随着互联网的快速发展,去中心化和多方数据共享的需求不断增加,传统的分布式数据库存在中心化和信息孤岛等问题,无法保证的数据的安全性和可靠性。公链是具有去中心化、去信任和不可篡改等优秀特性的新型分布式数据库,在医疗、金融和供应链等中心化严重的领域都有着巨大的应用前景。共识机制是公链技术的核心和基础,也是公链发展的关键。然而当前的公链共识机制存在安全性和可扩展性等问题,这导致公链无法应用到诸多领域的现实场景。当前主流的公链共识方案主要基于工作量证明或权益证明。工作量证明具有简单性、实用性和可证明安全性,然而其高能耗和性能瓶颈问题使得基于工作量证明的公链可扩展性不足,无法适用于有性能要求的应用场景。权益证明是一种节能公链共识框架,它使用权益代替算力进行共识,大大降低了计算消耗和共识时间,避免了工作量证明的性能瓶颈。但是基于权益证明的共识方案的安全性还未被完全证明,其系统性能的可扩展性也是一个问题。针对现在公链共识方案存在的可扩展性和安全性问题,本文结合权益机制、随机可验证函数和最长链规则,在权益证明机制的基础上提出一种可扩展且安全的共识方案,在保证方案安全性的前提下提高公链的可扩展性,使得基于该方案的公链能够适用于更多实际的场景。为了保证安全性,该方案结合随机可验证函数设计了区块生成协议,通过保证生成区块的随机性与公平性来提高方案的去中心化属性,并结合新的最长链规则设计了区块同步协议,该协议能在不依赖第三方情况下支持动态可用性,进一步保证方案的安全性;为了提高可扩展性,该方案结合独立的权益机制设计了节点注册协议,然后通过权益交易记录支持动态权益场景,并提出一种区块压缩方法来减少共识过程的通信消耗,通过提高共识效率进一步提升方案的可扩展性。最后,本文根据上述共识方案的总体设计,实现基于权益证明机制的公链共识方案的原型系统,在仿真环境下对方案的压缩区块尺寸、区块广播耗时和系统性能等指标进行测试,结果说明方案确实拥有更好的可扩展性。另外本文还分析了方案的安全性,证明其满足区块链的标准安全属性,并能抵御常见安全威胁。以上结果表明本文的方案确实具有可行性,这对于公链技术的发展和应用具有重要意义。