、可主动控制、可精确预测的“牛顿”社会系统。 ACP（人工社会Artificial Societies、计算实验Computational Experiments和平行执行ParallelExecution）方法是迄今为止平行社会管理领域唯一成体系化的、完整的研究框架，是复杂性科学在新时代平行社会环境下的逻辑延展和创新。 ACP方法可以自然地与区块链技术相结合，实现区块链驱动的平行社会管理。首先，区块链的P2P 组网、分布式共识协作和基于贡献的经济激励等机制本身就是分布式社会系统的自然建模，其中每个节点都将作为分布式系统中的一个自主和自治的智能体（agent）。随着区块链生态体系的完善，区块链各共识节点和日益复杂与自治的智能合约将通过参与各种形式的Dapp，形成特定组织形式的DAC和DAO，最终形成DAS，即ACP中的人工社会。其次，智能合约的可编程特性使得区块链可进行各种“ WHAT-IF” 类型的虚拟实验设计、场景推演和结果评估，通过这种计算实验过程获得并自动或半自动地执行最优决策。最后，区块链与物联网等相结合形成的智能资产使得联通现实物理世界和虚拟网络空间成为可能，并可通过真实和人工社会系统的虚实互动和平行调谐实现社会管理和决策的协同优化。不难预见，未来现实物理世界的实体资产都登记为链上智能资产的时候，就是区块链驱动的平行社会到来之时。
全文统计口径说明：1)搜索关键词：区块链及与之相近似或相关关键词;2)搜索范围：标题、摘要和权利说明;3)筛选条件：简单同族申请去重、法律状态为实质审查、授权、PCT国际公布、PCT进入指定国(指定期)，简单同族申请去重是按照受理局进行统计。4)统计截止日期：2021年8月30日。5)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
1、全球区块链行业专利申请概况
(1)技术周期：处于快速发展期
2010-2020年，全球区块链行业专利申请人数量及专利申请量均呈现增长态势。整体来看，全球区块链技术处于快速发展期。
注：当前技术领域生命周期所处阶段通过专利申请量与专利申请人数量随时间的推移而变化来分析。
(2)专利申请量及专利授权量：2020年专利数量及授权量均有所下降
2010-2020年全球区块链行业专利申请数量呈现逐年增长态势，2020年全球区块链行业专利申请数量为1.48万项。
在专利授权方面，2010-2018年全球区块链行业专利授权数量逐年增长，2019年开始出现下降趋势，2020年全球区块链行业专利授权数量为2017项，授权比重仅为13.6%。
2021年1-8月，全球区块链行业专利申请数量和专利授权数量分别为4537项和324项，授权比重为7.09%。截止2021年8月30日，全球区块链行业专利申请数量为4.3万项。
注：①专利授权率表明申请的有效率以及最终获得授权的提交申请成功率。
②统计说明：如果2012年专利申请在2014年获得授权，授予的专利将在2012年专利申请中显示。
(3)专利法律状态：“审中”专利为主
目前，全球区块链大多数专利处于“审中”和“有效”状态，两者区块链专利总量分别为3.12万项和1.05万项，占全球区块链专利总量的73%和24%。PCT制定期内的区块链专利数量仅有1414项，占全球区块链专利总量的3%左右。
(4)专利市场价值：总价值超11亿美元，3万美元以下专利数量较多
目前，全球区块链行业专利总价值为11.31亿美元。其中，3万美元以下的区块链专利申请数量最多，为3.28万项;其次是3万-30万美元的区块链专利，合计专利申请量为3810项。3百万美元的区块链专利申请数量最少，为50项。
统计口径：按每组简单同族一个专利代表的去重规则进行统计，并选择同族中有专利价值的任意一件专利进行显示。
2、全球区块链行业专利技术类型
(1)专利类型：发明专利占比高达96.67%
在专利类型方面，目前全球有4.16万项区块链专利为发明专利，占全球区块链专利申请数量最多，为96.67%。实用新型区块链专利和外观设计型区块链专利数量分别为1279项和153项，分别占全球区块链专利申请数量的2.97%和0.36%。
(2)技术构成：第一大技术占比近15%
从技术构成来看，目前“防止未授权行为的保护计算机、其部件、程序或数据的安全装置〔8，2013.01〕[2013.01]”的专利申请数量最多，为1.04万项，占总申请量的14.57%。其次是“H04L1/00至H04L27/00单个组中不包含的装置、设备、电路和系统〔5〕[2006.01]”，专利申请量为9993项，占总申请量的14.05%。
(3)技术焦点：十大热门
全球区块链前十大热门技术词包括智能合约、认证方法、节电设备、完整性、数据库、计算机、管理系统、块链网络、数字签名和用户终端。进一步细分来看，区块链技术热门词包括区块链、区块链技术、安全性、大数据、管理方法、计算机设备等。具体情况如下：
注：旭日图内层关键词是从最近5000条专利中提取。外层的关键词是内层关键词的进一步分解。
(4)被引用次数TOP专利：十大专利被引用超过1500次
基于公共身份账本的区块链身份管理系统(专利号：US9635000B1)和资产交易平台以及资产的数字化认证和交易方法(专利号：CN105956923A)是被引用次数最多的两大区块链专利，分别被引用262次和217次。其它被引用次数前十大专利如下所示：
3、全球区块链行业专利竞争情况
(1)技术来源国分布：中国占比最高
目前，全球区块链第一大技术来源国为中国，中国区块链专利申请量占全球区块链专利总申请量的63.52%;其次是美国，美国区块链专利申请量占全球区块链专利总申请量的15.44%。韩国和中国香港虽然排名第三和第四，但是与中国专利申请量差距较大。
统计说明：①按每件申请显示一个公开文本的去重规则进行统计，并选择公开日最新的文本计算。②按照专利优先权国家进行统计，若无优先权，则按照受理局国家计算。如果有多个优先权国家，则按照最早优先权国家计算。
(2)中国区域专利申请分布：广东最多
中国方面，广东为中国当前申请区块链专利数量最多的省份，累计当前区块链专利申请数量高达8481项。北京当前申请区块链专利数量也超过六千项，浙江、上海、江苏、山东当前申请区块链专利数量均超过1000项。中国当前申请省(市、自治区)区块链专利数量排名前十的省份还有四川、福建、湖北和陕西。
统计口径说明：按照专利申请人提交的地址统计。
(3)专利申请人竞争：腾讯科技(深圳)有限公司夺得桂冠
全球区块链行业专利申请数量TOP10申请人分别为腾讯科技(深圳)有限公司、平安科技(深圳)有限公司、创新先进技术有限公司、支付宝(杭州)信息技术有限公司、国际商业机器公司、深圳壹账通智能科技有限公司、中国联合网络通信集团有限公司、阿里巴巴集团控股有限公司、北京瑞策科技有限公司、杭州复杂美科技有限公司。
其中，腾讯科技(深圳)有限公司区块链专利申请数量最多，为1476项。平安科技(深圳)有限公司排名第二，其区块链专利申请数量为1191项。
注：未剔除联合申请数量。
—— 以上数据参考前瞻产业研究院《中国区块链行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》
区块链：
区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓
共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法.
区块链具有去中心化、去信任化、可扩展、匿名化、安全可靠等特点：
区块链的概念于 2008 年在中本聪的论文中首次提出。区块链可以理解为一种公共记账的机制（技术方案），它并不是一款具体的产品。其基本思想是：通过建立一组互联网上的公共账本，由网络中所有的用户共同在账本上记账与核账，来保证信息的真实性和不可篡改性。而之所以名字叫做‚区块‛链，顾名思义，是因为区块链存储数据的结构是由网络上一个个‚存储区块‛组成一根链条，每个区块中包含了一定时间内网络中全部的信息交流数据。随着时间推移，这条链会不断增长。
区块链特征
区块链具有去中心化、去信任化、可扩展、匿名化、安全可靠等特点：
去中心化：由于区块链是靠各个节点共同实现系统的维护和保证信息传递的真实性，基于分布式存储数据，而没有某个中心进行集中管理，因此某一个节点受到攻击和篡改不会影响整个网络的健康运作。
去信任化：任意两个节点之间建立连接不需要信任彼此的身份，双方之间进行数据交换无需互相信任的基础。由于网络中的所有节点都可以扮演‚监督者‛的身份，因此不用担心欺诈的问题。
可扩展：区块链是一种底层开源技术，在此基础上可以实现各类扩展和去中心化、去信任化的应用。
匿名化：数据交换的双方可以是匿名的，网络中的节点无需知道彼此的身份和个人信息即可进行数据交换。
安全可靠：由于任意节点之间的活动均受到全网的监督，并且数据库采用分布式存储，对于黑客来说，第一无法伪装和进行欺诈活动，第二无法仅靠攻克某个节点而控制网络。
供应链管理
指使供应链运作达到最优化，以最少的成本，令供应链从采购开始，到满足最终客户
的所有过程，MBA、EMBA等管理教育均将企业供应链管理包含在内。
供应链管理就是协调企业内外资源来共同满足消费者需求，当我们把供应链上各环节的企业看作为
一个虚拟企业同盟，而把任一个企业看作为这个虚拟企业同盟中的一个部门时，同盟的内部管理就
是供应链管理。只不过同盟的组成是动态的，根据市场需要随时在发生变化。
有效的供应链管理可以帮助实现四项目标：缩短现金周转时间；降低企业面临的风险；实现盈利增
长；提供可预测收入。
供应链管理的七项原则： 根据客户所需的服务特性来划分客户群； 根据客户需求和企业可获利情
况，设计企业的后勤网络；倾听市场的需求信息,设计更贴近客户的产品；时间延迟；策略性的确定
货源和采购与供应商建立双赢的合作策略；在整个供应链领域建立信息系统；建立整个供应链的绩
效考核准则等。
尽管大多数人都忽视了农业领域的存在，但这一行业的确为我们的社会提供了基本所需。对于年轻人来说，探索农业世界并不具备吸引力，主要原因是农业运作流程缺乏技术含量。另外，农业是一个相对比较复杂的商业领域，需要更多的透明性和更完善的行业标准。
而区块链技术则能够改变现状。全世界的消费者都更加青睐于“干净的”食物，但生产者对验证产品的可靠性却无从下手。用分布式账簿替代目前的供应链管理系统能够带来更高的透明度，并且鼓励消费者在经过慎重考虑之后才购买食物及产品。
从技术角度看，农业领域通过使用区块链能实现智能供应链管理。但整个农业的管理流程需要一个技术大检查。目前，农业方面的技术解决方案或是由特定的软件执行，或是由服务商执行，但这两种方案收费昂贵，而且有时候还无法达到预期的效果。
近期AgriDigital（基于区块链和智能合约的农业供应链管理平台）CEO艾玛•韦斯顿（Emma Weston）详细说明了区块链技术如何解决农业领域中的缺陷。分布式账簿中交易和信息的不可更改性是解决一切问题的关键。将产品信息记录在区块链上则是最正确的选择，农民、零售商和消费者都能从中获益。
消费者越来越关心食物是否‘干净’，是否有机，但生产者和加工商通常无法跟踪及验证产品从农场到餐桌涉及的一系列准确数据。而区块链能帮上大忙。目前，加工商并没有一个简单、精确及有效的方法来跟踪奴工、原材料污染和商品原产地问题。与此同时，消费者却更愿意为列出上述详细信息的有机食品买单。迄今为止，我们知道问题的根源在于认证和监管，而这两类服务成本很高，很难执行，也会让消费者感到困惑。
农业领域面临的最大问题就是胡乱定价和交易手续费过高。一旦供应商无法给出一个合理的价格，消费者也就不愿意接受最终的结果。供应链管理成本大大削减了农民的利益，也给农业发展添了不少乱。
未来农业领域中区块链技术的发展趋势仍是个谜。不过具体的用例很多，包括土地登记、大数据监控，甚至是智能合约的应用。未来十年内，区块链在农业领域的用例数不胜数，发展前景大好。
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