基于VOSviewer工具的國際區塊鏈技術研究

夏仕亮，姚 敏，段婧婧

(1．淮陰師范學院 經濟與管理學院；2.淮安市審計局，江蘇 淮安223001)

0 引言

區塊鏈具有去中心化、開放性和自治性等特征,這使得區塊鏈和金融具有內在耦合性,金融成為區塊鏈應用的重點領域[1]。據2020年9月30日《證券時報》消息，浙江股權交易中心區塊鏈業務系統正式連通證監會監管主鏈，這標志著國內區塊鏈技術正在回歸技術本身，不斷向貿易金融等領域拓展應用，區塊鏈產業呈現加速落地態勢。區塊鏈是集成了加密算法、智能合約、點對點傳輸、分布式記賬等技術的系統性、集成性創新，目前國內圍繞區塊鏈的研究大致可分為3種類型：①區塊鏈金融科技的應用研究，主要涉及區塊鏈金融理論、應用實踐、模式和應用前景[2-3]；②針對區塊鏈原理和特征的基礎性研究，主要關注區塊鏈的現狀、優劣勢；③區塊鏈在能源、通信、大數據等領域的應用研究[4]。從國際范圍研究來看，在WOS(Web of Science)數據庫中檢索“區塊鏈”主題后發現區塊鏈研究文獻呈現爆發式增長態勢，從文獻類型來看，正常期刊(Article)類型2015年僅有1篇，2016年為5篇，2017年為58篇，2018年為210篇，2019年為661篇，2020年截至7月31日為642篇。從文獻類型來看，區塊鏈綜述型(Review)論文有126篇，其中與區塊鏈主題密切相關的高被引綜述論文共有13篇，熱點論文共有2篇，從研究對象來看，主要包括：區塊鏈應用風險與挑戰，基于物聯網、人工智能的區塊鏈信息技術交叉應用，在能源行業諸如原油、天然氣,生物醫療產業的應用[5]，區塊鏈在共享經濟中的信任限度問題等[6]。

從國內外區塊鏈文獻究內容來看，國內外研究呈現出一定的交叉。目前在中國知網核心期刊中以區塊鏈進行主題檢索發現共有1 545篇期刊論文，其中針對國內區塊鏈熱點計量和區塊鏈大會計應用有2篇基于CiteSpace文獻計量分析，目前對國外區塊鏈發展態勢與研究熱點的分析較少。本文利用文獻計量與知識圖譜工具VOSviewer對WOS(Web of Science)區塊鏈研究文獻進行計量分析，擬揭示以下問題：①現有國際區塊鏈研究成果發文趨勢、高被引情況、機構與國別分布如何；②現有的區塊鏈研究主要有哪些主題聚類，主要研究內容及熱點有哪些；③區塊鏈技術未來發展需要關注哪些問題。

1 研究方法與數據選擇

1.1 研究方法與工具選擇

近年來，科學知識圖譜技術快速發展，伴隨著 “知識發現”的問題性、導向性應用迅速發展。知識圖譜研究根據問題導向進行數據關聯分析，力求發現事物本質和聯系，通過可視化技術顯示知識單元或知識群之間的網絡、結構、交叉、衍生、演化等關系。研究發現，VOSviewer工具用于進行主體挖掘、文獻耦合、共被引及合作網絡分析，圖譜計量參數結果準確可靠。實際應用過程中科學知識圖譜分析一般包括確定研究目的、數據檢索、數據預處理、提取知識單元、共現矩陣標準化、可視化分析、結果解讀等步驟[7]。本文主要選擇區塊鏈主題，結合時間信息分析該主題研究成果的增長與周期情況；結合區塊鏈科技文獻作者信息及作者單位地理信息，分析區塊鏈研究成果在不同國別地區及研究機構的分布情況；通過關鍵詞聚類分析，探究區塊鏈的主要研究主題聚類，并結合研究文獻進行分類梳理；根據現有研究文獻，梳理區塊鏈技術發展面臨的主要問題，并提出相關建議。

1.2 數據選擇與檢索策略

本文分析數據選擇WOS(Web of Science)核心文獻數據庫，檢索日期為2020年7月31日，檢索策略選擇標題檢索，檢索內容為“blockchain”,為確保文獻研究質量，數據庫來源主要選擇除會議檢索外的SCI、SSCI、A&HCI三大檢索，檢索時間區間設定為1900-2020年。在圖譜生成環節，將文獻類型設定為Article,共獲得1 577篇區塊鏈技術相關的研究文獻。

2 區塊鏈文獻計量分析

2.1 區塊鏈發文、被引趨勢與高被引論文分析

從Web of Science數據庫檢索結果可以看出，第一篇以區塊鏈為主題的論文發表于2015年，被引頻次為60次(截至2020年7月30日)，題為《BEYOND BITCOIN: ISSUES IN REGULATING BLOCKCHAIN TRANSACTIONS》，主要涉及區塊鏈虛擬貨幣安全監管問題。之后的區塊鏈研究文獻數量每年成倍增長，至2020年7月底已有642篇，近3年發文量占比總數量達到95.98%，從文獻被引情況來看，h-index數值為49，每項平均引用次數為8.04次；被引頻次總計為12 805次，去除自引為7 274次,平均引用次數為2 134.17次；施引文獻總數為5 017篇，去除自引后為3 852篇，說明區塊鏈相關主題研究正在開展。

從10篇區塊鏈主題高被引論文簡況來看，總被引次數最高為234次，最低為142次；年均被引次數最高為71.33次，最低為35.50次。從研究涉及的主題來看，區塊鏈在健康醫療領域應用研究有1篇，能源交易領域應用研究有2篇，區塊鏈前景展望基礎研究有2篇，化工行業區塊鏈應用研究1篇，物聯網領域應用研究有2篇，供應鏈領域應用研究1篇，區塊鏈云技術應用研究1篇。

2.2 區塊鏈研究成果學科類別與來源刊物分析

從區塊鏈研究成果的學科方向來看，論文發表數量前五名學科分別為計算機科學、工程學、電信學、商業經濟學和化學，其中排名在前十的學科方向中占比最高的為計算機科學(COMPUTER SCIENCE)方向，占比達到58.66%，遠遠高于其它學科，占比最低的為儀器儀表(INSTRUMENTS INSTRUMENTATION)方向，比值為3.53%。此外區塊鏈在能源燃料、醫療信息、交通運輸等領域也有一定應用，占比分別為2.29%、2.29%、1.54%。從區塊鏈來源刊物看，電子電器類刊物較多，發文數量占比值最高的為《IEEE ACCESS》，達到15.47%，排名第十的刊物為《CONCURRENCY AND COMPUTATION PRACTICE EXPERIENCE》，占比為1.30%。

2.3 區塊鏈研究成果、研究機構與基金資助分析

從區塊鏈研究成果的國家和地區來看，中國占比達到42.44%，研究成果數量遙遙領先(這可能與我國近年來大力推進互聯網金融戰略密切相關)。排名第二的是美國，占比為20.52%，第三名為韓國，占比為9.37%。英國、澳大利亞等也位列前十名。從研究成果數量排名前十的研究機構來看，中國有5家，排名第一的是中國科學院，占比為4.41%，其余4家研究單位分別為北京郵電大學、西安電子科技大學、電子科技大學、北京理工大學。美國有4家，分別為德克薩斯大學、德克薩斯大學圣安東尼奧分校、賓夕法尼亞州立高等教育系統、加州大學。沙特阿拉伯有1家，為沙特阿拉伯國王大學。從基金資助來看，各類基金資助總數為1 207項，數量占比前五名中有4個中國基金組織、1個美國基金組織。數量第一為中國國家自然科學基金項目，共資助463項，第二名為中國中央高?；究蒲袠I務費專項資金項目，共資助68項，第三名為中國國家科技支撐計劃項目，共資助126項，第四名為美國國家科學基金會，共資助29項，第五名為中國博士后基金項目，共資助28項。此外，地方性基金項目中較為突出的有北京市與廣東省自然科學基金，資助的區塊鏈研究成果各有22項。

2.4 區塊鏈研究成果關鍵詞共現計量分析

關鍵詞表征的研究主題即為該學科領域所研究的熱點話題。詞頻分析涉及的詞通常是由文獻摘要、標題或是整篇文章中的關鍵詞。一般出現頻率比給定閥值更高的主題詞或關鍵詞被叫作高頻詞，這種詞能夠反映某一學科領域學者的關注熱點，能對研究熱點予以較好地揭示。此外，對各個時間段高頻詞的分布規律的統計分析可以得知關于學科領域在時間上的研究主題發展趨勢與分布變化[8]。在VOSviewer中完成區塊鏈關鍵詞分析數據后，整理得到區塊鏈研究成果關鍵詞詞頻結果。排名前20名的關鍵詞中包括了區塊鏈(blockchain)、網絡(internet)、安全(security)等, 出現頻次最高的關鍵詞為區塊鏈(blockchain)，對應的總鏈接強度值為4 117，出現頻次最低的關鍵詞為邊緣計算(edge computing)，對應的總鏈接強度值為250。

2.5 區塊鏈研究成果關鍵詞共現聚類分析

在VOSviewer軟件系統中，關鍵詞共現聚類分析包括3種組合方式：所有關鍵詞、作者關鍵詞及擴展關鍵詞。本文針對WOS數據庫中樣本選擇“所有關鍵詞”類型，同時計數方法選擇系統中默認的完整計數法(Full Counting)。在4 248個關鍵詞中，共現次數門檻值設為5，有277個關鍵詞滿足篩選條件,共得到9個聚類。

第一聚類為區塊鏈應用聚類。“防篡改”區塊鏈技術下，加密技術可以確保數據安全與個人隱私，使用者通過去中心化平臺記錄數據與信息。區塊鏈可以通過效率提升與成本降低促進社會經濟發展，個人使用者可以通過區塊鏈進行電子化交易、實現資源均等共享。區塊鏈的多重特點使得它在金融市場與加密貨幣、醫療健康、數據溯源管理等領域廣泛應用。

目前全球數字化加密貨幣交易規模已經超過2 000億美元，其中被稱為“數字黃金”的比特幣目前每枚交易價格已上漲[9]。加密貨幣利用區塊鏈技術，能夠保護客戶個人隱私，滿足用戶匿名交易需求，同時實現安全交易目標。加密貨幣區別于傳統貨幣，它的價格是由市場交易均衡實現[10]。比特幣的去中心化特征也給傳統銀行模式帶來一定沖擊。區塊鏈技術能夠在金融市場獲得廣泛應用是因為金融機構間交易成本較高，交易程序較復雜；傳統金融資產管理受托于中介機構，額外增加了成本與風險；跨境交易缺乏信任機制，而區塊鏈中智能合約技術可以緩解這些問題。隨著比特幣等區塊鏈產品得到投資者的認可，區塊鏈技術系統將會進一步通過技術架構設計優化，確保便捷、安全交易，從而實現在慈善資金籌集、出租車服務、保險行業、鉆石制造等領域得以推廣應用。

目前，區塊鏈技術已經在醫療健康領域開展了一定的應用。例如在智能健康系統中，區塊鏈技術集合了個人健康數據，實現了信息共享。電子健康卡(EHR)病人的基本信息、歷史治療信息、化驗結果信息、藥物服用與禁忌信息都能實現交互查詢。區塊鏈技術下，相關信息需求方可以通過相關信息平臺授權獲得[11]。區塊鏈離心化結構可以確保不同網絡節點能夠實現醫療數據實時更新，確保數據安全交互。啟用云端存儲會降低醫療數據丟失等風險。對患者而言，健康醫療數據的記錄積累使得個人健康狀況可以被系統化、智能化動態描述與揭示；對醫生而言，可以通過健康數據庫實現快速、準確診治。對醫藥研發企業、醫院而言，醫用大數據發掘和利用會改善醫生的醫治行為和用藥效果。區塊鏈中嵌入性智能合約將會使構建智能型醫療管理系統成為可能[12]。

數據溯源管理方面，區塊鏈集合了所有操作與處理的臺賬信息，類似于數據庫標記功能，通過區塊鏈很容易實現數據查詢與分析處理功能。作為一種可信任數據管理系統，數據溯源管理將是區塊鏈一個重要應用方向。數據溯源主要是數據處理管理與數據狀態及來源的標識[13]，數據溯源廣泛用于科學數據管理、數據倉儲和數字資產管理。商品可追溯也是數據溯源的一種應用。傳統方法主要使用識別碼來實現防偽查詢和認證，而區塊鏈技術由于具備開放、透明、防篡改等技術特點則可以構建多主體參與的可追溯鏈，這些主體一般包括生產方、物流方、分銷商、零售商、品質監督機構等。通過整合線上線下信息，信息被寫入區塊鏈，基于數據實時收集，各主體能夠獲得產品生產、運輸、銷售的信息，從而有助于各方有針對性地改善工作，強化各主體之間的合作[14]。另外，區塊鏈技術應用于5G通信技術能提高網絡容量，提高能源效率；區塊鏈票務系統能提高財務系統報銷效率；保險行業中，區塊鏈技術有助于提高公司決策效率，完善保險條款設計，消除保險公司與投保方之間的信息不對稱。

第二聚類主要集中在以區塊鏈為基礎的數據管理。從數據管理角度來看，區塊鏈可以被視為建立在點對點(P2P)基礎上提供可靠數據管理的基礎數據系統，這種數據管理系統可信度取決于數據存儲、處理、外部獲取三個環節[15]。信息資源分享依賴于一定方法與規則下的存儲和組織，在去中心化環境中信息資源被分配到每個節點，而不是累積構建信息資源中心。區塊鏈利用賬本與鏈結構連結數據，所以如何實現信息積聚是解決信息存儲的關鍵。目前根據信息資源是否放在區塊結構中，存儲模式可分為信息資源鏈模式與信息資源索引鏈2種，前者信息直接儲存在塊單元中，信息資源來自于區塊鏈鏈中，而后者只有信息索引放在區塊單元中，信息資源可能存放在云端，信息資源收集來自于區塊鏈外。區塊鏈中點對點網絡通過鏈接各區塊實現信息積聚，通過鏈復制實現信息資源分享。區塊鏈具有信息積聚與分享的雙重功能，因此區塊鏈中信息資源分享效果與網絡建設規模及擴張方式關系密切，隨著加入區塊鏈中的主體與設備數量增加，共享的信息資源也會更加豐富[16]。

第三聚類主要圍繞區塊鏈在智慧能源與智慧城市方面的應用。電力市場交易包括能源交易、輸電權交易及輔助服務交易。微電網作為智能電網中分布式電源并網的有效途徑，能夠有效提高可再生能源穿透率，彌補智能電網濃度控制缺陷。區塊鏈技術能夠推動微電網發展，以區塊鏈架構為基礎的電力交易系統和分布系統可以向各參與主體提供各種信息，區塊鏈中的智能合約可以嵌入電力交易中的購買、權屬轉換、支付過程，確保交易過程的安全與便捷。智慧城市主要通過各種技術創新提高人力資本和社會資本配置效率，提高居民生活質量，實現城市可持續發展。智慧城市建設的關鍵是信息技術的廣泛使用，目前區塊鏈在智慧城市中的應用主要包括智慧市政、智慧醫療、智慧電力、智慧交通、智慧供應鏈、智慧教育、智能家居等領域[17]。

第四聚類主要揭示區塊鏈技術的特性。從現有文獻來看，區塊鏈交易主要有去中心化、去信任化、透明化、可追溯、防篡改、匿名化等特性。從技術角度來看，區塊鏈主要由不同區塊單元記錄與儲存所有交易信息，節點間信息交流與配置過程中不受第三方干擾，區別于傳統中心化權威機制。交易參與者之間不需要以互信機制作為支撐，而主要依賴于P2P之間的網絡合約和純數學方法構建的網絡結構間信任[18]。交易方通過區塊鏈區中心化結構存儲和查詢相關信息，每筆交易數據相對公開，每個平臺節點具有相同的許可與義務，確保其他節點獲得信息可以實現交互印證[19]。交易數據時間維度上區塊鏈使用時間戳識別和記錄相關信息。時間戳不僅可以保證數據的原始性，也可以降低交易可追溯的技術成本，同時也會強化數據和信息的不可逆修改，即某項交易合法實施后，就會被加入區塊鏈。交易信息被多個其它系統節點驗證后會被記錄，即使系統攻擊者有較強計算力，在絕對控制51%乃至更多節點前無法修改相關記錄信息[20]。區塊鏈中使用非對稱加密技術，數字簽名是數據傳遞交換的主要認證識別工具，雖然這種匿名可能無法禁止洗錢等非法活動，但是在保護交易者隱私與交易安全上發揮了重要作用[21]。

第五聚類主要圍繞云計算與邊緣計算。云計算類似于與區塊鏈技術，它主要集合了分布式計算、平行計算、網絡化存儲、虛擬化、負載平衡等計算機網絡技術。區塊鏈與云計算融合可以改善區塊鏈技術的基礎支持，降低平臺模塊部署的時間、人工成本[22]。邊緣計算是指靠近數據源頭，構建計算、存儲平臺，就近提供近端服務，滿足了需求方實時、安全與隱私保護等要求。對比云計算，邊緣計算處于物理實體與工業連結之間，區塊鏈的移動邊緣計算應用最多的主要在物聯網領域。

第六聚類主要探討區塊鏈加密與安全機制。區塊鏈集成了P2P網絡、分布式賬本、非對稱加密、智能合約4項關鍵技術，它們確保了區塊鏈技術能夠安全、可靠、開放、公平、智能、有效地開展各種應用。與傳統客戶服務器節點信息系統相比，區塊鏈采用離心化、容錯好、隱私保護強、負載平衡的P2P網絡化結構設計。P2P網絡結構分為3種類型：多層P2P、非結構化P2P、結構化P2P[23]。研究發現依據模型開發的區塊鏈網絡中，節點根據記錄要求分為非記錄節點與候選記錄節點，模型能實現確保動態交易下節點切換可靠性、區塊鏈網絡和數據交換的完整性及一致性[24]。傳統的數據庫提供增加、刪除、變動、查詢等基本數據操作，而在區塊鏈中，只有增加和查詢2種操作。數據庫分為集中式和分布式數據庫，分布式數據庫通過網絡化鏈接多數據存儲節點，從而提高存儲容量，更易實現訪問。區塊鏈分布式賬簿技術通過不同的存儲方法和數據結構，使得數據可追溯，確保數據真實性和安全性。非對稱加密是區塊鏈常用加密方式，非對稱加密通常包括兩個密鑰：公鑰和私鑰[25]。區塊鏈中非對稱加密主要通過數據加密和數字簽名來實現的，區塊鏈中的一個重要機制是“區塊”數據需要其它節點的印證。但是由于不是所有信息都要披露，可以利用“盲簽名”技術來滿足相關技術要求，實現隱私保護與數據安全目標。在區塊鏈中智能合約明確參與者權利與義務、觸發條件及合約產生的后果。當一個智能合約被加入區塊鏈時，將會公正客觀地被執行，不會受到任何影響。如果合約代碼出現執行邏輯問題，區塊鏈安全將會受到影響，固化智能合約模板將會有效應對，所以智能合約模板要經過反復專業測試，而使用者在啟用智能合約時只需輸入相關數據即可。

第七聚類主要關注區塊鏈在物聯網的應用。根據研究報告預計到2022年全世界有180億臺設備裝置會連結成為巨型物聯網，實現萬物互聯[26]。與此同時，將會產生2個問題：安全與高額運營、維護費用問題。由于物聯網拓撲結構與資源約束，傳統的安全技術和方法很難適用于物聯網架構，區塊鏈去中心化結構有助于物聯網構建真正的分布式系統，智能合約能有效改進物聯網信任機制，時間序列數據加密技術能確保物聯網數據安全，有效提高數據分散度、加密性和準時性。對于物聯網中存在的多個終端點，有計算力的裝置數量十分有限。區塊鏈中的共識機制能迅速到達整個網絡，確保最新加入的區塊鏈節點信息能兼容保存，從而解決區塊鏈分布式應用情景下兼容與效率之間存在的問題。

第八聚類主要探討區塊鏈基礎開源項目以太坊與超級賬本平臺。由智能合約程序語言組成旨在確保加密貨幣的安全交易。建立的初衷是致力于構建開放式去中心化服務與應用，其設計原則融合了簡潔、通用、模塊化、無歧視等理念。以太坊主要使用一套圖靈腳本語言(簡稱EVM)，可以通過編譯器完成轉換，較直接使用匯編語言方便。從應用對象來看，超級賬本主要用于參與主體之間構建基于智能合約的分布式賬本，有利于企業成員彼此形成互信，便于引入成員之間商業管理服務。超級賬本項目不是針對加密貨幣交易設計的，主要基于跨行業商業目的開發的，適用于多種商業活動需求。超級賬本提供多種區塊鏈項目，其中影響最大的是Hyperledger Fabric系列版本。

第九聚類為數字孿生與工業4.0。數字孿生技術是通過數字化及物理模型在虛擬空間中構建相同的實體，從而實現分析、優化過程，目前主要應用于智能制造、區塊鏈金融、情報實踐等領域，是實現智能制造的基礎技術之一[27]。從工業技術發展階段來劃分，目前可分為4個階段：蒸汽時代、電器時代、信息技術時代、信息物理融合時代，其中工業4.0主要是指第四階段[28]。在此階段中新技術不斷涌現、交叉融合，包括信息物理系統、物聯網、云計算、區塊鏈、工業信息集成技術，其中信息物理系統技術是基礎，將會引發工業技術范式的重大變革[29]。

3 結語

本文利用VOSviewer工具對2015-2020年區塊鏈主題研究成果分析后發現目前區塊鏈研究成果呈現倍增態勢, 區塊鏈研究文獻被引強度遠遠高于其他類別文獻，可以預見針對區塊鏈技術研究將會持續保持活躍態勢；目前區塊鏈研究成果涉及領域主要包括醫療健康、能源交易、物聯網、云技術、供應鏈等，從區塊鏈研究成果學科分布來看，計算機、工程、電信學科占比都高于30%；從研究成果來看，中國、美國、韓國占比均超過10%，目前我國學者研究成果數量遙遙領先，占比達到42.44%。在前十名的研究機構中，中國有5家單位機構位列其中，中國科學院占比最高，達到4.41%；通過區塊鏈關鍵詞共現聚類分析發現目前已形成區塊鏈應用、數據管理、智慧能源與智慧城市、算法與區塊鏈特性、云計算與邊緣計算、加密與安全機制、物聯網、以太坊與超級賬本、數字孿生與工業4.0等9個聚類。在區塊鏈技術發展過程中，要解決好區塊鏈技術去中心化與現實公共層級組織沖突，技術與法律工具選擇替代以及結構技術層面的三類問題。