共识算法作为区块链的底层核心技术,能够在去中心（多中心）的分布式环境下保持不同节点间数据账本的一致,是维系区块链系统稳定运行的关键所在。当前联盟区块链中应用最为广泛的共识算法是实用拜占庭容错共识算法（Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT）,作为传统分布式领域的一致性协议,PBFT算法在应用于区块链系统时,还需要在性能和可靠性方面再进行针对性地设计和优化。针对PBFT算法在联盟区块链系统中共识效率低下,导致交易吞吐量低、时延高的问题,本文进行了基于多重签名的实用拜占庭容错共识算法性能优化研究。首先,设计了层次共识架构,将区块链节点分为共识节点、候选节点、普通节点三类,采用带门限的多重签名技术实现候选节点预先验证交易的合法性,减少实际的共识节点验证交易合法性的时间消耗,并使得主节点和副本节点可以并行地验证交易逻辑的合法性。其次,为削减PBFT算法在组播区块时对主节点网络层面的出口带宽压力,我们设计了基于交易哈希值的区块打包机制,将交易的哈希值而非交易体本身打包进区块,这极大地减小了主节点进行区块序列化的处理时间以及区块组播时对主节点的出口带宽压力,以提升区块链共识性能。实验表明,此优化研究显著地提升了区块链交易吞吐量,降低了交易时延。针对PBFT算法中无法检测共识节点集群中节点状态、主节点轮流按序当选易被攻击,且共识节点集群固定无法动态加入和退出节点的问题,本文进行了基于信任机制的实用拜占庭容错共识算法的可靠性优化研究。首先,通过引入的检测因子,检测共识节点集群中的节点表现,并根据每轮共识节点的表现更新其信任值,结合自适应的主节点选举机制,奖励诚实的共识节点拥有更大的概率当选为主节点,提高系统的稳定性,惩罚故障节点和拜占庭节点无法当选为主节点,以提升算法的稳定性。其次,为了排除检测出的拜占庭共识节点,本文还设计了节点动态升降协议,采用可信的候选节点替换共识节点集群中的拜占庭节点,在保证算法安全性和活性的前提下,极大地提升了系统的可靠性。