比特币的问世使区块链受到了广泛关注,其去中心化与不可篡改的特性有助于多方数据共享与价值流通,被视作构建大规模信任互联网的支撑技术,从而吸引了众多业务领域的企业组织发掘其落地的应用方式,大量Dapp蓬勃发展。但是目前最大的区块链基础设施比特币及以太坊存在着性能瓶颈,难以满足大规模互联网应用的需求。因此可扩展性一直是区块链领域的研究热点。国内外研究者针对该问题提出了许多解决方案,从最初的放宽比特币参数限制到改进共识机制,再到将区块链整体架构分层,但并没有一个完美的方案。当前区块链扩容方案依然存在着可扩展性问题,包括系统的吞吐量低,交易确认的时延较长,共识所需资源成本越来越高等问题。为了解决以上问题,本文对面向区块链扩容的分片及共识相关技术进行研究,主要研究内容包含以下两个方面:1.针对高企的共识成本导致去中心化程度低与系统吞吐量不足的问题,本文设计了一种基于Po S的动态验证者分片方案。其中分片架构在结构上分为基于账户组的静态分片,以及基于验证节点的动态分片。静态分片切分了全局账本数据,分片内部只存储部分账本信息,从而降低了存储资源的消耗。动态分片令验证者在各个分片间随机地轮转,避免了恒定的验证者长时间控制某一分片。每个分片能并行地处理交易事务,提升了吞吐量。本文为动态分片设计了一种状态转移的跨链机制,使动态的验证者只需远小于账本数据的分片状态证明即可验证分片间的交易,降低了参与共识的门槛,保障了去中心化。同时引入基于Po S的代币经济方法,通过代币押金与作恶罚没的措施,激励节点的诚实行为,保障系统的可用性。2.传统拜占庭共识算法的通信消息复杂度较高,不具备可扩展性,不利于部署在大规模的区块链网络中,并且应用在节点构成复杂的区块链系统时缺乏足够的自适应能力。为解决上述问题,本文提出了基于聚合签名的动态评价拜占庭共识算法,首先利用BLS签名聚合技术构建阈值签名,在共识过程中使用阈值签名压缩了交互的共识状态,降低了共识的消息复杂度,有助于扩充共识范围,增强可扩展性。然后建立动态节点评价管理体系,以增强算法的自适应能力,包括基于节点评价表的评价机制,以及基于视图自调节协议与节点清除协议的管理机制。评价机制利用节点评价表记录节点历史共识行为的评价,并在每次共识流程中动态更新,最后使用管理机制将评价过低的节点清除出系统,减弱了失效节点对系统的不良影响,优化了共识节点的组成结构,保障了效率。