随着分布式系统的发展,以去中心化,公开透明为特性的区块链技术,能够有效地解决传统互联网中存在的公平、信任以及价值传递等问题,引起了各个行业的广泛关注。共识机制作为区块链技术的核心,其设计的优良与否,直接决定了块链系统在实际应用中的表现。然而现有的共识机制存在一些不足,首先是共识效率过低问题,已经成为影响共识应用系统发展的关键因素;其次是现有的共识机制无法适用于大规模共识应用,在可扩展性方面表现不佳;最后,从用户的角度出发,区块链应用系统的响应性差、延迟过高影响了用户的体验。共识机制在共识效率、可扩展性以及响应性方面的不足,严重限制了共识应用在各个行业中的推广应用。因此,本文以拜占庭容错类共识机制的可扩展性研究以及并行化实现为目标。文章的主要内容如下:1.设计了多分区并行化共识框架。对现有拜占庭共识机制进行归纳总结,分析了现有拜占庭共识机制面临的问题,包括可扩展性差、响应性差以及共识效率低下等问题。然后基于PBFT共识机制,结合拜占庭共识机制面临的问题和挑战,设计了多分区并行化共识框架,多分区并行化框架主要分为上下两层,下层包含多个并行化处理的共识分区,上层包含独立的验证分区。最后基于并行化共识框架的特征,结合拜占庭共识机制存在的问题,分析并行化共识框架在模块化、扩展性、响应性、共识效率以及去中心化方面的特点。2.实现基于聚合签名的并行化共识机制Par BFT。通过对EC-Schnorr聚合签名的组成以及功能特点进行分析后,结合并行化共识框架,实现基于聚合签名的并行化共识机制Par BFT。在并行化共识框架的各个分区内,设计其共识交互流程采用聚合签名来实现消息聚合。消息聚合可以有效地将共识过程的消息复杂度从O（n~2）降低到O（n）。通过与Hot Stuff和Fast BFT进行对比实验,分析吞吐量和延迟,验证其设计实现在可扩展性、响应性以及共识效率方面的优势,保证设计的合理性以及有效性。3.采用可信执行空间结合秘密分享实现并行化共识机制Parwith TEE。为了进一步展现共识框架的灵活适用性,在分析基于聚合签名实现的消息聚合过程以及并行化共识框架的模块化设计后,通过采用可信执行空间结合秘密分享实现并行化共识机制Parwith TEE。采用可信执行空间作为硬件辅助,可以达到降低系统规模,提高系统容错能力的目的。为了保证方案的合理性以及有效性,通过与Hot Stuff、Fast BFT以及与基于聚合签名设计实现进行对比实验,分析其在可扩展性、响应性以及共识效率方面的设计优势。4.实现并行化共识机制的原型系统。通过采用Intel SGX的可信执行环境,结合多线程并发模型,依赖IPPCP密码库,基于聚合签名的并行化共识机制以及基于可信执行空间结合秘密分享的并行化共识机制,实现面向并行化请求的共识原型系统。最后将原型系统部署于Azure云平台上,对原型系统进行测试。实验表明基于聚合签名的并行化共识机制以及基于秘密分享的并行化共识机制,其并行化设计在受到攻击时或者网络不稳定时具有良好的适应性。