随着区块链技术的快速发展,其重点研究领域也从面向虚拟货币应用的公有链逐渐过渡为了面向行业应用的私有链。相比于公有链,私有链拥有更加严格的身份验证、更小的网络规模以及更高的系统吞吐量。通过应用开源区块链框架Hyperledger Fabric,开发者可以方便地搭建满足业务需求的区块链系统。因此,本文的研究重点是如何基于Hyperledger Fabric框架,设计与实现面向具体应用的私有区块链系统,并对系统展开系统建模、性能分析和性能优化。首先,在分析了排污权交易场景的系统需求及传统架构的弊端后,本文基于Hyperledger Fabric设计并且实现了一套私有区块链系统。系统按照功能划分为应用层、HTTP服务层以及区块链网络层。文中详细介绍了每一层级的具体设计和实现细节,包括接口设计、账本数据结构设计、智能合约设计以及网络节点设计等,并通过调用相应的HTTP接口来验证了相关系统功能。然后,本文基于上述实现的私有区块链系统展开系统建模、性能分析与性能优化。在详细分析了系统请求处理流程后,本文采用广义随机 Petri 网(Generalised Stochastic Petri Net,GSPN)将处理流程分解为多个阶段并建立了数学模型。为论证上述模型的正确性,我们在云服务器上搭建了实际系统来进行相关测试,并对比了不同系统配置下的分析结果和测试结果。基于搭建的GSPN模型,本文分析了系统的性能瓶颈,并从以下两方面对系统性能进行了优化。(1)针对区块链网络配置参数展开研究,提出了一种基于排队论的最优参数确定方法,使系统达到最大吞吐量。(2)针对通过增加系统节点进行负载均衡的优化方式,提出了一种基于资源分配的系统模型,将系统计算能力与吞吐量联系起来,并通过理论分析获得最佳负载节点数目及最大吞吐量。最后,通过大量的实际测试结果证明了上述策略的有效性。