区块链在面临中心化管理难度激增的物联网中有着广阔的应用前景,其去中心化与不可篡改性能够大大降低物联网的管理成本,提高物联网的安全性。目前已经有许多面向物联网的区块链系统被提出,如IOTA、EOS、超级账本、DEXON等。区块链的共识机制是影响区块链性能的一个重要因素,因此设计符合物联网特点的共识机制就显得尤为重要。目前已有的共识机制,如Tangle、DPOS+BFT、Raft、Po P等,能够在一定程度上解决物联网场景下应用区块链的问题。然而在大规模能量受限的物联网场景中,这些共识机制在资源消耗、可扩展性、安全性等性能方面仍有改进的空间。针对以上问题,本文展开如下研究:1.面向联盟链的无线传感网,本文提出一种基于簇的分片机制。首先区块链系统中的节点按照粒子群聚类算法分成若干个簇,能够减少簇中节点参与共识时的通信能耗,其次若干个随机的簇共同组成一个分片,一个分片维护一条并行的区块链子链。由于分片内的簇的选择是随机的,因此减小了攻击者攻击分片内共识的成功概率。最后,每个分片根据全局排序算法,将所有分片产生的区块聚合到一条链上。仿真分析表明,使用该机制能够在保证安全性的基础上,提高系统的可扩展性,并有效降低区块链系统共识能耗。2.物联网中联盟链相对于公有链在抵抗女巫攻击和DDOS攻击方面更有优势。联盟链容错算法PBFT可扩展性不足,不适用于大规模物联网应用。Algorand机制在传统PBFT算法上进行了改进,但共识效率仍有提升空间。因此本文面向联盟链,提出一种混合共识机制H-Algorand。首先介绍了Algorand机制应用于物联网场景的优势与不足,其次提出了一种多块的Algorand机制MB-Algorand机制,最后提出一种兼顾安全性、可扩展性和能耗的混合共识机制H-Algorand。仿真分析表明,在块提议时间大于块共识时间和块提议时间小于块共识时间两种情况下,H-Algorand机制可以以牺牲少量安全性为代价,显著提升提高系统的可扩展性。