以太坊(Ethereum)的出现极大地拓展了区块链技术的应用场景,使区块链技术不再局限于支付场景,从而成为区块链2.0的代表,受到了广泛关注。但是当前以太坊的吞吐量低,不能及时处理大量交易,导致交易堆积。以太坊逐渐陷入既不能满足当前业务需求,又无法支撑今后众多Decentralized Application(DApp)的应用的困境。同时,在区块链技术与诸多领域结合过程中,区块链系统性能低下,无法满足商业应用,低吞吐量成为区块链技术推广的主要障碍。针对以上两个问题,本文以以太坊为研究对象,分别从其数据层与共识层进行吞吐量瓶颈研究,分析限制以太坊吞吐量的因素,探索以太坊吞吐量瓶颈,研究以太坊高吞吐量系统架构,解决区块链技术商业应用吞吐量低的问题。本文研究了以太坊数据层的交易处理流程、区块容量以及gas Limit调节机制等模块对吞吐量的影响。在共识层探讨共识算法和挖矿难度对吞吐量的限制。最后,经过针对性测试,总结出以太坊吞吐量的瓶颈问题,并根据测试结果提出吞吐量性能优化方案。本文主要工作及成果如下:(1)通过全面测试,研究了以太坊吞吐量瓶颈。首先,分析了以太坊交易处理的原理与源码。其次,搭建了以太坊测试网络,对以太坊交易签名与验证、交易广播、构造区块、区块广播等各个阶段的性能进行细粒度测试。然后,在共识层研究了挖矿难度与共识算法选择对系统吞吐量的影响。最后,在测试过程中发现了以太坊部分算法效率低下、gas Limit增长幅度慢等若干性能问题。(2)针对发现的性能问题提出了相应的优化方案,实验证明优化方案可将以太坊吞吐量实现数量级上的提升。具体而言,本文提出了单链优化方案与多链并行化方案。经过测试验证,单链优化方案可将以太坊吞吐量从15TPS(Transactions Per Second)稳定提升至638TPS。此外,同构多链并行化方案在实验环境下可使以太坊性能实现线性提升。