区块链自2008年诞生以来,得到了各国政府、学术界以及多个行业的高度重视,促进了众多领域的飞速发展,研究意义深远,社会价值巨大。2019年中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行集体学习,2018年美国国家标准技术研究院（NIST）发布了《区块链技术概述》,许多国家也发布了区块链技术白皮书,由此可见不同国家对于区块链技术的高度重视。区块链作为一项集成创新技术,其中包含了许多诸如密码学、共识算法、分布式机制、智能合约和网络安全等技术,区块链技术的发展得益于其中众多技术的不断进步。但是,联合挖矿、51%攻击和资源浪费等问题也日趋明显,本文主要研究区块链工作量证明共识算法,以解决上述关键问题。首先,本文梳理了区块链技术的发展历程,介绍了区块链技术的相关概念和原理,并且着重分析了共识算法的研究现状,对工作量证明共识算法进行了详细的分析,对比不同类型共识算法之间的优缺点,为后续章节的工作提供了理论基础。其次,本文提出了区块链工作量证明共识机制的改进方案ICAP-PoW。对ICAP-PoW方案的设计目标进行阐述,对方案的总体架构进行设计,分析方案内容,进而在ICAP-PoW方案中改进了比特币的核心挖矿算法PoW,阐述流程图以及关键代码,最后设计实验方案、搭建实验环境,与比特币系统使用的PoW算法进行对比实验,从挖矿效率和公平性对实验结果进行总结与分析,以达到改进的目标。最后,针对ICAP-PoW方案中的区块链交易环节进行设计与实现。区块链交易离不开挖矿,只有挖矿成功,交易才算真正完成。本文设计与实现了区块链交易系统,并且将改进后的工作量证明共识算法用于该系统,以完善ICAP-PoW方案。区块链交易系统的设计与实现采用了软件工程化的设计方法,依次进行需求分析、概要设计、详细设计和系统测试四部分。