随着近两年智能家居行业的火热发展,智能家居系统的信息安全问题变得备受关注。传统的中心化管理的安全方法在应用于智能家居系统时,存在着性能开销大、可扩展性不足等缺陷。区块链(BlockChain,BC)技术因其不可篡改性、去中心化特性以及其他安全性方面的优势而备受关注,它有可能克服智能家居系统的信息安全挑战。然而,经典的区块链实现是服务于加密货币的,其很多设计并不适合智能家居应用,比如需要消耗昂贵的计算资源、同样具有有限的可扩展性、会带来过大的网络带宽开销和网络延迟等等,因此将区块链实现应用到智能家居应用中将面临许多挑战。本文在经典区块链实现的基础上进行改良优化,提出了一种适合智能家居应用需求的多层结构、轻量级、高可扩展性的区块链,并将其命名为SH BC(Smart Home BlockChain)。SH BC采用总体公有、局部私有的架构,在利用公有链使系统满足区块链主要特性的同时,还利用私有链实现了对智能住宅设备的访问权限控制。SH BC主要包括本地设备层和覆盖网络层。本地设备层是其中私有链的部分,通过一个中心化的管理器来管理所有低资源的智能家居设备,该管理器负责建立用于通信的共享密钥,并处理所有传入和传出请求。覆盖网络层则是系统公有链的部分,SH BC利用覆盖网络层实现了去中心化与决策共识,覆盖网络层节点被组织为不同的集群,用各个集群的集群头而不是集群中的所有节点来管理公有链,从而减少网络开销并提高系统的可扩展性。除了总体架构外,SH BC的设计中包含了多处对经典区块链实现的优化,包括轻量级的共识算法、可减少区块验证开销的分布式信任机制以及自适应的吞吐量管理机制等等。为了验证SH BC设计的合理性,本文通过定性的理论分析论证了SH BC可以抵御多种恶意攻击,并通过相关仿真证明了经典区块链实现在智能家居场景中存在的性能问题,同时验证了SH BC可以在智能家居设备的资源限制下正常运行,具有合理的数据包开销和时间延迟,因此与其他方案相比,SH BC更适用于智能家居。