区块链是在分散对等的协作主体之间就共同关注的数字证据达成共识,并在此基础上开展合作的分布式存证机制,具有多中心、防篡改、可追溯等基本特性,能够以低成本、高效率的方式为不具备信任关系的各利益主体构建信任,并促成群体之间的高效协作。区块链技术不仅能够以分布式账本的形式对金融行业发挥重要作用,而且在数据共享、信息安全等众多领域也有广泛的应用前景。共识技术作为区块链的核心技术之一,逐渐成为了学术界和工业界研究的热点。在传统的分布计算领域中,共识技术往往分为拜占庭容错和非拜占庭容错两类。以Paxos和Raft为代表的非拜占庭容错共识算法只考虑节点失效宕机（fail-stop）而不考虑节点主动作恶;然而在区块链的多样化应用场景中,各个利益主体为了追求自身利益的最大化,其行为往往具有高度不确定性,可能产生对系统正常运行的不利行为,因此区块链中的共识技术往往需要具备拜占庭容错的能力。本文聚焦于具备拜占庭容错能力的区块链共识技术,主要针对三种典型的区块链应用场景,即公有链分布记账场景、联盟链分布记账场景和联盟链数据协作场景分别展开研究。通常来讲,不同的场景往往需要根据其特征和需求定制特定的共识方法,其设计原则是在安全性（Security）、效能（Effectiveness）和去中心化（Decentralization）等维度上进行科学权衡。针对上述三类区块链场景,本研究的主要贡献概述如下:（1）针对公有链分布记账场景,提出了兼顾记账效率、记账权公平分配和算力资源节约的共识算法。在以自由参与,完全开放为特征的公有链分布记账场景中,各利益主体间大规模交易活动引发的高记账频度需求远高于现有共识算法的记账效率。并且由于各主体身份不对等,现有共识算法容易导致记账权分配不均衡,存在记账垄断的风险。为此,本文提出了能够屏蔽用户身份不对等,使记账权的分配更加公平的参与度证明（Proof of Participation and Fees,PoPF）共识算法。首先根据用户在公有链中的参与度对用户进行排名,然后根据排名情况给不同用户设置不同的挖矿（Mining）难度。然而PoPF仍在一定程度上面临算力浪费和效率不高等问题,为此本文提出了历史交易证明（Proof of Previous Transactions,PoPT）共识算法。PoPT沿用了PoPF对用户的排名规则,同时对PoPF进行了基于一致性Hash算法的并行记账优化设计。最后,通过实验验证了PoPF和PoPT均可在确保安全与效率前提下,节约算力资源并使得记账权分配更加公平合理。（2）针对联盟链分布记账场景,提出了共识过程可监管前提下兼顾记账效率与节点规模的共识算法。在基于特定范围协作,企业授权参与的联盟链分布记账场景中,在安全性不降级的前提下,现有共识算法无法兼顾效率和可扩展性,且难以对恶意行为进行监管与处理。为此,本文提出了一种基于有向无环图（Directed Acyclic Graph,DAG）的高效可监管的共识算法Jointgraph。该算法引入了弱中心化的监管者角色,并巧妙的实现了监管者在共识过程中的职能设计,使得监管者不会成为控制联盟的中心化角色,确保了算法的多中心化特征。监管者不但能够对用户的恶意行为进行监管,及时识别并移除恶意用户,同时还能提高区块链的交易处理速度。实验表明,在与目前主流DAG共识算法之一的Hashgraph采用同样通信模型的情况下,Jointgraph能够提高吞吐率与节点可扩展性,并大大降低交易确认延迟。（3）针对联盟链数据协作场景,提出了共识范围可定制、共识程度可查看且主体可变更的共识算法。在服务于“云-边-端”灵活协作的联盟链数据协作场景中,不同数据需要被不同自治域的共识主体实时确认,现有共识算法无法支持按需达成自定义共识,且无法满足各利益主体实时查看数据共识程度以及共识主体动态变化等需求。为解决上述挑战,本文提出了一种基于可信执行环境（Trusted Execution Environment,TEE）与DAG的共识算法Teegraph。在Teegraph中,各节点首先将交易发送到TEE中进行预验证,以避免恶意节点在针对同一主题的通信中发送不同的信息给不同节点,从而从根源上避免了分叉攻击。通过对引入TEE之后共识机制的设计,降低了共识过程的复杂度（相比于Hashgraph）,同时提高了算法的安全性,使得该算法的拜占庭节点的容错率由33.3%提升到了50%。此外,Teegraph中还引入了存储资源节约机制。实验表明,Teegraph在交易吞吐率和确认延迟上都要优于Hashgraph与Jointgraph。在信息空间,如何利用区块链这一技术,实现高效率、低成本的跨主体、远距离的信任建立与价值传递是重大的基础性、前沿性问题。本研究的创新之处在于针对区块链这一前瞻性研究对象,结合不同类型的多样化应用场景需求,围绕共识技术在公有链、联盟链中分布记账和数据协作等维度形成突破。本文的研究对未来以区块链为基础的新型价值传递范式具有积极推动意义。