共识机制是区块链领域的重要研究方向之一,如何设计高效、安全的共识机制是近年来的热点问题。联盟区块链在采用实用拜占庭容错协议进行共识时,在性能、安全和隐私三个方面面临挑战。大多数联盟链专注于提高协议性能和可扩展性,却忽略了隐私保护或安全性。此外,联盟链还存在覆盖应用场景较少、共识机制实用性较低等问题。针对以上问题,本文通过结合Schnorr多重签名、环签名和实用拜占庭容错协议提出一种全面的联盟链分层共识机制,并将该共识机制应用于机构员工档案联盟链系统以解决应用场景问题。本文的主要贡献如下:1.提出一种具有隐私保护的多重聚合签名方案,其目的在于改进区块链数字签名以提升共识效率与隐私性。该方案可为节点提供非匿名签名、单匿名签名和多节点匿名签名选择,并且包含多重签名功能,多个节点对同一份数据进行签名后可生成一个高效的短签名以供验证。本文通过理论分析证明了该方案的安全性和匿名性,通过性能实验证明了该方案在签名效率上的优势。2.提出一种改进的分层实用拜占庭容错共识机制,其目的在于改进共识网络架构以提升共识效率。提出的共识采用分层架构划分共识网络,每个层级包含多个集群,在集群内的节点可进行共识,共识之后区块会继续向上层传递并共识。采用分层架构可使关联性不大或相距较远的节点不参与具体共识,这样可克服实用拜占庭容错的可扩展性缺陷,并且保证一定的去中心化特性。本文通过理论分析证明了该方案的合理性,并阐述了应用场景,通过性能实验证明了该方案在共识效率上的优势。3.提出一种改进实用拜占庭容错共识机制与机构员工档案联盟链的场景结合方案。本文利用该方案设计与实现了个人档案联盟链系统。该联盟链可提供安全、可信、权威的档案管理,并且将员工映射为多层共识网络中的节点,员工级别映射为共识中的层级,通过这样的方式让档案提议者以及相关员工参与到具体的共识过程中,提升档案的透明性与权威性。本文分别对签名模块、区块构造模块、共识模块、区块链查询与存储模块以及举报模块进行设计,实现了具有基本共识功能的原型系统,证明了本文共识理论的实用性。