基于复杂适应系统理论的城市级区块链发展分析

刘春成

(河北省科学院，河北 石家庄 050081)

1 前言

区块链(Blockchain)是一个源于比特币的概念，是数据区块按照时间顺序排列的链式结构，本质上是通过去中心化的方式并结合密码学实现各个环节安全性且防篡改的分布式数据库[1]。由于区块链具有去中心化或分散中心化、信息不可篡改、匿名性、可追溯、自信用等特点，被众多国际权威机构认定为一种能够彻底改变业务或机构运作方式的重大突破性技术，并在很短的时期内就得到了全世界的广泛关注。国际数据公司IDC预测[2]，2024年全球区块链市场将达到189.5亿美元，五年预测期内(2020-2024)实现约48.0%的复合增长率。

我国高度重视区块链的发展。2016年12月，国务院在发布的《“十三五”国家信息化规划》中首次将区块链纳入战略性前沿技术并着手发展布局。2019年10月24日，中共中央政治局第十八次集体学习时，习近平总书记明确强调把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。在国家战略指引下，各地纷纷出台区块链有关发展政策。2020年4月，国家发改委首次明确将区块链纳入“新基建”范畴。区块链自此在众多领域由概念层向应用层持续稳步推进。

由于城市级区块链基础设施的建设是一个庞大的系统工程，必须要和城市的其它系统相互匹配融合，并与其它城市高效互动，所以城市级区块链的发展是一个复杂适应系统，应该用复杂系统理论进行分析，并在此基础上进行科学的顶层设计。复杂系统研究是对多科学领域的广泛融合，有助于扭转走向碎片化和专业化的学科趋势，并有助于探索一个能够解决现实问题的较为统一和全面的认识框架。本文从系统论角度出发，提出了一个新的认知论研究方式，把城市区块链发展当成一个复杂适应系统来研究，有助于避免区块链发展的纯资本化市场模式带来的无序竞争，从而深度构建一个能够全面而整体地认识城市级区块链发展的模式，为区块链技术与城市相关领域融合发展提供可能，实现高质量、可持续、抗风险、绿色低碳的发展目标。

2 城市级区块链发展面临的系统性挑战

2.1 发展城市级区块链的必然性

(1)区块链实现治理体系和治理能力现代化的战略工具

2017年，党的十九大提出中国特色社会主义进入了新时代，并重新界定社会主要矛盾为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分发展之间的矛盾。2019年，十九届四中全会将国家治理体系与治理能力现代化提到一个新的历史高度和战略地位。数据信息正在快速取代传统物品交换和资本流动，成为新的社会驱动力量。数字时代的治理迫切需要着力解决信息碎片化、流程割裂化、服务条块化等问题，确保信息数据在政府与社会、市场及公民之间畅通。借助区块链技术生态体系，将能更好的推进政府职能转变，不断创新优化公共服务，打造便利、公平的市场环境，实现更大的社会经济治理效能。

(2)区块链是助推数字经济与实体经济深度融合发展的关键技术

现代经济越来越多地由接入、利用和服务互联网的潜力所定义，个人和国家的财富增长、繁荣发展和安全稳定将越来越受到数字技术使用能力的影响，数字经济的活力正在释放，已经成为经济新常态下的新动能。区块链将现实世界“人财物事”的状态转化为区块上的记录，通过技术的方式让海量人群可以低成本实现共识、建立信任，使点对点之间的交换和合作成本大幅下降，既推动了分工的进一步细化，又提供了“网状协同”的底层技术支持。不同于单纯提高生产力的其他技术，区块链带来的是生产关系的革命，能够促进组织形式、协作机制与技术创新的紧密结合与良性互动，从而为数字经济与实体经济融合发展注入新动力。

(3)区块链是探索现代城市发展新模式的必然选择

当前，国内大多数城市已经进入存量发展阶段，经济下行趋势渐显，城市管理和公共服务面临财政压力和效率瓶颈。同时，城市居民对城市管理和公共服务的内容、品质和效率的要求越来越高，加剧了不平衡不充分的主要矛盾。区块链作为一种具有集成优势的技术，有助于实现数字经济发展与公共服务创新的高度融合，探索出兼顾经济发展和城市治理的发展新模式。通过区块链技术生态，将现实世界的身份流、财产流、行为流、产品流、事务流等化身为可信数据流，按时间序列进行标度，能够帮助政府点对点地向城乡居民提供高效的公共服务，为城市管理提供重要支撑，为社会治理现代化提供弹性、自洽、和谐、有序的数字基础设施保障。

2.2 城市级区块链发展的复杂性

(1)城市发展是复杂巨系统工程

区块链是未来城市发展必不可少的基础设施，未来城市将逐渐显现出数字城市与物理城市孪生发展的特点。数字孪生城市是一个要素复杂、应用多样、相互作用、不断演化的综合性复杂巨系统，需要顶层设计。虽然地方政府对于城市建设有足够的自主权和能动性，但是国家、省级等层面需要引导地方因地制宜做好规划衔接，避免不科学、盲目谋划而造成资源浪费。按照系统科学方法论建立和完善顶层设计方法论，解决城市各层级、各系统之间的数据融合、信息共享和业务协同机制，有助于重点解决各系统之间的衔接配合与关联约束关系，用系统科学的方法指导智慧城市的复杂巨系统规划设计，提高顶层设计的科学性、规范性和可操作性。

(2)区块链技术正在不断的创新和涌现

区块链技术已经发展到了3.0阶段，从单一去中心化的数字货币技术演变为解决大规模协作问题和建立信用社会的共性关键技术，应用范围从金融、经济等方面拓展到健康、科学、文化等更多的社会治理领域。根据国家知识产权局统计，2020年中国公开的区块链专利数量达10393项，区块链核心技术创新呈多元化发展，涉及领域主要有区块链跨链、区块链隐私保护、区块链数据安全等技术方面，并且增强可拓展性、互操性、加强数据隐私保护将是未来几年内区块链核心技术突破的主要方向。如何适应区块链技术的创新发展，实现城市级区块链的可扩展性和持续性地迭代升级，也是城市级区块链发展在进行系统性研究中需要重点研究内容。

(3)城市级区块链发展面临全新的外部形势

开放、共建、共享是未来城市发展的基本原则，因此未来城市的区块链系统要具备足够的可扩展、抗冲击的能力，面对更为复杂、不可预测的外部影响和冲击。例如，2020年开始的新冠疫情给许多行业按下了“暂停键”，使得欧美和亚太重要经济体纷纷陷入停摆和衰退状态，世界经济增长前景黯淡。区块链技术在疫情防控和助力企业复工复产方面发挥了重要作用，同时抗击疫情也加速了产业区块链在许多领域的应用。后疫情时代，党中央作出重大战略决策，推动形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。新格局的发展将是一个持久战，这就意味着需要找到新一次创新的动力源，而区块链、人工智能等技术作为新的动力源，将迎来新的机遇和挑战。

2.3 进行系统理论研究的必要性

(1)摸清现状基础，找准问题瓶颈

开展系统理论研究，可以从理论基础、技术水平、行业结构、应用场景、政策环境等多个维度摸清城市级区块链发展的基础和特征，评估对象城市在区块链领域的总体水平和发展潜力，准确把握当地区块链发展的核心问题和关键瓶颈。

(2)明确发展思路，构建发展模式

基于对区块链本质特征和技术趋势的深刻理解，结合对象城市特有的战略资源和城市定位，明确当地区块链发展的总体思路，形成贯通“点-线-面-体”的顶层设计，构建突出城市特质的创新发展模式。

(3)统筹政策工具，整合多方利益

从政府的视角提出区块链技术应用的发展措施，统筹政策工具、整合多方利益，建立统一、开放的生态系统，将系统集成度作为城市区块链的核心竞争力。紧扣社会治理和经济发展的“痛点”，谋划标杆性应用场景，确保“小切口、大影响”，激活经济新动能，惠及民生福祉，以良好的成效迅速凝聚发展共识。

2.4 复杂适应系统理论是根本支撑

城市级区块链的发展应建立于对城市复杂性研究基础之上。城市的复杂性从本质上源于城市系统中人的复杂性，城市对外部环境变化的反应过程也就是人对外部环境变化的反应过程，城市对外部环境变化的适应性本质上就是人的适应性[3]。贝塔兰菲认为现代技术和社会非常复杂，传统的研究方法和手段不能满足需要，于是提出了一般系统论[4]，成为复杂系统研究的开端。

圣菲学派围绕“涌现”建立关于复杂性系统的理论和模型。霍兰提出的复杂适应系统(Complex Adaptive System，CAS)理论中，创造了“适应性主体”这个概念，认为复杂适应系统的组成元素本身就的有智能的，而不是机器元件或细胞。适应性主体能够聚集成更大的适应性主体，层层聚集，最终形成CAS[5]。霍兰认为复杂适应系统同时具有7种特征——聚集特性、标识机制、非线性特性、流特性、多样性特性、内部模型机制、积木块机制——CAS理论以此为框架展开分析。CAS理论突破了把系统主体当作被动对象的观念，十分强调主体的适应性，并从主体与环境的互动中去认识和描述复杂系统的行为，开辟了系统研究的新视野。

3 城市级区块链发展系统分析

3.1 整体系统结构

作为一项新兴技术，目前区块链技术创新应用还没有稳定的组织模式，并随着技术本身的发展和内外部参与主体的相互作用而不断变化。区块链技术发展与创新应用本质上是一个动态演进的复杂系统，是所有参与主体为谋取生存与发展机会而相互作用的各种力量所决定的。因此，这里采用复杂适应系统理论的基本概念框架，以中心城市为研究对象对区块链发展的系统主体、要素流动、特点标识、内部模型等进行分析(见图1)，为进一步提出实施建议提供理论支撑。

图1 中心城市区块链发展应用的复杂系统分析图

3.2 系统组成剖析

3.2.1 区块链发展应用的系统主体

复杂系统理论认为主体之间，主体与环境的相互影响和相互作用是系统演变和进化的主要动力，因此主体是系统分析的起点。区块链发展应用的参与主体主要包括政府、研发机构、企业、投资方、媒体、社会个体等，并且可以聚集形成特定的集群。

政府是主要的政策制定者，很多时候也是区块链技术应用的需求主体和率先示范者。研发机构是基础技术研发的主要力量，为区块链发展应用的基本条件。企业既包括区块链技术应用服务的供给方，也包括对区块链技术有需求的各类企业，它们是区块链技术推广应用的主体力量。投资方是投资于区块链技术发展应用的各类资本，近些年以创投机构为代表。不同于以往，科技媒体在区块链发展应用中扮演了重要的助推者角色，多个以区块链为主题的科技媒体本身也成为投资方青睐的目标。社会个体则包括区块链领域的专业人才和从业人员，还有对区块链技术应用有需求的用户个体。

从主体在区块链发展应用中所发挥作用来看，上述主体可以分为三类：动力性主体、参与性主体、外部性主体。动力性主体是对资源配置具有支配能力和影响力，对区块链发展应用具有推动性作用的组织机构或个人，它们从思想上、技术上和资源上向产业系统注入非常强的动力。参与性主体为动力性主体提供配套和服务的参与者，不直接产生推动产业发展的动力。外部性主体是能够对产业施加外部影响的主体，通常表现引导、约束和监督作用。

在推动区块链技术发展应用过程中，对不同系统主体的区分，能够使政策措施更具针对性，集中力量作用于对产业发展影响最大的主体上，并使用不同的激励方式实现促进产业发展的最佳效应。

3.2.2 区块链发展应用的要素流动

在复杂系统中，要素流是主体互动的载体，它在主体间的传递渠道和传递速度决定了互动效果，进而决定系统的进化水平。在区块链的应用过程中，系统主体之间的交互主要通过资金流、技术流、数据流、人才流等体现，并在产业系统中形成各自的“生态位”。

在产业系统中，动力性主体通过资本、信息、技术和企业家才能等要素的输入，与其他主体发生作用。参与性主体主要提供劳动技能和配套服务。外部性主体通过完善基础设施、提供政策支持、优化营商环境等，增强动力性主体的积极性，影响参与性主体的就业和服务取向。对区块链发展应用而言，梳理现有要素流情况，找到薄弱环节，理顺受阻节点，将有益于激活产业发展内生动力，更好地形成产业生态。

除了区块链产业领域自身的要素流动，更重要是认识到区块链技术本身对于社会要素流动的革命性影响。自动交易、数据追溯、防篡改这些区块链的特性将会越来越深入原有的要素配置体系当中。以往的产业发展大多关注实体资源，随着数字经济的深入发展，数据信息成为关键生产要素，算法和算力是加工数据的生产力工具，区块链则为既有数据增加了信任维度，提高了流转效率。基于区块链技术打造更加可信的数字资产流动和协作网络，将推动实现从信息互联网到价值互联网的跃迁，甚至重构许多行业的生产关系。

3.2.3 区块链发展应用的特征标识

在复杂适应系统中，标识是一个重要的引导性机制。主体通过标识与系统中的其他主体进行有选择的互动。区块链的技术原理决定其具有去中心化或分散中心化、信息不可篡改、透明可追溯、保密性、自信用等特点，使可标度和信任成为区块链技术的关键技术特点。因此，区块链发展应用首先要在对信息数据真实性、过程透明度、安全保密性和社会互信要求比较高的领域发展。

一是追求数据信息真实性和更细的计量颗粒度。区块链技术基于密码学和共识机制，将现实世界“人财物事”的状态转化为区块上的记录，并按约定方式自动实时的进行确认、联结和权益实现等，能够实现现实世界在数字世界中的标度和映射关联。区块链技术可以将要素单元的颗粒原子化，从而保障信息资源的质量和多样性。

二是追求最低交易成本的社会互信水平。区块链通过预先设定好的数据同步规则在每一个相关节点一致地保留所有数据，无需第三方证明，构建起陌生对象间的“背靠背”信任。由于每一个相关节点都按照同步规则且任何单个节点都无法对数据进行篡改和删除，区块链可依靠技术优势实现利益相关各方的互相信任，推动不同资源拥有者之间以近乎“零”的交易成本实现资源有效配置。

三是追求去中心化的跨边界分工协作。区块链节点可以在确保数据安全的前提下进行数据交换，与具体交易无关的其他节点将无法读取数据的任何内容，从而为区块链的跨组织边界应用创造了有利条件。区块链的底层架构是开放的体系，可以较为方便地增加新的节点，并通过共识算法更新数据传输和存储规则，这就使新的组织成员可以较方便地加入区块链，或使本区块链与其他区块链进行对接。

3.2.4 区块链发展应用的内部模型

在复杂适应系统中，主体间的相互作用和互动规则，被称之为“内部模型”，一经形成便具有自动性、约束性和一定的强制性，构成了系统运作的动力。由于内部模型的存在，系统主体可以通过模拟对事物进行预判并调整未来的互动行为。互动机制是推动区块链发展应用中要把握的客观规律。如果政策制定顺应了客观规律，则事半功倍。系统主体之间，以及区块链发展应用与其他产业系统和城市系统之间的相互作用机制，主要表现为资源靶向机制、利益平衡机制和适度匹配机制。

资源靶向机制是指除自然资源以外，对于产业实现优势发展具有重要影响的其他资源要素，如资本、人力、技术、信息等要素自身对于某些特定发展条件和市场环境具有较强的亲和力，从而引导该类资源主动流向目标区域，并在这些区域聚集，进而使区域获得集聚优势。资源靶向机制是在自发状态下引导资源流动的重要机制，表现为可到达性、定向流动、同质聚集、效益倾向。

利益平衡机制是指在产业发展过程中，需要兼顾动力性主体、参与性主体和外部性主体的利益平衡。没有主体利益诉求的聚合和平衡，就不会产生可持续的要素流动和主体互动，而不尊重相关主体利益诉求，中断了产业要素的流动和主体互动，带来的将是产业系统的紊乱。

适度匹配机制是指本产业要与其他产业系统、与城市其他子系统进行匹配。每个城市具有自身的战略定位，每个行业有自身的发展特点，区块链技术应用之所以难以被准确把握与理解，就在于它的许多本质的特性是由其所在系统级机制决定的，而不是依靠单点技术来实现。

对这三个重要的互动机制的认识，为推动城市级区块链发展提供了方向性指引，如何树立要素导入和流动的靶向，如何在产业主体间调和利益诉求以产生持续优化的内生动力，如何与行业领域和城市定位需求相匹配，都将是区块链产业发展的重要内容。

4 面向城市级区块链发展的措施建议

本文所提出的用复杂适应性系统理论对城市级区块链发展的进行分析的方法，已经在2020年为北京市发改委进行区块链发展的决策咨询研究中进行了应用，相关研究成果得到了肯定和应用。此项研究的一些成果对于其它城市也具有借鉴价值。

4.1 发展方向研判

(1)从城市定位中找立足点

每个城市都具有特别的功能定位，立足于城市现状，面向城市发展，从中能够找到区块链应用的广阔空间。区块链作为一种具有集成优势的技术，有助于实现数字经济发展与公共服务创新的高度融合，探索出兼顾经济发展动能和城市精细治理的城市发展新模式。通过区块链技术生态体系，将现实世界的身份流、财产流、行为流、产品流、事务流等化身为可信数据流，按时间序列进行标度，能够为政府点对点向城乡居民提供高效、便捷、精细化的公共服务和城市管理提供了重要支撑，为建立现代化的社会治理体系，提供了弹性、自洽、和谐、有序的数字基础设施保障。

(2)从关键要素中找切入点

随着数字技术加速应用到生产生活的各个垂直领域，传统的产业组织模式和要素配置方式正在发生革命性变化，推动经济形态从以技术和基础设施为基础的工业经济向以资源整合和用户体验为核心的数字经济转变。以融合创新要素资源为主要内涵的产业发展策略，将成为提升实体经济效益、构筑数字经济形态、带动高质量发展的重要切入点所在。

从区块链发展所需的关键要素来看，以北京为例，北京在研发机构、知识产权和人才培养上占据明显优势。北京在区块链研发方面的组织有中国计算机学会区块链专委会、中关村区块链产业联盟、中国电子学会区块链专委会、中国区块链研究联盟、北京区块链技术应用协会等。这些机构或联盟专注于区块链技术研发和产品创新，广泛链接了北京及国内知名的区块链技术研发机构和企业。在知识产权方面，北京市在区块链技术专利公开数和授权数两个指标上均居全国前列。在人才培养方面，北京高校在区块链技术研究和人才培养方面优势突出。截止目前，国内开设课程的大学有16所，北京独占6所，远多于其它地市。因此，北京适宜在底层技术创新和区块链高端人才培养等方面寻找切入点。

(3)从优势潜力中找突破点

以北京为例，作为全国的科技创新中心，北京在政策引导、人才资源、技术力量等方面都有着得天独厚的优势，要力争成为全国区块链技术发展和创新应用的风向标。因此，北京要在具有顶层设计优势的方面着手推动区块链发展应用。基于对国内外区块链发展趋势和北京市要素特点的分析，建议北京在自主可控的共性关键技术、系统完备的区块链标准体系、行业监管自律规则等三个方面取得突破，成为区块链技术发展的引领者、行业发展规则的制定者。

具体来说，要加强区块链底层技术研究，提升原始技术创新能力，在区块链这个新兴领域中努力让我国走在理论最前沿、占据创新制高点、取得产业新优势。要推动协同攻关，加快推进核心技术突破，为区块链应用发展提供自主可控的技术支撑。加强区块链标准化研究，提升国际话语权和规则制定权。要建立行业自律规则，落实安全责任，推动区块链安全有序发展，使区块链技术在建设网络强国、发展数字经济、助力经济社会发展等方面发挥更大作用。

4.2 实施路径建议

(1)强底层

建议成立区块链基础设施工作专班，围绕城市级区块链基础设施建设目标，统筹推进自主可控区块链底层技术研发，为高质量推进新基建起到关键支撑作用。

在推进过程中，建议由工作专班牵头，坚持权威性、跨领域、开放性的原则，组成专家评议组；由专班领导下的区块链创新联盟作为技术牵头单位，负责区块链基础设施的总体技术架构研发，同时统筹各增强技术研发；围绕若干关键性增强技术，坚持多元化、临时性的原则，遴选若干机构库，承担技术攻关任务。

(2)抓试点

为尽快实现在统一可信区块链基础设施支撑下的跨领域的链上融通和政商产学研协同创新，形成区块链赋能城市全面化数字治理的雏形，建议基于城市级区块链基础设施，多部门联合推进“三个一批”试点工程：围绕政务服务和民生保障，牵头搭建或优化一批示范应用场景；围绕科技金融创新和数字货币应用场景，补贴一批应用场景；围绕传统产业数字化转型、数据流通等场景，支持、补贴一批应用场景或有关企业。

(3)盯人才

选好人才、人尽其用，将区块链人才优势转变为经济社会治理优势。一是通过鼓励示范应用和科研计划的形式支持一批领军人才；二是推出区块链全球领军人才计划，依托既有资源，举办区块链有关技术和产业峰会，推动国际区块链顶尖人才集聚；三是依托科研机构、院所的集聚优势，建立跨界人才培体系，尽快培养一批懂技术的管理人才，懂社会治理的技术人才。

(4)建生态

一是瞄准国际前沿，构建涵盖区块链技术研发、区块链+产业应用、传媒、教育、咨询、监测评估、风险投资等领域的区块链产业链图谱，制定区块链产业招商引资路线图。二是进一步强化区块链技术与人工智能、大数据、云计算等技术融合发展，打造若干区块链产业集聚区。三是统筹各类创新要素资源，结合双创周等创新创业活动，推动创新企业聚集。

(5)成系统

坚持多维度系统推进，避免零敲碎打。尽快形成区块链赋能治理体系和治理能力现代化，赋能经济高质量发展的系统优势。

5 结束语

未来的城市将是数字城市与物理城市融合共同的时代，未来城市的发展离不开区块链技术和大数据的支撑，如何保证数据的可信和价值传递更加不可能在脱离区块链技术的情景下实现。从哲学意义上说，区块链技术继承了复杂系统的思维，并将复杂性的思想技术化和工程化。区块链与大数据技术相结合，刻画了研究对象的真实性、关联性和可信性，消除了数据孤岛，加速了知识的汇集与涌现。