随着以比特币为代表的数字货币的兴起,区块链以去中心化、去信任、不可篡改和不可伪造等优势受到了广泛关注,区块链应用和研究呈现爆炸式增长,其应用已从数字货币扩展到金融、贸易、物联网和供应链等行业。一方面,区块链技术为传统行业的发展带来机遇,区块链可以安全透明地跟踪存储在区块中的数据,并可以有效地保证每个参与节点存储的数据的准确性和一致性,区块链和传统行业的结合可以很容易解决传统行业的中心化所带来的的问题。另一方面,区块链应用在发展的过程中也存在很多问题,例如系统共识效率低,块容量小,吞吐量低,能耗大和数据可用性差等,难以达到实际的商业需求。本文从上述两个方面出发,首先分析传统拜占庭共识算法PBFT存在的问题:消息复杂度高、动态性差、对恶意节点没做处理和C/S的请求响应模式不适用于区块链系统,针对PBFT存在的问题,提出基于信用值的动态授权PBFT算法改善动态性并对恶意节点做出处理,并利用多重签名算法的优点,优化了PBFT消息复杂度和改进PBFT共识过程使之能够应用到区块链系统中。其次,为解决传统溯源系统中心化带来的数据易被篡改、溯源结果完整性差等问题,以优化后的PBFT算法作为共识机制,设计并实现了一套区块链溯源系统。基于以上研究内容,主要工作内容和成果如下:第一,分析了区块链及其底层技术原理,然后对Po W、Po S、DPo S和PBFT共识算法的原理和流程进行详细说明,并对四种共识算法性能指标和性能特点做出总结。这些共识算法底层原理为区块链共识算法研究与改进提供了理论依据和技术支撑。第二,针对PBFT算法应用到区块链系统中存在消息复杂度高、动态性差、对恶意节点没做处理和C/S的请求响应模式不适用于区块链系统等问题,优化和改进了PBFT共识算法。具体包括:在联盟链网络中,本文提出基于信用值动态授权和多重签名的PBFT优化算法,简称CPBFT(credit practical byzantine fault tolerance)。系统为联盟链中的共识节点设立一套信用机制,通过信用值为每一轮共识选出共识节点,系统也对共识节点每轮的共识表现进行信用值调整,可靠节点的信用值将越来越高,下一轮被选为共识节点的概率越来越大,拜占庭节点信用值将越来越低而被排出共识节点之外,最终整个系统将越来越可靠。针对PBFT共识算法消息复杂度过高,为了大规模的节点能参与共识,结合多重签名算法DG-Co Si来优化PBFT的准备和确认阶段,把PBFT算法的通信复杂度由O(N~2)降低到O(log N),验证复杂度由O(N)降低到O(1)。最终由实验结果可知,相比于比特币和PBFT算法系统的吞吐量和区块生成延迟都有很大的改善。第三,基于区块链设计了一个去中心化的溯源系统。为解决传统中心化溯源系统带来的数据易被篡改、溯源结果完整性差等问题。结合区块链去中心化的优点,本文设计并实现了一个区块链溯源系统,共识算法选用优化后的PBFT算法。该系统可以记录商品生产和交易流通所有信息,用户可以在系统中查询产品的完整产销过程。本文详细描述了区块链溯源系统的实现目的、系统的基本结构、系统运作的基本流程。并在最后给出了系统的详细功能设计与实现。