基于CiteSpace的区块链可追溯研究热点及演化趋势分析

李艺迪，孙玉玲

(南京工业大学 经济与管理学院，江苏 南京 211800)

随着社会经济的发展，人们的安全意识在不断提升，对于产品尤其是食品的质量安全要求不断提高。各级政府为了保障食品安全，纷纷建立了各类食品质量安全追溯系统。通过食品质量可追溯系统，希望能够对产品从原材料采购、生产、消费直至废弃，实现全流程追踪。食品追溯系统利用安全信息流监控食品生产、销售过程，通过对全流程的追踪实现问题源头的识别和缺陷产品的召回[1]。当产品出现质量问题时，生产厂商希望可以通过可追溯系统及时召回缺陷产品[2]，保证无缺陷产品正常流通，由此增强供应链的安全性和透明性[3]，让消费者对食品生产、销售过程有迹可循，提升消费者对食品购买的欲望。

然而，食品安全问题仍时有发生。从2013年注水猪肉到2020年进口三文鱼污染事件，这些食品质量安全事件严重影响了消费者对食品质量安全的信任。为了有效解决可追溯系统在应用过程中出现的问题，国内外学者将二维码、条码、传感器网络、RFID、物联网技术等新兴技术应用于可追溯系统[4-8]。但是这些可追溯系统采取集中式数据库，系统数据安全性低，数据容易被篡改，食品链的全程监管仍然非常困难。

区块链是一种具有去中心化和去中介化的新兴技术，其独特的加密算法、共识机制、智能合约等技术使得区块链在保护数据安全、增强信任、实现信息共享等方面拥有独特的优势。将区块链技术应用到食品质量安全管理中，应用到产品质量和品质的把控中，对于解决可追溯系统中数据易被篡改、泄露等难题，具有重要的意义。区块链在可追溯系统方面的理论和实践研究成为一个新兴的研究热点。

鉴于此，笔者利用CiteSpace对中外文区块链可追溯研究主题进行可视化分析，对相关主题的研究热点进行归纳和总结，以期为研究者和政府把握区块链可追溯研究的未来发展方向提供参考和依据。

1 数据与研究方法

1.1 数据来源

中文数据主要来自中文数据库——中国知网(CNKI)，外文期刊数据主要来自Web of Science(简称WoS)。在CNKI数据库中，笔者在期刊条目下进行检索，检索主题分别为“区块链”和“追溯”“区块链”和“溯源”，来源类别为“核心期刊”“CSSCI”，检索时间为2020年7月13日，分别检索到42篇和53篇文章，删除重复和与主题不相关的论文，最终在CNKI获取的确定样本量为84篇。在外文数据库Web of Science中，检索主题分别为“blockchain”和“traceability”“blockchain”和“trace”，分别检索到文章146篇和66篇，删除重复和与主题不相关的论文，最终在Web of Science核心合集数据库获取的确定样本量为190篇。每篇文献都包含发表日期、作者、篇名、摘要、关键词等相关信息。

1.2 研究方法

笔者将运用CiteSpace对相关文献进行可视化分析。CiteSpace是学术研究中绘制知识图谱应用较为广泛的工具之一。CiteSpace是应用Java语言开发的一款信息可视化软件，它主要是基于共引分析理论(co-citation)和寻径网络算法(path Finder)等，对特定领域文献(集合)进行计量，以探寻出学科领域演化的关键路径及其知识拐点，并通过一系列可视化图谱的绘制来形成对学科演化潜在动力机制的分析和学科发展前沿的探测[9]。

2 基于区块链可追溯研究的可视化分析

2.1 基于区块链可追溯的文献数量分析

2016年可以称作是“区块链元年”[10]。CNKI中第一篇关于区块链和可追溯的论文出现于2016年，随后发文量呈持续增长趋势，截至2020年7月13日，2020年的发文量为35篇。WoS数据中关于区块链和可追溯的相关论文比CNKI数据中略多，但是其第一篇关于区块链和可追溯的外文论文出现于2017年，2018年略有增长，2019年开始迅速增多，截至2020年7月13日，2020年的发文量为74篇，远远超过中文相关主题的发文量。两个数据库关于区块链和可追溯相关论文发表数量，如图1所示。

对比中外文相关论文的发表数量可以看出，虽然关于区块链和可追溯的外文文献出现时间略迟于中文文献，但自2019年开始相关研究迅速增多且相关文献总的发表数量是国内的两倍之多，表明区块链可追溯这一主题在国际范围内正迅速引起学者们的关注。

图1 中外文关于区块链和可追溯相关论文发表量的时序分布

图2 外文区块链和可追溯文献主要研究者

2.2 基于区块链可追溯的研究作者分析

作者共现分析可以识别出该研究领域的核心作者群及研究人员之间的合作关系[11]。基于CiteSpace5.7.R1可视化分析软件，笔者分别对中外文相关学者之间的合作关系进行了作者共现分析，如图2所示。图中每一个节点代表一位作者，每一条连线代表作者之间合作关系的密切程度，网络密度为0.018。每个节点名字标签的大小表明了作者发文的数量，标签越大表明发文量越多。相比于中文文献，外文文献的发文量大于2篇的作者有35人，中文文献中有7人。同时，外文文献中作者之间的连线数量较多，其中具有代表性的是以FEDERICO PALLOTTINO、CORRADO COSTA等人和以XIWEI XU、QINGHUA LU等人为代表的合作网络，中文文献中则是以温川飙、谢鹏、肖丽等人和以崔晓晖、李伟等人的连接网络。此外，中外文献中还存在较多的独立研究者。由此可以看出，外文文献中关于区块链和可追溯的学者相对较多，且研究学者之间的合作网络关系相对于中文文献研究学者之间更为紧密。

2.3 基于区块链可追溯的重要期刊发文分析

本节统计了中外文期刊的发文情况，对发文量前10的期刊进行分析，结果见表1。从表1可以看出，中文期刊中发文量排名前10的期刊共计28篇，占全部中文期刊的33.3%，外文期刊中发文量排名前10的期刊共计87篇，占全部中文期刊的45.8%。中文期刊类别可以分为3类：①计算机类期刊，主要包括计算机工程、计算机科学、计算机应用和软件等期刊；②食品和农产品类期刊，主要包括食品科学、农业工程学报、中国食用菌、食品与机械等期刊；③经济、医药类期刊，主要包括商业经济研究、中国流通经济、时珍国医国药等期刊。外文期刊类别可以分为两类：①和计算机、物联网等技术研究密切相关的期刊，主要包括IEEE ACCESS、FUTURE GENERATION COMPUTER SYSTEMS-THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ESCIENCE、SENSORS等期刊；②和产品、食品、可持续发展研究等相关的期刊，主要包括INTERNATIONAL JOURNAL OF PRODUCTION RESEARCH、TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY等期刊。

2.4 基于区块链可追溯的学科领域分析

利用CiteSpace生成学科类别文献图谱，可以把握现有研究的知识结构及其演变，了解现有研究集中的学科领域。根据节点“中间中心度>0.1”的原则，对区块链可追溯相关外文的主要学科类别进行分析。从表2可以看出，基于区块链的可追溯相关研究在多个学科都已有所涉及。按照中心度大小排序，工程与制造、工程学、农业和电器与电子工程等学科领域占据主导，其中心度均≥0.25；按照规模大小排序，现有研究以工程学、计算机科学信息系统、电气与电子工程等学科类别为主，其规模>50。外文文献研究呈多元化发展，包含计算机科学、环境科学、运筹与管理科学和公共政务等多个学科领域。这些文献从区块链可追溯的理论基础、核心技术以及场景应用等多个方面研究区块链在可追溯研究领域的应用可行性和创新性。

笔者利用CNKI可视化工具对区块链可追溯相关中文文献的学科领域进行分析，结果如图3所示。从图3可以看出，中文期刊的主要研究学科领域为信息科技、经济与管理科学、农业科技、工程科技、基础科学，其学科领域占比分别为28.9%、20.9%、5.5%、4.5%和3.8%。从中外文文献研究学科领域可以看出，外文文献研究的学科领域相对广泛，涉及工程、农业、计算机、食品安全、可持续等多个方面，中文文献研究的领域相对集中，主要集中在计算机和经济与管理科学方面。

表1 发文期刊统计

表2 外文期刊中心度>0.1的学科类别及其参考文献

图3 中文期刊学科类别

2.5 基于区块链可追溯的他引次数分析

本节着重统计和分析中外文区块链和可追溯研究的重要文献引用情况。从CNKI和WoS数据库中获取相关研究文献，分别统计引用最高的10篇文献，具体结果见表3。从表3可以看出，中文文献中引用数最高的是钱卫宁等学者于2017年发表的文章，引用数为124次，其文章从数据管理方面介绍了区块链技术和其研究进展。其余文章引用数较高的依次是丁庆洋(66次)、吕芙蓉(55次)、李明佳(36次)、龙云安(36次)、张衍斌(35次)等学者发表的文章，这些文章主要是从食品安全、供应链、电子商务等方面研究区块链和可追溯系统。

表3 他引次数统计

外文文献中，Wu ML等学者于2019年发表在IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL期刊上面被引用数最高，引用数高达300次。该文献将区块链分成四层并对每个层次进行基本问题和未来研究方向讨论，为其他学者进行区块链和可追溯研究提供了指导。其余被引用数较高的依次是Lezoche M(205次)、Khalilov MCK(201次)、F CTM(171次)、Alotaibi B(139次)、Hastig GM(138次)等学者发表的文章，这些文章主要从农产品、数据管理、物联网、供应链等多个方面研究区块链对可追溯系统的作用。从表3可以看出，外文期刊中引用数排名第十名是Pournader M等学者在2019年发表的文章，其引用数是134，高于中文期刊中的最高引用数，表明基于区块链可追溯的研究主题迅速收到了国际学者的关注。

3 基于区块链可追溯的研究热点和演化趋势

3.1 基于关键词的研究热点

图4 中文文献关键词可视化图

图5 外文文献关键词可视化图

关键词分析可以分析发文作者在区块链和可追溯方面的研究热点，其各关键词之间的连线代表关联性。运用CiteSpace可视化分析工具进行了中文文献主要关键词分析，如图4所示。从图4可以看出，区块链节点标签最大，代表出现的频率最高，围绕区块链衍生出了区块链技术、比特币、智能合约、溯源、农产品、食品安全、大数据、供应链金融等热点关键词，围绕这些关键词进一步衍生出农产品追溯系统、供应链管控、中小物流企业等。从这些关键词可以了解当前中文文献中关于区块链可追溯研究的方向和焦点。运用CiteSpace可视化分析工具进行了外文文献主要关键词分析，如图5所示。相比较中文文献关键词可视化图，外文文献可视化图中凸显的关键词节点较多，主要有blockchain、traceability、smart contract、bitcoin、system、supply chain、privacy、framework、management等关键词。其中blockchain的节点最大，区块链衍生出其他热点关键词，围绕这些关键词进一步衍生出food supply chain、authentication、big data、traceability system等关键词。从中外文区块链和可追溯研究热点看出，中外文学者研究均是围绕这些关键词或是在此基础上面进行相关研究。

3.2 基于关键词时区分布的主题演化趋势

图6 中文文献关键词时区分布

图7 外文文献关键词时区分布

关键词时区分布图能够看出领域内热点关键词首次出现的年份、热点突显情况、关键词聚类及热点演化趋势。中、外文文献的关键词时区分布图分别如图6和图7所示，其中，中外文文献关于区块链可追溯主题关键词时区分布图的Modularity Q值分别为0.6968、0.6321，均大于0.3，Mean Silhouette值分别为0.6779、0.6180，均大于0.5，说明关键词时区分布图的聚类分析是合理的。关键词时区分布图横轴代表关键词首次出现时间，竖轴代表关键词聚类分析名称，关键词节点的大小代表的是关键词频次，频次越大，节点越大。从图6中可以看出，中文关键词被分为了11个主题，但其中有8个主题重复，因此中文关键词的聚类主题为物联网、溯源、可信数据管理和中药质量。2016年，关键词区块链首次出现，国内学者开始关注区块链领域的研究。2017年，中药溯源是最先开展区块链技术应用的领域。自2018年，区块链技术逐渐应用于食品追溯、数据追溯、产品追溯、供应链追溯等多个领域。2019年，供应链金融、农产品是学者研究的主要学科方向，同时学者在区块链技术方面的研究较多，主要从超级账本、数据共享、共识机制以及信任方面进行研究。2020年，国内学者首次将区块链技术和医院财务管理结合进行相关研究，进一步对全供应链、溯源系统和核心技术等方面的研究。从图7中可以看出，外文关键词被划分为9个主题，每个主题下包括若干关键词。在2016年之前，数据分享的隐私问题受到国际学者的关注。2016年，国际学者开始关注区块链和透明性的相关研究，以此为基础衍生出2017年—2019年有关于区块链和可追溯的研究热点，如安全性、访问控制等技术性研究热点，供应链、大数据、物联网等领域性研究。2020年，首次出现的关键词按照节点大小排序有分布式账本算法、智能合约、产业、行为等，表明国际学者关于区块链可追溯的研究进一步深化。

3.3 基于区块链可追溯研究的主题分析

从中外文关键词可视化分析和中外文关键词时区分布分析看出，国内外学者关于区块链可追溯研究的主题主要集中于两个方面，①区块链在可追溯研究中的技术应用；②区块链在可追溯方面的应用研究。

3.3.1 区块链技术应用。可追溯系统由来已久，但当前可追溯系统仍存在一些现有技术无法解决的问题。因此，当区块链技术被提出后[12]，有学者就指出区块链技术在产品可追溯、真实性和执行实时交易等方面可帮助可追溯系统改善现有问题，进而对食品质量、安全性和可持续性产生积极影响[13]。有学者认为区块链技术应用可以提高供应链的透明度、安全性、持久性和流程完整性，增强产品可追溯在组织、技术和经济方面的可行性[14]。区块链的不可变分布式账本和加密共识机制能够保障物联网应用程序中可追溯和自主业务逻辑的执行[15]。Baralla等学者设计并开发了一个区块链系统，通过使用智能合约来保证可追溯系统的透明性、效率以及可信赖性[16]。Chang指出利用高科技行业和区块链生产信息系统能够创建具有在线报警管理系统的智能工厂，从而提高生产智能和管理产品可追溯性[17]。

3.3.2 区块链在追溯领域的应用研究。目前，区块链技术被应用于多个领域，呈多元化发展。Alonso RS等学者将人工智能和区块链技术应用于智能农业环境中，实施监控奶牛和饲料谷物状态，保证每个过程可追溯性和可持续性[18]。有学者研究车辆追溯系统，认为区块链可以实现有条件的跟踪和动态撤销行为异常车辆功能，能够提供各种实时信息服务[19]。有学者研究食品质量安全、农产品供应链等方面的可追溯系统。区块链可以实现端到端的全程追溯，消费者通过手机访问标签上的食品生产过程中的各环节信息，帮助消费者快速准确了解食品整个生产过程。因此,基于区块链的食品追溯可以有效地改善传统食品追溯的弊端。有学者研究发现区块链技术通过在供应链合作伙伴之间保持信息权力的对称性来改善问责制度、透明性和可追溯性，从而保证食品质量和产品供应安全[20]。

4 基于区块链可追溯研究的未来发展趋势

通过对中外文文献的数据统计和知识图谱分析看出，中文文献关于区块链可追溯的研究起源于2016年，而外文文献关于区块链可追溯的研究起源于2017年。经过几年的发展，国内外学者对区块链可追溯研究在不断深入。从中外文文献关键词的聚类分析结果可以看出，基于区块链可追溯研究的未来趋势主要是围绕以下主题进行：#0雾计算、#1安全性、#2群签名、#3可扩展性、#4点对点计算、#5物联网、#6人工智能、#7溯源、#8食品追溯、#9中药质量、#10供应链管理、#11信用评估体系、#12可信数据管理。因此，基于区块链可追溯未来研究的热点可以分为3个方面，即区块链核心技术、区块链可追溯的应用领域和区块链可追溯研究的管理应用。

4.1 区块链核心技术(#0雾计算、#1安全性、#2群签名、#3可扩展性、#4点对点计算)

区块链的核心技术是可追溯系统实施的重要保证，主要体现在雾计算、安全性、群签名等方面。随着区块链可追溯研究的深入，区块链核心技术的文献在不断增多，表明有关区块链核心技术的文献未来研究的重点。区块链技术可以解决集中式服务架构、信息孤岛、数据易泄露等问题，增强可追溯系统的安全性和灵活性，提升溯源结果的可信度[21]。区块链技术的分布式存储等技术特性，可以帮助农产品关键信息上链，提升产业链的追踪溯源能力[22]。智能合约可以增强交易双方的信任，通过群签名识别实践的签名者，帮助实现信息共享、产品溯源等方面的需求[23]。区块链技术的共识算法、可扩展性帮助解决了数据不可见、篡改以及信息泄露等问题[24]，结合物联网技术对产品信息进行追溯实现产品防伪[25]。

4.2 区块链可追溯应用领域(#5物联网、#6人工智能、#7溯源、#8食品追溯、#9中药质量)

将区块链应用于可追溯研究中，最终目的是让人们在复杂环境下可以进行安全、可靠的交易。虽然基于区块链可追溯研究的应用领域在不断扩展，但目前区块链可追溯研究仍处于初步阶段，因此，如何将区块链可追溯应用于各个领域仍是国内外学者未来研究关注的重点。通过对中外文文献关键词的聚类分析，可以看出区块链可追溯应用领域主要有物联网、人工智能、食品溯源、质量溯源等。有研究表明，将物联网和区块链技术结合，可以实现食品价值链中的资源监控和可追溯，保证食品的安全性[26,27]。区块链技术可以和物联网、人工智能等结合应用于可追溯系统，增强供应链节点上利益相关者的信任程度[28]。利用区块链和产品标识实现食品可追溯，不仅可以加强食品的可追溯，还可以根据供应链节点的信息对未来可追溯需求进行预测[29]。

4.3 区块链可追溯研究的管理应用(#10供应链管理、#11信用评估体系、#12可信数据管理)

区块链可追溯特点是人们产生的任何数据信息都会被区块链记录，且不可进行篡改，这表明任何数据信息都可以被追溯查询，方便政府和企业管理。目前，基于区块链可追溯的管理应用研究相对较少，但国内外学者对此研究方向仍有关注。区块链技术能够有效管理谷物供应链中的信息，实现信息互联和互通，减少管理成本并提高信息管理的效率，对保证食品质量安全和食品可追溯具有重要作用[30]。将区块链技术应用于食品供应链管理中，可以有效改善农业食品价值链绩效，可以高效率、低成本的解决食品供应链中信任问题，实现供应链管理目标[31]。利用区块链技术提取交易员的信用评估文本，构建信用评估体系，帮助监管者了解更可靠、更真实、更充分的交易信息。区块链收集的数据信息不可篡改、删除，因此利用跨链框架来整合多个区块链，可以帮助实现高效安全的物联网数据管理。

5 结束语

笔者通过对中外文区块链可追溯的文献进行梳理，分析区块链可追溯目前的研究热点和演化趋势。①本文从发文数量、作者共现、发文期刊、重要文献等方面对中外文文献进行可视化分析；②利用CiteSpace可视化分析软件对区块链可追溯文献进行梳理总结，了解目前基于区块链可追溯的研究热点和演化趋势；③从区块链核心技术、区块链可追溯的应用领域和区块链可追溯研究的管理应用3个维度对区块链可追溯的未来研究发展趋势进行梳理。