区块链作为分布式系统的重要技术之一,具有去中心化、不可伪造和可溯源的特性,其使用了密码学、分布式和隐私保护等相关技术,旨在解决分布式系统存在的高成本、低效率和数据归属等问题,同时区块链还在医疗、征信和供应链等多个领域也有广阔的应用。共识协议是无中心机构的分布式一致性协议,能够解决区块链系统的信任问题和数据同步问题,对区块链系统的安全及性能具有重大影响,比如51%恶意攻击、交易延展性攻击、低吞吐量和高区块容量等问题。在此背景下,本文提出了交易压缩方案和时空证明（Proof of Spacetime,Po ST）共识算法,以达到提高区块链系统的安全性及性能的目的。针对区块链目前存在的恶意节点攻击、吞吐效率低等问题,本文设计了基于可验证延迟的Po ST共识算法。原有空间证明算法是节点在共识前进行哈希难题计算,共识中通过即时搜索目标结果来获得区块生成权。但矿池的出现可能导致全网50%以上的磁盘容量集中在某一节点,存在区块链分叉和交易篡改的安全性问题。可验证延迟函数是一种串行运算算法,能通过固定的计算时间来保障算法的顺序执行,同时函数结果也能被快速验证。本文提出在原有空间证明算法中加入可验证延迟函数,对节点共识增加了时间维度上的限制,通过时间的顺序性确保区块链的前向发展,促进区块链系统快速、安全地达成共识。为了减少区块存储空间和区块传播带宽,本文提出基于Γ-聚合签名的交易压缩方案。Γ-聚合签名来源于Yao等人提出的Γ-签名方案,能以非交互式的方法将区块中的多个交易签名压缩为一个紧凑的签名。同时本文还证明了Γ-聚合签名的安全性,该安全性基于不可延展的离散对数（NMDL）假设。最后,本文采用了一种基于Merkle-Patricia树的实现方式,将Γ-聚合签名方案与Po ST算法相结合,能有效的防止交易延展性攻击。