城市区块链——重要产业的可信与协同

孙禧¹，诸云*

（^1*南京理工大学，21004）

* 诸云，南京理工大学副研究员，中国自动化学会“智向未来”自动化与人工智能百人科普团专家

摘 要：本综述旨在探讨区块链技术在城市产业中的应用，分析其对城市产业发展的影响和作用。从区块链技术的发展历程和技术特点入手，介绍了区块链技术在城市产业中的应用现状和发展趋势。再从城市产业的可信和协同两个方面，分析了区块链技术对城市产业的影响和作用。最后，结合中国和欧洲的城市产业发展情况，分析了区块链技术在不同国家和地区的应用现状和未来可能的研究方向。研究发现，区块链技术在城市产业中的应用领域包括供应链管理、数据共享和治理、物联网、交通、智慧城市等多个方面。通过采用区块链技术，可以实现城市产业的可信和协同，促进城市产业的发展和创新。但是，当前区块链技术在城市产业中的应用还存在着一些挑战和问题，如技术标准化、安全性和隐私保护等。因此，未来需要进一步探索区块链技术在城市产业中的应用模式和治理机制，促进其更加广泛和深入的应用。

关键词：城市区块链；协同；可信

1 城市产业发展概述

在当今数字化时代，随着城市化进程的不断加速和信息技术的不断创新，城市产业的发展也迎来了新的机遇和挑战。数字化时代的到来，城市产业正面临着各种机遇和挑战。城市的繁荣和发展需要高效的产业运转和可靠的数据交流，同时也需要保证信息安全和隐私保护。而区块链技术的出现为解决这些问题提供了新的思路和解决方案^[1]。因此，在当今城市化发展的背景下，城市区块链作为新兴的技术和产业，已经引起了广泛关注和研究。

本文将从城市产业发展概述入手，介绍目前城市产业的发展状况和面临的挑战。其次，将介绍区块链技术的概述，包括区块链的定义、特点和分类。然后，将详细介绍城市区块链的应用现状，包括在城市智能交通、智能城市管理、能源管理、物联网等方面的应用。区块链技术作为一项基于密码学和分布式计算的新型信息技术，已经在金融、物流、供应链等领域得到广泛应用。而如何将区块链技术应用到城市产业中，提升城市产业的可信性和协同性，成为了当前研究的重要课题之一。接着，将分析城市区块链发展面临的挑战，包括技术、安全、隐私等方面的问题，并提出相应的解决方案。最后，将探讨城市区块链的未来发展方向，包括新的应用领域、技术创新等方面的展望。

1.1 城市产业的概念

城市产业通常指的是城市中的经济产业活动，包括各种产业形态、类型和规模。城市产业范畴广泛，包括制造业、服务业、商业、金融业、文化创意产业等。这些产业相互关联、相互促进，共同构成了城市经济的发展格局^[2]。城市产业的发展水平和结构特点不仅反映了城市经济的实力和竞争力，也直接关系到城市居民的生活质量和社会繁荣稳定。

城市产业作为城市经济的重要组成部分，是城市经济发展的重要支撑。在现代城市经济中，城市产业的种类和形态越来越多样化，城市产业发展的质量和效益也受到了越来越多的关注。在城市产业的发展中，不同的行业发展互相关联，形成了城市产业的产业链和价值链^[3]。

1.2 城市产业的现状

随着城市化进程的不断推进，城市产业的种类和形态也在不断演变。据统计，目前全球城市化率已经达到了55%，而中国的城市化率已经超过了60%^[4]。城市化的快速发展和城市产业的多元化发展为城市产业的升级和转型提供了机遇和挑战。

城市产业的发展现状表现为多样性和协同性。城市产业的多样性体现在城市产业的种类和形态上，包括第一产业、第二产业和第三产业等不同的产业类型，涵盖了农业、工业、服务业等多个领域。城市产业的协同性体现在不同产业之间的协作与合作上，城市产业的各个领域互相渗透，相互促进^[5]。例如，在城市旅游产业中，旅游业和餐饮业、交通运输业等不同领域的产业紧密联系，相互促进。

在这样的产业链和价值链中，信任和协同是保证产业链和价值链运转的重要条件。然而，在传统的城市产业发展中，信任和协同存在着很多难以避免的问题，如信息不对称、合作不足、信任不足等。这些问题往往会导致生产效率低下、资源浪费和环境污染等不利后果^[6]。

1.3 城市产业的发展

在城市产业中，房地产业是一个重要的支柱行业。随着人口增长和城市化的加速，房地产业在中国的经济中所占比例越来越大，特别是在一线城市和部分发达地区，房地产业的增长速度更是迅猛。在欧洲和美国，房地产业也是一个非常重要的行业，为经济增长和就业创造了大量的机会。此外，金融业也是城市产业中的重要组成部分。金融业涉及银行、证券、保险等多个领域，在城市的经济中扮演着极其重要的角色。尤其是在金融危机之后，许多国家开始加强对金融监管，这也促使金融行业更加重视风险控制和合规管理。除此之外，制造业也是城市经济中的重要组成部分^[6-7]。在中国，制造业是最具活力的行业之一，尤其是高新技术制造业和战略性新兴产业的发展势头非常强劲。在欧洲和美国，制造业也是经济的重要支柱之一，其技术和质量水平都非常高，给城市带来了巨大的经济贡献。最后，服务业是城市产业中的另一支柱。服务业包括餐饮、旅游、娱乐等多个领域，它们对城市的经济增长和就业创造都具有重要作用。尤其是随着消费升级和人们生活水平的提高，服务业的发展前景更加广阔^[8]。

城市产业的发展与城市经济的繁荣息息相关。不同行业之间相互依存，共同促进城市的经济增长。但是，在城市产业发展的同时，也存在着许多问题和挑战。例如，制造业的传统生产模式已经无法适应当今市场的需求；金融业的合规管理和风险控制仍需不断完善；服务业的发展也需要不断创新和提升。因此，需要不断探索新的发展模式和技术手段，才能更好地推动城市产业的发展。而区块链技术，作为一种新兴的技术手段，具有在城市产业发展中发挥重要作用的潜力^[9]。

另外，随着城市化的不断推进，城市产业的布局也在发生着变化。传统的制造业和服务业产业已经逐渐向高端制造业、知识产业、文化产业、创意产业等高附加值和高技术含量的领域转移。同时，新兴产业和新型经济组织形式也在不断涌现，如共享经济、数字经济、互联网+等，为城市产业的发展注入新的活力^[10]。

在这种情况下，如何在城市产业发展中保障信息的可信和协同是一个重要问题。信息的可信与协同是城市产业发展中的关键要素，涉及到市场竞争力、企业形象、政府公信力等方面。而传统的中心化信任模式已经无法满足信息安全和可信的需求。区块链技术的出现为城市产业发展提供了新的解决方案。通过建立去中心化的信任机制，区块链技术可以为城市产业发展带来可靠的信息交换和高效的协同机制，提高市场竞争力和经济效益。城市产业发展是一个不断变革和创新的过程，同时也是一个需要可信和协同的过程。区块链技术的出现为城市产业发展带来了新的机遇和挑战。在城市产业发展的过程中，区块链技术可以为信息的可信和协同提供新的解决方案。

2 区块链技术概述

2.1 区块链技术的概念

区块链技术是一种去中心化、分布式的账本技术，通过区块与区块之间的链接形成了一条不可篡改的账本。每个区块都包含着一些数据，这些数据可以是交易记录、合约等等^[2]。区块链技术采用了密码学的方法来保证数据的安全性和完整性，其核心思想是去中心化、可信和安全。

在区块链技术中，节点通过共识机制来协商达成一致，每个节点都有一个完整的账本，任何交易都必须经过网络中多个节点的验证才能被确认。这种去中心化的特性，使得区块链技术可以避免单点故障，提高了网络的稳定性和安全性^[1-3]。同时，区块链技术也为数据交换提供了一种更加高效和安全的方式，实现了全球范围内的数据共享和交换。

2.2 区块链技术的发展历史

区块链技术最早出现在2008年，是由中本聪（Satoshi Nakamoto）在比特币白皮书中提出的。比特币是第一个基于区块链技术的加密货币，其目的是实现一种去中心化的、可信的电子现金系统，以解决传统货币存在的问题^[1]。区块链技术的出现使得比特币的交易可以去除中介，直接在网络上完成，从而降低了交易成本和提高了交易效率。

比特币采用了一种去中心化的方式进行交易记录和验证，即通过一种称为“工作量证明”的算法来确保交易的安全和可靠性。这个算法可以防止双重花费和其他欺诈行为。同时，比特币采用了一种分布式账本的形式，将交易记录保存在一个公共的、不可篡改的数据库中，所有参与者都可以看到这些交易记录，但没有人可以修改它们。

自比特币问世以来，区块链技术得到了越来越广泛的应用。人们开始意识到，区块链技术不仅可以用于加密货币的交易，还可以用于各种其他场景，如身份验证^[4]、供应链管理^[5]、智能合约^[11]等。这些新应用程序在很大程度上都基于比特币区块链的基本原理，但也有一些新的变化和创新。

在发展历程中，区块链技术也经历了一些发展阶段。第一阶段是比特币阶段，它开始于2008年，是区块链技术的起点。第二阶段是通用区块链阶段，它从2014年开始，许多新的区块链项目开始出现，这些项目都试图利用区块链技术来实现更广泛的应用程序。第三阶段是企业区块链阶段，这个阶段开始于2017年，企业开始更加关注区块链技术的应用，试图在其业务中应用区块链技术。这个阶段还涉及到一些新的区块链协议和技术，如Hyperledger Fabric和R3 Corda等^[12]。

目前，区块链技术正在进入第四个阶段，即区块链的大规模商业应用阶段。在这个阶段，人们正在寻找更多的方式来应用区块链技术，同时也在解决一些技术和规范上的挑战。未来，随着区块链技术的不断发展和完善，它将继续在各个领域发挥重要作用，并带来更多的创新和机遇。

以下是一些重要的区块链技术发展历程^[1-6]：

第一阶段：比特币区块链时代（2009-2013）

比特币的出现标志着区块链技术的诞生。2008年，中本聪发表了一篇题为《比特币：一种点对点的电子现金系统》的论文，提出了一种新型的去中心化的数字货币系统，即比特币系统。比特币系统采用了区块链技术，通过分布式的计算机网络实现了交易的验证和确认。在比特币区块链时代，区块链技术主要应用于数字货币交易领域，但其应用范围逐渐扩展到了其他领域。

第二阶段：区块链技术的多元化应用（2014-2016）

在比特币区块链时代之后，人们开始探索区块链技术在其他领域的应用。2014年，以太坊（Ethereum）提出了智能合约的概念，使得区块链技术的应用范围得到了进一步的拓展。智能合约是一种能够自动执行合约条款的计算机程序，可以在不需要第三方干预的情况下，实现信任和协作。除了数字货币交易，区块链技术还可以应用于金融、保险、物流等领域。

第三阶段：区块链技术的商业化应用（2017-至今）

随着时间的推移，区块链技术得到了更加广泛的应用和发展。2017年，区块链技术开始进入商业化阶段。各行各业都开始尝试应用区块链技术，以提高效率、降低成本、增加信任。例如，供应链管理、物联网、医疗健康等领域都可以通过区块链技术实现数据的可追溯性、共享性和安全性。

2.3 区块链技术对城市产业的影响

随着城市的发展和变化，城市产业的发展也面临着越来越多的挑战和机遇。区块链技术的应用，为城市产业的发展提供了新的契机。首先，区块链技术可以提高城市产业的可信度，保障产业数据的安全性和准确性，降低信任成本。其次，区块链技术可以实现城市产业的协同，打通不同产业之间的信息孤岛，促进产业之间的合作和共赢。最后，区块链技术可以促进城市产业的创新发展，降低产业创新的门槛，提高创新的效率和速度^[9-11]。

例如，区块链技术可以应用于城市的智慧交通领域。在传统的城市交通管理中，存在着信息不对称、治理难度大等问题，难以实现全面的交通管控和优化。而利用区块链技术，可以实现交通数据的共享和透明化，提高交通信息的可信度和准确性。同时，区块链技术可以实现不同城市交通系统之间的互联互通，实现全球交通数据的共享和流通，为城市的交通管理和规划提供更多的数据支持^[4-6]。

此外，区块链技术还可以应用于城市的供应链管理领域。在传统的供应链管理中，信息孤岛和信息不对称的问题十分突出，存在着物流信息无法共享^[7]、订单无法实时跟踪^[8]等问题，难以实现供应链管理的高效和透明。而利用区块链技术，可以实现供应链信息的共享和透明化，提高供应链信息的可信度和准确性。同时，区块链技术可以实现供应链各个环节之间的协同和合作，为供应链管理提供更高效的解决方案。

3 城市区块链应用现状

3.1 中国城市区块链应用现状

中国作为全球最大的发展中国家，正处于城市化进程中。在这个背景下，区块链技术被广泛应用于城市规划和管理、数字货币和智能交通等方面，从而推动城市智能化、数字化和可持续发展。本章将从数字货币、城市规划和管理和智能交通三个方面来探讨中国城市的区块链应用现状。

3.1.1 数字货币

近年来，中国政府对于数字货币的探索和实践日益加强。2014年，中国人民银行发布了《关于防范比特币风险的通知》，明确表示比特币不具有法定货币地位，交易风险由个人承担。此后，中国政府多次强调数字货币的监管和防范风险。2020年10月，中国人民银行发布了数字货币电子支付（DC/EP）试点方案，首批试点城市包括深圳、成都、苏州和雄安新区^[13]。DC/EP是一种基于区块链技术的央行数字货币，由中国人民银行发行和管理，目的是推进数字货币的研究和应用，提高支付的安全性和便捷性。

DC/EP的应用场景包括电子支付、红包领取、公共交通等^[14]。以深圳为例，深圳市已经在地铁、公交车、停车场等场景推广DC/EP支付，实现了快捷、便利、安全的支付体验。此外，DC/EP还可以提高支付的透明度和可追溯性，减少黑市交易和洗钱等非法活动，有助于维护社会治安和金融秩序。

3.1.2 城市规划和管理

在城市规划和管理方面，中国也在积极探索区块链技术的应用。例如，杭州市政府利用区块链技术构建了一套信用监管系统，以提高市民诚信度和信用记录的透明度。该系统在政府部门、商业机构和社会组织之间建立了一个信用共享平台，实现了城市信用体系的互联互通^[13-14]。同时，这也为城市管理提供了更加高效、安全和可靠的数据交换方式，从而提高了城市管理的效率和水平。

除此之外，区块链技术在智慧城市中的应用也被广泛探索。例如，在城市物联网中，通过区块链技术的应用可以实现物品的溯源、交易的可追溯性和透明性，从而增强城市物联网系统的可信度。此外，通过区块链技术实现城市资源共享和节能减排也是一个值得关注的方向。在这个领域，中国的城市正在积极推进，例如南京市已经建立了以“能源、水资源、城市交通、生态环境、社会保障和公共设施”为主题的城市数据中心，并利用区块链技术实现了城市能源数据的共享和交互^[12-14]。

中国城市在数字货币、城市规划和管理以及智能交通等方面都已经开始了区块链技术的应用，并且不断地进行着实践和探索。虽然在一些领域，特别是数字货币方面，中国的探索和应用已经处于全球领先地位，但在其他领域，中国也需要不断地改进和完善。因此，未来中国城市的区块链应用仍然有着广阔的发展空间。

3.1.3 智能交通

在智能交通方面，中国的城市区块链应用也取得了很多进展。目前，许多中国城市正在推广基于区块链技术的智能交通系统，以解决交通拥堵、违规行驶和安全问题。以下是几个例子：

深圳市正在开发一种名为“交通信用评分”的系统，该系统旨在通过智能合约记录车主的违章行为，以及每位司机在路上的表现^[15]。这些信息将被保存在区块链上，并根据信用分数进行评级。这个系统的目的是激励司机们遵守交通规则，提高道路安全，并减少交通拥堵。

上海市交通委员会在2019年推出了“交通安全+”区块链平台，该平台旨在通过智能合约记录违规行为和事故信息。该平台可以自动识别车辆和行人，检测交通违规行为，例如闯红灯和逆行。如果有人违规行驶，他们将会被记录并扣除相应的信用分数^[15]。这个系统的目的是提高交通安全并减少事故发生率。

此外，中国的一些城市也在探索利用区块链技术实现更高效的城市物流和货运系统。例如，北京市在2020年启动了名为“智慧物流”的项目，该项目旨在建立一个基于区块链技术的货运平台，以提高物流行业的效率。该项目将使用智能合约来自动化许多物流和运输流程，并确保货物的安全和准确性。

综上所述，中国城市的区块链应用在数字货币、城市规划和管理以及智能交通等方面都有很多进展。这些应用不仅可以提高效率、节省成本，还可以增强可信性、提高安全性，并且能够为城市带来更好的发展和创新。

3.2 欧洲城市区块链应用现状

欧洲作为一个发达地区，也在城市区块链应用方面积极探索和应用。

在数字货币方面，欧洲国家已经开始研究和推广中央银行数字货币（CBDC）的发行和应用。例如，瑞典央行已经开始试点数字克朗（e-krona），法国和德国等国也正在研究数字欧元的发行和应用。此外，欧洲的一些城市也在推广区块链支付，如瑞士苏黎世的公共交通系统已经开始接受加密货币支付^[16]。

在城市规划和管理方面，欧洲城市也在积极探索和应用区块链技术。例如，爱沙尼亚的首都塔林已经开始使用区块链技术来管理市政服务和城市规划。该项目名为“City Chain”，旨在建立一个可靠的、去中心化的城市治理系统，通过数字身份认证、物联网技术和区块链技术来提高市民参与度和城市治理效率^[15-16]。瑞士苏黎世也正在使用区块链技术来管理城市公共服务和基础设施。

在智能交通方面，欧洲的城市也在探索和应用区块链技术。例如，荷兰阿姆斯特丹已经开始测试基于区块链技术的智能交通解决方案，旨在提高城市交通效率和安全性。爱尔兰的都柏林也是一个区块链技术应用比较活跃的城市。都柏林市政府与智能城市开发公司Future Cities Catapult合作，利用区块链技术提高城市基础设施的运营效率和透明度^[17]。在都柏林的一个智慧停车项目中，市政府利用区块链技术创建了一个智能合约，用于管理停车位的分配和支付。

3.3 中欧的城市区块链发展对比

通过对比中国和欧洲的城市区块链发展，可以发现两者在应用场景、政策支持、技术发展等方面存在差异。

中国的城市区块链应用主要集中在数字货币、城市规划和管理、智能交通等领域。而欧洲的城市区块链应用则更多涉及社会福利、环境保护等领域。这可能与两地不同的经济、政治和社会背景有关。

其次，中国政府对区块链技术的支持力度较大，出台了多项政策文件和行动计划，鼓励和推动区块链技术的应用和发展。而欧洲国家的政策支持力度相对较小，主要依靠企业和社会组织的推动。

中国在区块链技术的基础研究、应用开发等方面具备较强的技术实力，取得了一些突破性的成果。而欧洲在一些具体应用领域的落地实践和实现方面则表现出较大的创新力。

综上所述，虽然中国和欧洲在城市区块链应用的具体领域和发展路径上存在差异，但两者都对区块链技术的应用和发展给予了较高的关注和支持。在未来，城市区块链技术的应用将继续拓展，成为推动城市数字化和智能化发展的重要驱动力。

4 城市区块链的未来发展方向

4.1 隐私保护技术的改进

城市区块链应用中隐私保护一直是一个重要的问题。为了保护用户的个人隐私和数据安全，需要在技术上不断完善隐私保护技术。目前，针对区块链中隐私保护问题的研究和探索已经取得了一定的进展，但是仍存在许多挑战，如如何在保证数据隐私的同时实现共识算法、如何实现数据共享等。未来，随着技术的不断发展，我们可以期待更加完善的隐私保护技术，保障城市区块链应用的数据安全。

4.2 互操作性技术的提升

随着城市区块链应用的不断增加，不同的区块链应用之间的互操作性将成为一个重要的问题。因此，在未来的发展中，需要提升城市区块链技术的互操作性，使不同的应用之间可以实现信息和数据的无缝连接，从而更好地实现城市的数字化和智能化。

城市区块链应用中数据的标准化和规范化是实现城市数字化和智能化的重要前提。在未来的发展中，需要进一步完善数据标准和规范，为城市区块链应用提供更加可靠、安全和高效的数据支持^[18]。

4.3 政策和法规支持

政策引导和扶持力度是促进城市区块链发展的关键因素之一。政府可以通过出台有利于城市区块链应用发展的政策，如税收优惠、资金支持、创新创业园建设等，鼓励和支持相关企业和机构开展区块链应用研究和开发，加速城市区块链应用的普及和推广。

随着城市区块链应用的不断增加，监管体系建设已经成为了一个紧迫的问题。建立合适的监管体系，规范市场秩序和行业发展，对于促进城市区块链应用的健康发展至关重要。建立相关的监管法规和规章制度，明确城市区块链技术的应用范围和限制，规范市场行为和参与者的行为。同时，需要设立专门的监管机构，负责对城市区块链应用的监管和管理。同时需要采用先进的监管技术和手段，对城市区块链应用进行监测和分析^[19]。这些技术包括数据分析、人工智能、大数据等，可以实现对城市区块链应用的实时监控和分析，及时发现和解决问题。

最后，需要建立良好的监管合作机制，加强与相关部门和机构的合作，形成联防联控的合力^[20]。这样可以更好地保障城市区块链应用的安全性和可持续发展，为城市的经济发展和社会进步提供强有力的支持。

5 结论

城市区块链技术是当前数字经济时代中的一项重要技术，能够为城市产业的发展带来新的机遇和挑战。在中国，城市区块链技术已经被广泛应用于数字货币、城市规划和管理以及智能交通等领域，并取得了一定的成效。同时，政策和法规的支持也为城市区块链的发展提供了良好的环境。然而，在技术方向上，城市区块链技术仍需要不断创新和完善，包括提高数据隐私保护能力、优化系统性能等方面。在政策和法规支持方面，需要建立更加全面、科学的监管体系，加强风险防范和投资保护。

相较于欧洲，中国在城市区块链技术的发展上处于领先地位，其应用场景更加广泛且成熟，政策和法规的支持也更加明确和有力。然而，在欧洲，城市区块链技术的发展也呈现出多元化的趋势，各个国家和城市正在积极探索和推进相关应用。未来，随着城市数字化进程的加快和政策的持续支持，城市区块链技术将在更多领域发挥作用，为城市的智慧化、可持续发展和公共服务提供更多新的可能性。

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