共识算法作为区块链技术体系最为重要的一部分,对区块链技术的安全性、容错性和吞吐量有很大的影响,是区块链系统性能提升的关键所在。实用拜占庭容错算法针对原始拜占庭容错算法效率低的问题进行了改进,使得拜占庭容错问题在实际中应用成为可能。但是,算法存在时间复杂度较高的问题,并且随着系统中节点的增多,算法性能迅速下降。并且共识算法通常采用选举主节点广播区块的方式来达成共识,但采用何种方式对主节点的收益进行分配并没有一个合理的方案。针对上述问题,本文研究了已有共识算法的理论,分别从这两个方面对区块链共识算法进行改进,以提升算法的吞吐量和通信量,并给出一个公平的收益分配方法。论文的研究工作分为以下两个部分:(1)提出一种基于实用拜占庭容错的改进区块链共识算法LBFT(Lavish Byzantine Fault Tolerance),针对一致性协议、检查点协议和视图切换协议三个方面进行改进。一致性协议中,简化节点三阶段协议,减少系统网络的通信量;检查点协议中,取消节点定期处理证书的过程,根据区块时间戳和区块高度来同步数据;视图切换协议中,优化主节点选举失败视图切换流程。在不同拜占庭节点情况下进行实验,验证在不同参数下算法的通信量、吞吐量和容错性三个方面性能上的变化。并通过LBFT算法与其他共识算法的对比实验验证算法的优势。(2)提出一种针对主节点收益合理分配的方案。该方案利用博弈论中计算沙普利值的方法来对区块链中节点的收益进行计算,使得系统总收益面向参与选举过程的节点的分配方案更加公平合理,从而改善区块链系统中节点“富者越富”现象。方案首先对系统中节点划分联盟和建立收益分配模型,其次计算核与沙普利值,得出每个参与主节点选举的节点应获得收益。最后实验验证利用沙普利值计算节点收益的合理性和公平性。