作为解决应用系统中多方信任问题的关键,区块链技术具有去中心化、可追溯性、可靠性等核心特点,近年来在物联网、供应链等领域得到了越来越多的关注与应用。然而在网络规模较大的公链系统中,吞吐量成为了区块链系统的最大瓶颈,许多研究致力于在公链中应用投票类共识算法,以提升区块链网络吞吐量。但这些研究仍存在一些亟待解决的关键问题。（1）在公链中应用投票类共识算法的技术方案中,出块奖励平均分配给所有节点,节点可以在不参与共识的情况下获取出块奖励,节点没有参与共识的动机,导致区块链网络可用性降低。（2）为了对节点行为进行奖惩,需要引入信誉系统,共识组内节点的信誉调整结果需要在全局状态中进行记录,导致了较大的存储开销,同时在共识组外的信息交互也造成了较大的通信开销。针对以上问题,本研究分析了现有分片方案的场景特性,结合现有共识算法与激励机制的技术特点,设计了基于双链架构的静默节点检测与惩罚技术、基于门限签名的观测结果共识技术。两技术方案保证了在对区块链网络性能影响较小的情况下,能够更准确地判别区块链网络中的自私节点,降低了其对可用性的影响。本文的主要研究内容包括:（1）针对静默节点导致的区块链网络可用性问题,提出了基于双链架构的静默节点检测与惩罚技术。在该技术中,使用双链架构分别处理区块链交易共识、观测结果共识,并基于该架构设计观测结果交换协议,从而完成静默节点的检测;基于观测结果共识引入信誉系统、设计激励机制,从而完成静默节点的惩罚。在对该技术可能面向的各种攻击行为进行分析的过程中,证明了如果节点采取部分或全部静默的策略、或是不诚实参与节点状态共识,那么其收益要低于其他节点。最后搭建了实验环境,结合协议实现与分片仿真,证明了该技术对共识组内性能影响较小,且静默节点检测与惩罚的准确性优于现有技术。（2）针对信誉值记录导致的存储开销、通信开销,提出了基于门限签名的观测结果共识技术。在该技术中,首先基于观测结果交换协议,设计了共识组内节点向外传播观测结果矩阵的通信协议,保证全局信誉状态能够达到一致,然后基于无主节点共识方案与门限签名技术,设计了TS-HBBFT共识算法,降低高复杂度签名所带来的存储开销与通信开销。在对该技术的安全性与复杂度进行分析的过程中,证明了其能够保证一致性与可用性,且能够降低共识组内外的协议消息复杂度。最后进行实验分析,证明了该技术降低了共识中消息签名所带来的冗余,同时提高了共识组内部的共识效率与分片场景下区块链网络的整体性能。通过以上关键研究,能够解决在公链中应用投票类共识算法时,静默节点所带来的一系列关键问题,提升该类区块链扩容方案在实际系统中的应用价值,促进区块链底层网络架构的发展。