过去几年,以比特币为主的数字货币开始频繁地出现在人们的视野中,但是,其背后的底层技术——区块链更值得深入讨论和研究。在最近几年,由于区块链具有去中心化、可追溯和难以篡改等特点,越来越多的研究人员和从业人员将区块链技术运用于其他的行业。共识机制是区块链能够拥有去中心化等特点的重要原因,使所有节点周期性地完成交易的验证和记录,且保持所有节点保存的区块链数据的一致。但目前公有链共识机制存在去中心化程度不高和容易临时分叉两个问题,本文第一个工作是提出一种基于哈希随机选主的最小值证明共识机制(Proof of Minimum,PoM),利用哈希算法的可计算性、单向性、抗碰撞性及混淆性提高区块链的去中心化程度,降低区块链临时分叉的概率。理论分析和实验结果表明PoM不仅可以提高区块链的去中心化程度,也可以降低区块链临时分叉的概率。虽然区块链比传统的中心化数据库更加真实可靠,但却是以牺牲大量存储空间和算力为代价的,而且只能存储简单的数据,所以并不完全适用于所有的应用场景,在很多情况下,仅仅依靠区块链技术并不能很好地完成行业的转型,还需要结合其他的技术手段。本文第二个工作是提出两个基于区块链和其他技术手段的应用场景。第一个是区块链环境下支持预售数字专辑的数字音乐权限管理方案。该方案运用区块链技术和IPFS,实现了数字专辑在区块链环境下从存储、发布、到购买的全过程,并利用智能合约实现了为服务提供商、密钥服务器和所有数字专辑创作者的自动分配收益,而且像传统的数字音乐权限管理一样支持了数字专辑的预售功能。该方案不仅可以保障数字权限交易的公平性和透明性,也为创作者在发布数字专辑时提供了灵活的发行方式,保障了创作者和音乐媒体平台的收益。第二个是基于物联网、区块链和IPFS的冷链物流方案。该方案利用物联网、区块链及智能合约,设计了一种新的冷链物流方案,该方案实现了农产品以良好的存储状态从农户到仓库再到零售商的运输过程,利用物联网保障农产品在运输过程中存储环境信息的可信性,利用区块链存储环境信息使数据公开透明,方便监管部门的监管工作,并利用智能合约制定实时的奖惩制度来激励物流公司保障农产品存储在合适的环境中,从而减少农产品在运输途中的损失和浪费。