国际区块链主题领域研究演进脉络可视化分析

杜文龙

(西安航空学院 图书馆,陕西 西安 710077)

0 引言

区块链的概念起源于中本聪(Satoshi Nakamoto)发表的题名为《比特币:一种点对点的电子现金系统》的白皮书[1],区块链的最大创新在于通过点对点网络P2P(peer to peer)创造一种“不需依赖信任的电子交易系统”[2]。其去中心化特征实现数据的公平、自由交易流动,时间戳和数字签名的应用可以确保交易账单不可被篡改[3],区块可共同维护实现区块信息的可靠性、开放性和共享性[4]。随着加密技术、通信技术、传输机制、网络技术和金融机制等对区块链的影响,区块链的概念内涵、底层架构、核心技术、技术价值和应用领域均在不断变化中[5]。通过对区块链主题领域研究文献数据的可视化分析和深度揭示可以把握该主题领域的发展脉络、研究现状、热点领域、研究成熟度和发展前景,进而梳理和揭示区块链技术的发展演化和应用价值,为该技术在更宽泛的行业应用和领域研究奠定基础,因此本文的研究具有重要的理论价值和现实意义。

1 数据来源及分析技术

1.1 数据来源

由于本文对国际区块链主题领域的文献数据进行深度分析和揭示,因此数据来源选择权威性高、收录学科广泛、数据质量高的Web of Science数据库,子库选择SCI-EXPANDED、SSCI、A&HCI和CPCI-S,检索主题为“Block chain”,时间范围选择2005-01-01至2022-12-31,返回998条文献数据,源数据格式为含引文数据的全记录TXT格式,通过数据清洗,去除低相关性和冗余数据,最终获得876条有效数据。

1.2 分析技术

本研究选取VOSviewer作为数据分析工具,运用网络位置计算、聚类计算、术语共现、时间切片、密度算法等技术和算法。为了提高数据运算的效率,最大程度挖掘海量数据的价值,依据软件技术参数对样本数据的分析过程和计算过程进行调整、优化。

2 国际区块链主题可视化分析

2.1 关键词聚类可视化分析

进入VOSViewer主界面,数据源格式选择“TEXT”,在软件中的数据来源类型中选择索引选项。将样本数据导入VOSViewer后得到系统默认参数设置的关键词聚类视图。依据样本数据数量和分析需求情况,为了提高聚类效果,减少子网络的数量,将系统的CV值设置为1.2,合并小规模子网,优化运行后得到图1,形成通过不同颜色标识的该领域三个关键词聚类子网络,节点的大小与出现频次呈正比,节点之间的连线粗细程度与它们之间的共引程度呈正相关[6]。对图1中三个聚类子网络中关键词的被引次数、词频和总链接强度(反应中心性)进行分析,统计出每个聚类子网络中指标值排名前10的关键词,如表1～表3所示。

Fig.1 International blockchain theme literature data keyword clustering visualization graph图1 国际区块链主题文献数据关键词聚类可视化图谱

表1 子网络Group1中关键词指标值Table 1 Keyword indicator values in subnet Group1

表2 子网络Group2中关键词指标值Table 2 Keyword indicator values in subnet Group2

表3 子网络Group3中关键词指标值Table 3 Keyword indicator values in subnet Group3

由表1至表3得知,区块链领域主要的热门关键词包括区块链、比特币、数字货币、非对称加密、匿名交易机制、互联网金融、数据安全、智能合约、挖矿证明和密码协议等。

根据图1结合子网络中关键词的指标值和映射语义,对国际上区块链主题文献数据的关键词聚类情况进行深度分析。

2.1.1 区块链技术研究聚类子网络

该聚类子网络重点研究区块链从价值数据分布式云存储、价值数据交易、交易过程加密技术(时间戳)、交易完成智能认证等完整流程的相关技术支撑。主要包含区块链技术、数字货币、P2P网络、共识算法、加密货币、去中心化、哈希函数、比特币、分布式账本、区块链、时间戳(timestamp)、时间戳服务器、非对称加密、挖矿计算、工作量证明、Merkle树和区块等研究议题。区块链技术为区块链的系统构建、平稳运行、安全交易和行业应用奠定了技术基础。

2.1.2 区块链系统运行研究聚类子网络

该聚类子网络重点研究区块链系统运行及区块链交易中的系统构建、工作原理、分布式计算原理、挖矿工作量考核、信任机制、交易机制和认证机制等。主要包含智能合约、以太坊、信任机制、数据安全、分布式计算、数字签名机制、双重支付机制、侧链和信任协议等研究议题。智能合约为区块链交易参与方提供了共同遵守的协议,充分保障区块链各方的权益和义务划分[7]。信任机制解决了区块链价值交易中的信任危机问题[8]。智能挖矿工作量考核为首位计算出交易结果的服务器提供工作量化证明,并得到所有参与运算的计算机终端的认可[9]。区块链通过对称加密、不对称加密和数据保护机制保证区块中价值贮存及价值流转过程中的资产安全[10]。

2.1.3 区块链应用研究聚类子网络

该聚类子网络重点研究区块链在金融、经济和数据交易等领域的应用可行性、应用价值和应用前景。由于区块链具有去中心化、安全的价值交易、时间戳认证、分布式计算等技术优势,已从社会全面认知阶段进行业产业落地应用阶段,形成区块链行业产业格局,区块链的科研项目和产业项目也具有一定规模。区块链对全球经济和社会生态影响的价值逐渐显现。该子网络主要包含互联网金融、AI、大数据、云计算、6G、AR、区块链扩展、工业互联网、物联网、ICO、价值交易和云宇宙等研究议题。区块链系统接口的易用性、开放性和可扩展性提高了区块链的产业应用价值[11]。分析以上热点关键词得知:区块链技术演变逐步呈现与云计算、5G、物联网、元宇宙和VR等信息技术融合发展的趋势,被应用于数据价值交易、比特币交易、金融行业、资产评估和经济管理等场景或行业领域。

2.2 关键词叠加时间视图可视化分析

VOSviewer标签视图模式的Overlay Visualization选项可设置不同时间段关键词节点的颜色相关参数。参数优化并运行分析后得到样本数据的关键词叠加时间视图可视化图谱,如图2所示。节点的颜色相同表明它们处于相同时间段范围中,关键词节点的大小与被引频次呈正相关,节点之间的连线体现它们之间的共引程度[12]。通过样本数据关键词叠加时间视图可视化分析,可以梳理和把握国际上区块链领域的发展脉络、发展阶段、发展现状和研究现状[13]。依据图2结合相关文献研究得知,国际上区块链主题的研究经历了三个发展阶段。

Fig.2 International blockchain theme literature data keyword overlay time view图2 国际上区块链主题文献数据关键词叠加时间视图

2.2.1 萌芽发展阶段(2008—2012)

比特币创始人中本聪于2007年提出运用加密算法形成各个1MB的比特币交易信息块相互连接的加密货币网络体系,在加密货币网络体系中,多重验证和加密的链将各个比特币交易信息块连接在一起。2009年1月比特币系统开放运行,比特币系统为区块链系统的初步雏形[14]。国内外学者对区块链技术的科学研究进度与区块链技术发展演进进程基本一致。萌芽发展阶段出现了少量的研究加密货币、比特币和比特币系统方面的学术文献。

此研究阶段主要围绕比特币、数字货币和加密货币交易过程阶段和交易完成阶段所涉及的身份验证、交易加密以及账本登记等技术问题,分析比特币网络体系所涉及的模型验证、区块元素构成、挖矿工作量证明和分布式账单等底层技术问题。可将此研究阶段归纳为区块链1.0初始雏形技术实验和理论描述探索阶段,尚未形成对区块链统一的理论认识体系,对比特币的价值属性、交易过程和资产周转方式存在较大的理论争议,研究视角和研究领域较为狭窄,理论研究关注目光集中于比特币交易、比特币账单分布方式和比特币系统涉及的技术领域,缺乏对管理、技术、框架、协约、机制等多元素融合组成的比特币网络体系安全平稳运行框架和协议机制的系统性研究,且尚未展开对比特币、交易信息块、数据链、比特币网络初始技术等的行业应用和市场潜力研究。

2.2.2 缓慢发展阶段(2013—2015)

随着比特币网络系统的持续技术创新和区块链概念的全球普及化,出现了对区块链技术的商业价值、市场价值和行业应用的理论。以太网开发人员开创了从比特币交易网络系统单一研究视角延伸到资产、信用管理多视角研究的先例。区块链技术发展进入由以太网为代表的2.0时代,用于区块链网络各个参与元素信任管理的智能合约技术开始出现。智能合约为一种中立的契约体系,由交易各阶段事件自动触发,不受交易合同方实体的主观影响。

文献理论研究角度从研究比特币交易系统基础技术问题转变为区块链系统平稳运行涉及的数据安全、协议约束和监督管理等更为系统的多角度问题。科学研究人员主要探讨区块链系统运行或技术平台架构研究:一是关于区块链系统网络组网类型(分布式、集中式)、网络组网结构(结构化、非结构化、混合式)、网络通信机制(数据发送反馈机制、多模型数据对接、数据交互逻辑机制)和网络安全机制(Tor、TLS)方面的研究;二是关于区块链系统中系统数据、区块信息、交易数据和认证数据的信息模型算法(UTXO)、加密机制(RSA、Elgamal、Rabin、D-H、ECC)以及关联验证(Hash、MKT、MPT)问题研究;三是关于支撑区块链整个系统自主管理自主运行的网络协议、信任协议、契约机制和智能合约制度的协议体系研究;四是研究PoX类、BFT类、CFT类等协议或合约;此外,出现了较多的区块链技术扩展性、行业应用、企业应用、市场应用、技术融合的理论探讨和应用实践研究学术成果。

2.2.3 快速发展阶段(2016—2022)

2016年之后,比特币和区块链彻底进入了全球用户视野,出现了很多区块链方面的项目或产业,Linux基金会旗下的超级账本Fabric项目,初衷为行业之间的区块链融入业务提供智慧解决方案。随着以智能合约为代表的区块链技术与其他信息技术的交融,越多被应用到其他场景应用领域,衍生更多的区块链项目或产业,区块链技术进入到3.0时代。

这个阶段关于区块链的研究侧重于区块链市场价值挖掘、跨行业跨领域场景应用和与其他信息技术融合可行性及可能带来的影响的理论与实践研究,区块链与其他产业行业融合研究成果迅速增长。例如:探讨区块链融入互联网领域带来的基础设施和联网格局的变动;研究区块链融入金融领域可能带来用户消费理念和支付方式的变革;探讨区块链技术与大数据技术、云存储技术融合带来网络数据保存、流动和计算方式的变革;探讨区块链技术与人工智能技术的融合可能重新构造全球数字经济新格局;探讨区块链技术与人工智能、VR、AR、XR、数字孪生等信息技术的融合应用形成全球社会体系的数字生活空间的路径、理论与技术研究,即形成现实世界与虚拟世界链接、映射和交互的元宇宙数字空间。此外,科研用户探讨区块链技术对所属学科或行业领域带来的变革或影响,如区块链技术融入知识产权保护领域、智慧城市建设、社会信用体系、教育行业和医疗行业等行业后带来的“破坏性技术”影响。此时对区块链技术、信息技术融合、产业行业和各种社会场景的理论与实践研究进入快速发展时期。区块链技术的可扩展性、链路安全、技术系统设计架构、场景化应用、数据安全、产业领域融合、场景融合和元宇宙信息技术融合等成为这个研究时期的研究焦点。

2.3 关键词聚类密度可视化分析

对样本数据进行关键词抽取分析形成密度视图,按照关键词的语义接近程度决定关键词在视图中的位置,随着更多语义接近的关键词的加入,最终形成主题的关键词密度区域,如图3所示:关键词密度视图的颜色越趋于深黄色,该关键词视图的密度值越高;关键词密度视图中存在语义接近的关键词数量越多,反映该关键词密度视图映射的区块链研究分领域的研究成熟度较高,形成了一个区块链领域的系统化的、认可度较高的、学术成果丰硕的研究成熟度高的分支领域。

Fig.3 Analysis of keyword clustering density view in international blockchain theme literature data图3 国际上区块链主题文献数据关键词聚类密度视图分析

分析图3并结合相关文献研究得知:该领域已形成显著性高、语义关联紧密、高密度值的研究成熟分领域。第一个研究成熟分领域为研究支撑区块链系统安全稳定运行所涉及的关键技术、技术架构、组织管理和约束激励体制等。此密度区域的研究人员重点关注智能合约、加密技术、框架算法、区块组成元素、数据链、数据安全存储、“挖矿”工作量计算和信任机制等。第二个研究成熟分领域为研究区块链技术对全球经济形态及对金融业带来的显著影响。由于区块链具有去中心化、分布式账单、共识机制和点对点数据传输等特性,相较于其他新兴信息技术,其具有率先应用于经济领域和金融行业的先天有利条件和要素。此密度区域的研究人员重点关注区块链技术应用于经济领域后的交易信用问题、业务重组、运行效率、数据安全、经济模式、产权确权、授权证明和金融客户识别(KYC)等。

通过以上分析得知:区块链正在成为经济、科技、文化和社会领域创新发展的重要驱动力量。在区块链3.0时代区块链相关技术被成熟地应用于全球经济活动和金融领域中,形成了较为成熟和认可度较高的技术应用路径、科学研究成果和实践路径方案,在国际上区块链主题样本文献数据关键词聚类密度视图中呈现映射分支研究成熟度较高的关键词高密度深黄色区域分布。但是区块链技术在教育、航天航空、医疗、物联网、智能设备等领域应用欠缺成熟,区块链技术具有广泛地应用于其他行业产业领域的应用前景,区块链技术在其他行业领域的应用探索研究处于科研人员和科技工作者高度关注但是尚未形成成熟的理论研究和应用实践成果的初期阶段。

3 结束语

本文运用VOSviewer软件对来源于ISI平台的主题为“Block chain”的876条文献数据进行可视化分析得知:该领域已形成区块链技术研究、区块链系统运行研究和区块链应用研究三个研究分支;其经历了萌芽发展阶段、缓慢发展阶段和快速发展阶段三个发展时期;产生了区块链系统运行维护方面的研究和区块链对全球经济形态及对金融业带来的显著影响研究两个比较成熟的研究领域。根据关键词叠加分析结合相关文献研究得知:区块链领域的技术演进、理论研究和行业应用出现与物联网、云计算、大数据、虚拟现实技术和元宇宙等数字技术融合的态势,呈现出多学科融合研究与应用的特征。