区块链技术因具有不可篡改、去中心化和不可伪造等特性而受到广泛的关注。区块链是一个能够实现安全存储的分布式账本,然而面对海量数据的安全存储,如何解决数据在区块链上处理的安全和效率等问题成为区块链技术研究的主要痛点。论文以区块链的六层架构为研究对象,从区块链中数据层的算法机制、共识层的共识机制和合约层的扩容机制等关键技术展开了研究。主要研究如下:1.针对算法机制中因存在后门算法导致的安全性低和签名速度慢等问题,进行了基于国密算法的区块链实现,SM2算法是基于加密和签名一体化的算法。实验结果表明,该算法相比于RSA算法的签名摘要长度更短、签名速度更快和安全性更高。2.针对共识层中共识机制存在安全、效率和不可扩展的“不可能三角”问题,提出了一种基于改进的DPOS+PBFT可监管共识机制。首先将共识机制按照作用域分类为交易共识、记账共识和验证共识;然后在交易共识和记账共识模块使用加上监管机制的DPOS共识机制解决效率问题,在验证机制模块使用PBFT共识机制解决一致性问题;最后将方案和一些典型方案进行了性能比较,研究结果表明该方案可以同时保障节点之间抗共谋攻击的安全性和交易共识的效率问题。3.针对合约层中扩容机制存在网络交易拥堵和单一通道的安全性低等问题,传统的扩容方案一般采用快速处理交易的多通道技术或者即时支付、低手续费和高可拓展性的闪电网络。但是基于链上扩容的多通道方案无法解决交易处理的效率问题,而基于链下扩容的闪电网络方案无法解决网络通道的安全性问题。本文结合闪电网络技术和多通道技术,提出基于多通道的闪电网络模型。本方案能够有效解决网络拥堵造成的交易延迟问题,并且能够有有效抵抗单一通道造成的中间人攻击和伪装攻击。