基于VOSviewer工具的国际区块链技术研究

夏仕亮，姚 敏，段婧婧

(1．淮阴师范学院 经济与管理学院；2.淮安市审计局，江苏 淮安223001)

0 引言

区块链具有去中心化、开放性和自治性等特征,这使得区块链和金融具有内在耦合性,金融成为区块链应用的重点领域[1]。据2020年9月30日《证券时报》消息，浙江股权交易中心区块链业务系统正式连通证监会监管主链，这标志着国内区块链技术正在回归技术本身，不断向贸易金融等领域拓展应用，区块链产业呈现加速落地态势。区块链是集成了加密算法、智能合约、点对点传输、分布式记账等技术的系统性、集成性创新，目前国内围绕区块链的研究大致可分为3种类型：①区块链金融科技的应用研究，主要涉及区块链金融理论、应用实践、模式和应用前景[2-3]；②针对区块链原理和特征的基础性研究，主要关注区块链的现状、优劣势；③区块链在能源、通信、大数据等领域的应用研究[4]。从国际范围研究来看，在WOS(Web of Science)数据库中检索“区块链”主题后发现区块链研究文献呈现爆发式增长态势，从文献类型来看，正常期刊(Article)类型2015年仅有1篇，2016年为5篇，2017年为58篇，2018年为210篇，2019年为661篇，2020年截至7月31日为642篇。从文献类型来看，区块链综述型(Review)论文有126篇，其中与区块链主题密切相关的高被引综述论文共有13篇，热点论文共有2篇，从研究对象来看，主要包括：区块链应用风险与挑战，基于物联网、人工智能的区块链信息技术交叉应用，在能源行业诸如原油、天然气,生物医疗产业的应用[5]，区块链在共享经济中的信任限度问题等[6]。

从国内外区块链文献究内容来看，国内外研究呈现出一定的交叉。目前在中国知网核心期刊中以区块链进行主题检索发现共有1 545篇期刊论文，其中针对国内区块链热点计量和区块链大会计应用有2篇基于CiteSpace文献计量分析，目前对国外区块链发展态势与研究热点的分析较少。本文利用文献计量与知识图谱工具VOSviewer对WOS(Web of Science)区块链研究文献进行计量分析，拟揭示以下问题：①现有国际区块链研究成果发文趋势、高被引情况、机构与国别分布如何；②现有的区块链研究主要有哪些主题聚类，主要研究内容及热点有哪些；③区块链技术未来发展需要关注哪些问题。

1 研究方法与数据选择

1.1 研究方法与工具选择

近年来，科学知识图谱技术快速发展，伴随着 “知识发现”的问题性、导向性应用迅速发展。知识图谱研究根据问题导向进行数据关联分析，力求发现事物本质和联系，通过可视化技术显示知识单元或知识群之间的网络、结构、交叉、衍生、演化等关系。研究发现，VOSviewer工具用于进行主体挖掘、文献耦合、共被引及合作网络分析，图谱计量参数结果准确可靠。实际应用过程中科学知识图谱分析一般包括确定研究目的、数据检索、数据预处理、提取知识单元、共现矩阵标准化、可视化分析、结果解读等步骤[7]。本文主要选择区块链主题，结合时间信息分析该主题研究成果的增长与周期情况；结合区块链科技文献作者信息及作者单位地理信息，分析区块链研究成果在不同国别地区及研究机构的分布情况；通过关键词聚类分析，探究区块链的主要研究主题聚类，并结合研究文献进行分类梳理；根据现有研究文献，梳理区块链技术发展面临的主要问题，并提出相关建议。

1.2 数据选择与检索策略

本文分析数据选择WOS(Web of Science)核心文献数据库，检索日期为2020年7月31日，检索策略选择标题检索，检索内容为“blockchain”,为确保文献研究质量，数据库来源主要选择除会议检索外的SCI、SSCI、A&HCI三大检索，检索时间区间设定为1900-2020年。在图谱生成环节，将文献类型设定为Article,共获得1 577篇区块链技术相关的研究文献。

2 区块链文献计量分析

2.1 区块链发文、被引趋势与高被引论文分析

从Web of Science数据库检索结果可以看出，第一篇以区块链为主题的论文发表于2015年，被引频次为60次(截至2020年7月30日)，题为《BEYOND BITCOIN: ISSUES IN REGULATING BLOCKCHAIN TRANSACTIONS》，主要涉及区块链虚拟货币安全监管问题。之后的区块链研究文献数量每年成倍增长，至2020年7月底已有642篇，近3年发文量占比总数量达到95.98%，从文献被引情况来看，h-index数值为49，每项平均引用次数为8.04次；被引频次总计为12 805次，去除自引为7 274次,平均引用次数为2 134.17次；施引文献总数为5 017篇，去除自引后为3 852篇，说明区块链相关主题研究正在开展。

从10篇区块链主题高被引论文简况来看，总被引次数最高为234次，最低为142次；年均被引次数最高为71.33次，最低为35.50次。从研究涉及的主题来看，区块链在健康医疗领域应用研究有1篇，能源交易领域应用研究有2篇，区块链前景展望基础研究有2篇，化工行业区块链应用研究1篇，物联网领域应用研究有2篇，供应链领域应用研究1篇，区块链云技术应用研究1篇。

2.2 区块链研究成果学科类别与来源刊物分析

从区块链研究成果的学科方向来看，论文发表数量前五名学科分别为计算机科学、工程学、电信学、商业经济学和化学，其中排名在前十的学科方向中占比最高的为计算机科学(COMPUTER SCIENCE)方向，占比达到58.66%，远远高于其它学科，占比最低的为仪器仪表(INSTRUMENTS INSTRUMENTATION)方向，比值为3.53%。此外区块链在能源燃料、医疗信息、交通运输等领域也有一定应用，占比分别为2.29%、2.29%、1.54%。从区块链来源刊物看，电子电器类刊物较多，发文数量占比值最高的为《IEEE ACCESS》，达到15.47%，排名第十的刊物为《CONCURRENCY AND COMPUTATION PRACTICE EXPERIENCE》，占比为1.30%。

2.3 区块链研究成果、研究机构与基金资助分析

从区块链研究成果的国家和地区来看，中国占比达到42.44%，研究成果数量遥遥领先(这可能与我国近年来大力推进互联网金融战略密切相关)。排名第二的是美国，占比为20.52%，第三名为韩国，占比为9.37%。英国、澳大利亚等也位列前十名。从研究成果数量排名前十的研究机构来看，中国有5家，排名第一的是中国科学院，占比为4.41%，其余4家研究单位分别为北京邮电大学、西安电子科技大学、电子科技大学、北京理工大学。美国有4家，分别为德克萨斯大学、德克萨斯大学圣安东尼奥分校、宾夕法尼亚州立高等教育系统、加州大学。沙特阿拉伯有1家，为沙特阿拉伯国王大学。从基金资助来看，各类基金资助总数为1 207项，数量占比前五名中有4个中国基金组织、1个美国基金组织。数量第一为中国国家自然科学基金项目，共资助463项，第二名为中国中央高校基本科研业务费专项资金项目，共资助68项，第三名为中国国家科技支撑计划项目，共资助126项，第四名为美国国家科学基金会，共资助29项，第五名为中国博士后基金项目，共资助28项。此外，地方性基金项目中较为突出的有北京市与广东省自然科学基金，资助的区块链研究成果各有22项。

2.4 区块链研究成果关键词共现计量分析

关键词表征的研究主题即为该学科领域所研究的热点话题。词频分析涉及的词通常是由文献摘要、标题或是整篇文章中的关键词。一般出现频率比给定阀值更高的主题词或关键词被叫作高频词，这种词能够反映某一学科领域学者的关注热点，能对研究热点予以较好地揭示。此外，对各个时间段高频词的分布规律的统计分析可以得知关于学科领域在时间上的研究主题发展趋势与分布变化[8]。在VOSviewer中完成区块链关键词分析数据后，整理得到区块链研究成果关键词词频结果。排名前20名的关键词中包括了区块链(blockchain)、网络(internet)、安全(security)等, 出现频次最高的关键词为区块链(blockchain)，对应的总链接强度值为4 117，出现频次最低的关键词为边缘计算(edge computing)，对应的总链接强度值为250。

2.5 区块链研究成果关键词共现聚类分析

在VOSviewer软件系统中，关键词共现聚类分析包括3种组合方式：所有关键词、作者关键词及扩展关键词。本文针对WOS数据库中样本选择“所有关键词”类型，同时计数方法选择系统中默认的完整计数法(Full Counting)。在4 248个关键词中，共现次数门槛值设为5，有277个关键词满足筛选条件,共得到9个聚类。

第一聚类为区块链应用聚类。“防篡改”区块链技术下，加密技术可以确保数据安全与个人隐私，使用者通过去中心化平台记录数据与信息。区块链可以通过效率提升与成本降低促进社会经济发展，个人使用者可以通过区块链进行电子化交易、实现资源均等共享。区块链的多重特点使得它在金融市场与加密货币、医疗健康、数据溯源管理等领域广泛应用。

目前全球数字化加密货币交易规模已经超过2 000亿美元，其中被称为“数字黄金”的比特币目前每枚交易价格已上涨[9]。加密货币利用区块链技术，能够保护客户个人隐私，满足用户匿名交易需求，同时实现安全交易目标。加密货币区别于传统货币，它的价格是由市场交易均衡实现[10]。比特币的去中心化特征也给传统银行模式带来一定冲击。区块链技术能够在金融市场获得广泛应用是因为金融机构间交易成本较高，交易程序较复杂；传统金融资产管理受托于中介机构，额外增加了成本与风险；跨境交易缺乏信任机制，而区块链中智能合约技术可以缓解这些问题。随着比特币等区块链产品得到投资者的认可，区块链技术系统将会进一步通过技术架构设计优化，确保便捷、安全交易，从而实现在慈善资金筹集、出租车服务、保险行业、钻石制造等领域得以推广应用。

目前，区块链技术已经在医疗健康领域开展了一定的应用。例如在智能健康系统中，区块链技术集合了个人健康数据，实现了信息共享。电子健康卡(EHR)病人的基本信息、历史治疗信息、化验结果信息、药物服用与禁忌信息都能实现交互查询。区块链技术下，相关信息需求方可以通过相关信息平台授权获得[11]。区块链离心化结构可以确保不同网络节点能够实现医疗数据实时更新，确保数据安全交互。启用云端存储会降低医疗数据丢失等风险。对患者而言，健康医疗数据的记录积累使得个人健康状况可以被系统化、智能化动态描述与揭示；对医生而言，可以通过健康数据库实现快速、准确诊治。对医药研发企业、医院而言，医用大数据发掘和利用会改善医生的医治行为和用药效果。区块链中嵌入性智能合约将会使构建智能型医疗管理系统成为可能[12]。

数据溯源管理方面，区块链集合了所有操作与处理的台账信息，类似于数据库标记功能，通过区块链很容易实现数据查询与分析处理功能。作为一种可信任数据管理系统，数据溯源管理将是区块链一个重要应用方向。数据溯源主要是数据处理管理与数据状态及来源的标识[13]，数据溯源广泛用于科学数据管理、数据仓储和数字资产管理。商品可追溯也是数据溯源的一种应用。传统方法主要使用识别码来实现防伪查询和认证，而区块链技术由于具备开放、透明、防篡改等技术特点则可以构建多主体参与的可追溯链，这些主体一般包括生产方、物流方、分销商、零售商、品质监督机构等。通过整合线上线下信息，信息被写入区块链，基于数据实时收集，各主体能够获得产品生产、运输、销售的信息，从而有助于各方有针对性地改善工作，强化各主体之间的合作[14]。另外，区块链技术应用于5G通信技术能提高网络容量，提高能源效率；区块链票务系统能提高财务系统报销效率；保险行业中，区块链技术有助于提高公司决策效率，完善保险条款设计，消除保险公司与投保方之间的信息不对称。

第二聚类主要集中在以区块链为基础的数据管理。从数据管理角度来看，区块链可以被视为建立在点对点(P2P)基础上提供可靠数据管理的基础数据系统，这种数据管理系统可信度取决于数据存储、处理、外部获取三个环节[15]。信息资源分享依赖于一定方法与规则下的存储和组织，在去中心化环境中信息资源被分配到每个节点，而不是累积构建信息资源中心。区块链利用账本与链结构连结数据，所以如何实现信息积聚是解决信息存储的关键。目前根据信息资源是否放在区块结构中，存储模式可分为信息资源链模式与信息资源索引链2种，前者信息直接储存在块单元中，信息资源来自于区块链链中，而后者只有信息索引放在区块单元中，信息资源可能存放在云端，信息资源收集来自于区块链外。区块链中点对点网络通过链接各区块实现信息积聚，通过链复制实现信息资源分享。区块链具有信息积聚与分享的双重功能，因此区块链中信息资源分享效果与网络建设规模及扩张方式关系密切，随着加入区块链中的主体与设备数量增加，共享的信息资源也会更加丰富[16]。

第三聚类主要围绕区块链在智慧能源与智慧城市方面的应用。电力市场交易包括能源交易、输电权交易及辅助服务交易。微电网作为智能电网中分布式电源并网的有效途径，能够有效提高可再生能源穿透率，弥补智能电网浓度控制缺陷。区块链技术能够推动微电网发展，以区块链架构为基础的电力交易系统和分布系统可以向各参与主体提供各种信息，区块链中的智能合约可以嵌入电力交易中的购买、权属转换、支付过程，确保交易过程的安全与便捷。智慧城市主要通过各种技术创新提高人力资本和社会资本配置效率，提高居民生活质量，实现城市可持续发展。智慧城市建设的关键是信息技术的广泛使用，目前区块链在智慧城市中的应用主要包括智慧市政、智慧医疗、智慧电力、智慧交通、智慧供应链、智慧教育、智能家居等领域[17]。

第四聚类主要揭示区块链技术的特性。从现有文献来看，区块链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。从技术角度来看，区块链主要由不同区块单元记录与储存所有交易信息，节点间信息交流与配置过程中不受第三方干扰，区别于传统中心化权威机制。交易参与者之间不需要以互信机制作为支撑，而主要依赖于P2P之间的网络合约和纯数学方法构建的网络结构间信任[18]。交易方通过区块链区中心化结构存储和查询相关信息，每笔交易数据相对公开，每个平台节点具有相同的许可与义务，确保其他节点获得信息可以实现交互印证[19]。交易数据时间维度上区块链使用时间戳识别和记录相关信息。时间戳不仅可以保证数据的原始性，也可以降低交易可追溯的技术成本，同时也会强化数据和信息的不可逆修改，即某项交易合法实施后，就会被加入区块链。交易信息被多个其它系统节点验证后会被记录，即使系统攻击者有较强计算力，在绝对控制51%乃至更多节点前无法修改相关记录信息[20]。区块链中使用非对称加密技术，数字签名是数据传递交换的主要认证识别工具，虽然这种匿名可能无法禁止洗钱等非法活动，但是在保护交易者隐私与交易安全上发挥了重要作用[21]。

第五聚类主要围绕云计算与边缘计算。云计算类似于与区块链技术，它主要集合了分布式计算、平行计算、网络化存储、虚拟化、负载平衡等计算机网络技术。区块链与云计算融合可以改善区块链技术的基础支持，降低平台模块部署的时间、人工成本[22]。边缘计算是指靠近数据源头，构建计算、存储平台，就近提供近端服务，满足了需求方实时、安全与隐私保护等要求。对比云计算，边缘计算处于物理实体与工业连结之间，区块链的移动边缘计算应用最多的主要在物联网领域。

第六聚类主要探讨区块链加密与安全机制。区块链集成了P2P网络、分布式账本、非对称加密、智能合约4项关键技术，它们确保了区块链技术能够安全、可靠、开放、公平、智能、有效地开展各种应用。与传统客户服务器节点信息系统相比，区块链采用离心化、容错好、隐私保护强、负载平衡的P2P网络化结构设计。P2P网络结构分为3种类型：多层P2P、非结构化P2P、结构化P2P[23]。研究发现依据模型开发的区块链网络中，节点根据记录要求分为非记录节点与候选记录节点，模型能实现确保动态交易下节点切换可靠性、区块链网络和数据交换的完整性及一致性[24]。传统的数据库提供增加、删除、变动、查询等基本数据操作，而在区块链中，只有增加和查询2种操作。数据库分为集中式和分布式数据库，分布式数据库通过网络化链接多数据存储节点，从而提高存储容量，更易实现访问。区块链分布式账簿技术通过不同的存储方法和数据结构，使得数据可追溯，确保数据真实性和安全性。非对称加密是区块链常用加密方式，非对称加密通常包括两个密钥：公钥和私钥[25]。区块链中非对称加密主要通过数据加密和数字签名来实现的，区块链中的一个重要机制是“区块”数据需要其它节点的印证。但是由于不是所有信息都要披露，可以利用“盲签名”技术来满足相关技术要求，实现隐私保护与数据安全目标。在区块链中智能合约明确参与者权利与义务、触发条件及合约产生的后果。当一个智能合约被加入区块链时，将会公正客观地被执行，不会受到任何影响。如果合约代码出现执行逻辑问题，区块链安全将会受到影响，固化智能合约模板将会有效应对，所以智能合约模板要经过反复专业测试，而使用者在启用智能合约时只需输入相关数据即可。

第七聚类主要关注区块链在物联网的应用。根据研究报告预计到2022年全世界有180亿台设备装置会连结成为巨型物联网，实现万物互联[26]。与此同时，将会产生2个问题：安全与高额运营、维护费用问题。由于物联网拓扑结构与资源约束，传统的安全技术和方法很难适用于物联网架构，区块链去中心化结构有助于物联网构建真正的分布式系统，智能合约能有效改进物联网信任机制，时间序列数据加密技术能确保物联网数据安全，有效提高数据分散度、加密性和准时性。对于物联网中存在的多个终端点，有计算力的装置数量十分有限。区块链中的共识机制能迅速到达整个网络，确保最新加入的区块链节点信息能兼容保存，从而解决区块链分布式应用情景下兼容与效率之间存在的问题。

第八聚类主要探讨区块链基础开源项目以太坊与超级账本平台。由智能合约程序语言组成旨在确保加密货币的安全交易。建立的初衷是致力于构建开放式去中心化服务与应用，其设计原则融合了简洁、通用、模块化、无歧视等理念。以太坊主要使用一套图灵脚本语言(简称EVM)，可以通过编译器完成转换，较直接使用汇编语言方便。从应用对象来看，超级账本主要用于参与主体之间构建基于智能合约的分布式账本，有利于企业成员彼此形成互信，便于引入成员之间商业管理服务。超级账本项目不是针对加密货币交易设计的，主要基于跨行业商业目的开发的，适用于多种商业活动需求。超级账本提供多种区块链项目，其中影响最大的是Hyperledger Fabric系列版本。

第九聚类为数字孪生与工业4.0。数字孪生技术是通过数字化及物理模型在虚拟空间中构建相同的实体，从而实现分析、优化过程，目前主要应用于智能制造、区块链金融、情报实践等领域，是实现智能制造的基础技术之一[27]。从工业技术发展阶段来划分，目前可分为4个阶段：蒸汽时代、电器时代、信息技术时代、信息物理融合时代，其中工业4.0主要是指第四阶段[28]。在此阶段中新技术不断涌现、交叉融合，包括信息物理系统、物联网、云计算、区块链、工业信息集成技术，其中信息物理系统技术是基础，将会引发工业技术范式的重大变革[29]。

3 结语

本文利用VOSviewer工具对2015-2020年区块链主题研究成果分析后发现目前区块链研究成果呈现倍增态势, 区块链研究文献被引强度远远高于其他类别文献，可以预见针对区块链技术研究将会持续保持活跃态势；目前区块链研究成果涉及领域主要包括医疗健康、能源交易、物联网、云技术、供应链等，从区块链研究成果学科分布来看，计算机、工程、电信学科占比都高于30%；从研究成果来看，中国、美国、韩国占比均超过10%，目前我国学者研究成果数量遥遥领先，占比达到42.44%。在前十名的研究机构中，中国有5家单位机构位列其中，中国科学院占比最高，达到4.41%；通过区块链关键词共现聚类分析发现目前已形成区块链应用、数据管理、智慧能源与智慧城市、算法与区块链特性、云计算与边缘计算、加密与安全机制、物联网、以太坊与超级账本、数字孪生与工业4.0等9个聚类。在区块链技术发展过程中，要解决好区块链技术去中心化与现实公共层级组织冲突，技术与法律工具选择替代以及结构技术层面的三类问题。