在物联网中应用区块链技术可以提高网络安全性、缓解高负载节点压力、实现物联网节点的自主贸易和行为决策等。考虑到物联网通常具有资源受限、规模大、业务繁忙以及微交易多等特性,在物联网中使用的区块链共识算法需要满足资源效率高、扩展性强、交易吞吐量高、共识成本低等需要,并且需要具备足够好的安全性。因此,寻找与物联网环境相匹配的共识算法成为了一个热点问题。本文从物联网的行业需求与共识算法的基本概念入手,分析了各类常用共识算法,包括工作量证明(Prooof of Work,Po W)、权益证明(Prooof of Stake,Po S),实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerant,PBFT)以及基于有向无环图(Directed Acyclic Graph,DAG)的共识算法,在物联网环境中的优势和局限性。然后,建立数学模型对共识算法进行了深入分析。本文的主要研究内容与成果如下:第一,考虑到基于DAG的共识算法(简称DAG共识)应用于物联网中具有交易吞吐量大、资源消耗低、零交易费等优势,本文以最具代表性的DAG共识(缠结)为例,建立马尔科夫链模型,分析了物联网负载跳变环境中缠结共识过程的性能。在安全性方面,本文研究了不同负载环境中一个理智攻击者会采取的攻击策略,通过概率模型得出了双花攻击成功概率。分析结果表明:负载环境会极大影响缠结算法的性能和安全性,即负载的跳变会导致累积权重增长速率出现较大波动。而当累积权重增长速率下降时,双花攻击成功概率会上升。同时,该研究得出了性能和安全性之间的权衡关系,为实际场景中缠结的配置提供了指导意义。第二,针对Po W算法交易吞吐量受限和资源消耗大的问题,本文提出了区块接入控制方案来处理Po W算法在无线物联网场景中的分叉问题,以提高其交易吞吐量和区块利用率。通过马尔科夫链模型,本文对采用区块接入控制方案的Po W算法进行了性能分析,包括交易吞吐量、区块丢弃速率、区块利用率以及挖矿暂停概率。分析结果表明:提出的方案可以让Po W算法在无线物联网中实现高交易吞吐量。同时,区块大小和Po W哈希运算难度值的设置会影响性能。因此,在实际场景中,需要合理的配置系统参数,达到交易吞吐量和区块利用率之间的权衡。