相比于以加密货币为主要应用的公有链系统,面向企业级应用的许可链系统对系统性能有更高的要求,其中共识、存储与执行等主要模块的效率是制约区块链系统性能的关键因素。许可链因其具有更强的安全假设可采用更高效的拜占庭容错协议进行区块共识,而随着许可链共识性能的增强,区块链在存储与执行性能方面的不足开始体现,并逐步成为制约系统性能的主要因素。首先,为防止拜占庭节点单方面篡改数据,现有区块链系统采用全复制方式管理数据,即每个节点均保存一份完整的区块数据。该存储机制不仅使得每个节点需要付出高昂的存储代价,还制约了区块链系统的存储扩展能力。其次,支持智能合约的区块链平台引入了账户数据,为保证数据可追溯,各节点需保存所有账户的历史版本,造成了大量存储空间的消耗。区块链系统多采用默克尔树进行账户数据组织,而账户数据的多版本存储使得默克尔树内部哈希值大量冗余,造成存储空间浪费,并使得默克尔树读写性能迅速恶化。此外,应用对账户数据访问通常是偏斜的,即少部分账户被频繁访问。默克尔树并不区分账户的热门程度,统一处理所有账户,未能利用这一访问特性优化读写性能。最后,为确保所有节点批量执行交易后保持状态一致,现有区块链采用按序串行交易的执行方案,而这严重制约了系统的执行扩展能力。部分区块链交易并发执行方案也仅考虑单节点并发执行的情况,无法在单节点性能达到瓶颈时进一步扩展系统性能。鉴于现有许可链面临以上三个问题,本文主要完成以下四项工作:1.针对全复制存储方案的存储代价高昂问题,设计并实现了可验证能恢复的区块分片存储引擎BFT-Store。BFT-Store采用纠删码技术对区块数据编码并分片,以使得各节点仅存储部分数据,将单个区块的存储开销从O（n）降低到O（1）。BFT-Store确保基于诚实节点所保存的数据即可恢复全部原始区块。最后,BFT-Store的重编码协议可在节点的增加或退出时,将数据重新分配实现存储可扩展。2.针对现有默克尔树多版本存储空间大且热点账户无感知的问题,提出了热点账户感知的高效多版本状态树PCT。PCT采用更精简的编码代替了原默克尔树中的哈希值,降低状态树多版本的存储开销。为实现对不同热门程度账户的区别处理,PCT采用了变长路径设计,使热点账户更加靠近根节点（搜索路径更短）,并在偏斜的数据访问模式下获得更高的读写性能。3.针对区块链串行执行效率低的问题,提出了基于可扩展的解耦合架构SOEF的智能合约的并发执行方法。SOEF采用确定性并发控制协议并发执行交易,确保各节点并行执行结果的串行化方案是确定的。SOEF架构将执行与存储分离,使得系统可以添加多个节点共同执行交易,突破了单点的性能瓶颈。4.设计并开发了一款全新的许可链系统—SChain,集成以上提出的关键技术,包括:区块分片存储、热点账户感知的多版本状态树、基于解耦合架构的交易并发执行。该系统实现了存储与执行的可扩展,并在与其他现有系统的对比中表明了本文提出方法的有效性和可行性。综上所述,针对现有许可链系统在支持大规模企业级应用时的不足,本文分别对区块存储、账户数据管理、合约并发执行等方面进行研究,使得许可链系统能够更好地进行扩展,能够达到更高的执行效率,更低的存储开销。最终,相关成果被集成到自主可控的许可链系统—SChain上,实验结果表明了本文所提方法是有效的。