作为第一种加密数字货币,比特币自诞生以来吸引了越来越多的目光,并且使人们逐渐关注到了其底层的区块链技术。区块链可以被看作是一种无中心的分布式系统,其核心在于通过共识算法让互不信任的节点就系统中的数据达成一致。虽然共识算法的研究起源于传统的分布式系统,但直到区块链技术的出现才得以迅速发展,因为共识算法的性能直接关系到区块链技术的发展与应用。区块链可被分为公有链、联盟链和私有链。由于公有链缺乏有效的监管机制,不具备可控性,而私有链的准入控制权限又过于集中。相比之下,联盟链的发展前景更为广阔。实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)作为一种确定性共识算法有着其独特的优势,但是它也存在着一些缺陷,例如吞吐量不高、通信开销过大、计算开销过大、无法适用于动态网络、选取主节点的方式过于简单、无法识别拜占庭节点。针对这些缺陷,本文首先提出了适用于联盟链、半同步网络模型下的可配置共识算法模型,该模型包含PBFT和两种基于PBFT的优化算法。在PBFT中,节点需要经过两次确认才能完成共识。而在两种优化算法中,节点通过不同的方式只进行一次确认就可以完成共识,因而在不同的方面提高了共识算法的性能。我们还在优化算法中加入了区块缓存机制,以此来避免一次确认可能带来的临时分叉问题。目前各种区块链应用中的共识算法往往是固定的,而可配置的模型使得系统能够根据实际情况灵活地切换不同的共识算法,以实现最优的性能。本文还提出了适用于联盟链、同步网络模型下的可扩展拜占庭容错(Extensible Byzantine Fault Tolerance,EBFT)共识算法。首先,我们通过可验证随机函数(Verifiable Random Function,VRF)实现了共识节点和主节点的选举,使得EBFT能够适用于动态网络并支持共识节点的动态调整。然后,我们将共识过程分为正常阶段与扩展阶段,其中正常阶段使用了门限签名,并且扩展阶段只有在主节点发生错误时通过超时触发。这种灵活地共识方式使得EBFT在正常情况下只需要线性的通信开销和计算开销就能完成共识,极大地降低了资源消耗。最后,我们在扩展阶段改变了节点间消息传递的内容,使得EBFT可识别出产生拜占庭行为的节点。