区块是区块链的基本单位,区块链中的数据都存储在区块中。在区块链技术中,非对称密码学保证了其安全性,共识机制保证了其数据的一致性,分布式存储保证了其实用性。作为区块链核心技术,共识机制决定了区块链性质。共识机制在共识效率、安全性、实用性等方面表现,决定了区块链性能表现。针对实用拜占庭容错共识机制通信复杂度高而导致的共识效率低、扩展性差、单一主节点发生故障或存在拜占庭行为时会导致共识过程停止等问题,提出了多主节点实用拜占庭容错共识机制。本文主要研究内容如下:首先,简要介绍了区块链共识机制研究的重要意义、设计目标以及不同共识机制的特点;概括了实用拜占庭容错共识机制的特点和研究现状。其次,提出了多主节点实用拜占庭容错共识机制。该共识机制定义了有效共识轮数。根据有效共识轮数的大小可以剥夺拜占庭节点的共识权利,解决拜占庭节点持续作恶的问题。同时依据有效共识轮数选举出多个主节点,多个主节点同时工作可以解决单一主节点异常带来的问题。在多主节点同时工作情况下,改进共识通信结构。每个共识节点只需要与主节点保持通信,通信复杂度得以降低,共识的效率、扩展性、时延、吞吐量等也得到相应优化。再次,在事务请求的高峰期引入改进的流水线来实现共识机制的并行执行。流水线机制提高了共识机制单位时间内处理的事务数量。在进行流水线共识时,不同轮共识的多阶段消息统一签名,使得签名和签名验证的次数减少,共识机制处理的任务量也随之减少。取消使用固定周期来控制流水线,依靠共识机制自身进行流程控制,充分发挥处理器性能。改进流水线的引入使得共识的吞吐量得到很大提高。最后,理论分析以及仿真实验结果表明,多主节点实用拜占庭容错共识机制在许多方面都有优异的表现;“多阶段消息统一签名、无固定周期”流水线的引入让共识的事务吞吐量大幅度提高,使其能够更及时地处理高峰期时大量事务请求。