2008年比特币问世以来,其底层的区块链技术已经从数字化货币发展为影响整个互联网商业模式的核心技术。区块链技术的成熟发展,推动其参与到跨学科研究和实际应用操作中。国内外政府机构、金融科技企业针对自身项目特点,纳入区块链技术,互为融合,以期解决其传统模式的弊端。然而,公有链采用基于哈希计算的工作量证明机制,系统吞吐量低,可用性较差;联盟链由于存在超级节点安全性差。针对上述问题Repu Coin结合公有链和联盟链的优势提出了信誉共识算法,但该算法存在两个问题:（1）计算信任值时只考虑区块的数量未考虑区块的质量;（2）新加入系统的矿工很难加入共识组获得奖励。针对这一问题,本文提出了改进的信誉共识算法Po SR,并基于该共识算法给出了面向场景的信誉共识机制的通用模型,利用区块链技术解决具体场景中的关键问题,详细如下:1.针对Repu Coin中新矿工难以加入共识组参与共识且矿工信誉值度量不全面的问题,提出了面向场景的信誉共识算法的通用模型,具体包括基于场景的信誉共识算法Po SR及其在加密货币中的应用。首先提出基于场景的信誉共识算法Po SR,该算法通过考虑区块中包含的交易量度量矿工产生区块的质量并计算相应的质量信誉值,然后引入信誉转换函数以提高新加入矿工的信誉值积累速率。最后将Po SR算法应用到加密货币领域并与Repu Coin做对比,实验表明该算法能达到与Repu Coin同等级的吞吐量,且能抵抗51%攻击、自私挖矿攻击和女巫攻击。2.针对图像取证方案不支持在图像许可变换下同时实现图像认证、版权保护和溯源的问题,设计了基于信誉共识的图像取证系统PFChain,具体包括支持图像认证的信誉共识算法和支持版权保护、溯源的智能合约。首先设计了区块链图片交易类型,并利用该交易提出了面向图片认证的信誉共识算法,该算法支持矿工对变换后的图片进行认证以实现工作量证明。然后设计了四个智能合约,以管理用户的注册及其所拥有的图片。具体来说,通过验证者智能合约,用户查询认证图片的证明,从而保护图像的版权;通过溯源智能合约用户可以溯源任意一张认证图片的操作历史。本文利用以太坊私有网络测试了系统的性能并分析了系统的安全性。实验证明PFChain具有较好的扩展性,与现有方案对比,PFChain支持更多的图片许可变换操作,且能够同时实现图像认证、版权保护和溯源功能。3.针对目前基于区块链的电子医疗系统吞吐量低、中心化严重及检索效率差等问题,设计了基于信誉共识的电子医疗系统SPChain,具体包括存储病人全部医疗记录的区块结构和基于医疗信誉的共识算法。首先利用变色龙哈希函数设计了能存储病人的全部电子医疗记录的区块,并将电子医疗记录的检索效率提升为O（log n）.其次,利用矿工处理医疗交易的数量设计了基于医疗信誉的共识算法,矿工通过挖矿和处理病人的交易来积累信誉值,并利用信誉值竞选区块链的领导者。再次,利用代理重加密技术病人可以管控其医疗数据,且拥有医疗数据的分享权。本文测试了系统的存储开销、吞吐量等性能,验证了系统的可行性。与现有方案对比,SPChain在存储开销、检索效率上均优于同类方案。本文也从理论上分析了系统的安全性,证明了系统能够抵抗几种针对性攻击。4.针对c Mix匿名网络易受阻断攻击、共谋攻击和中间人攻击等问题,提出了基于信誉共识的动态自重组混淆网络BCMIX,具体包括支持网络动态自重组的信誉选举算法和基于区块链的密钥协商算法。选举算法依据矿工的信誉值和网络地址随机从矿工中选出混淆节点组成混淆网络,利用匿名服务的次数计算矿工的信誉值实现信誉共识。为了减小重组过程中带来的密钥协商开销,利用区块链账户设计了基于加法同态的混淆网络协议。此外,设计了基于区块链交易的密钥交换协议来抵抗发送方与混淆节点协商共享密钥时易遭受的中间人攻击。本文利用比特币网络中矿池的算力分布模拟了BCMIX系统,测试了BCMIX的选举时间、预计算阶段时间和实时阶段时间,实验数据表明BCMIX可以达到与c Mix相同量级的通信时延。本文也在理论上证明了系统的安全性,表明BCMIX可以在抵抗阻断攻击、共谋攻击、女巫攻击和中间人攻击的情况下实现与c Mix相同等级的匿名性。