近年来,全球信任危机的爆发使得区块链技术得到了迅速发展。依托于加密技术、分布式网络及共识机制诞生的区块链技术解决了传统分布式系统下难以可信进行交易的问题。共识机制为区块链的核心技术之一,现有的数字货币大多采用工作量证明(proof of work,Po W)共识机制,但Po W共识机制存在资源过度浪费的问题。为解决资源浪费问题,区块链社区提出了股权证明(proof of stake,PoS)共识机制,利用股份来代替算力,节点占有的股份越多越容易获得记账权。虽然解决了资源浪费问题,但PoS共识机制仍存在容易分叉和无法抵抗自适应腐败等问题。为解决上述问题,本文提出了基于环签名的PoS共识机制。协议首先利用可验证随机函数(verifiable random function,VRF)在本地独立选举多个候选者,随后利用环签名完成对多个候选者的公开匿名选举,最后从多个候选者中选出一个区块生成者,广播区块。围绕该协议,本文工作主要分为以下三部分:(1)设计了基于双线性对的可验证随机函数,主要包括密钥生成,随机数及证明生成,随机数验证三个算法。相比较已有的可验证随机函数方案,该方案具有更短的证明,减轻了区块链网络广播的压力。(2)设计了基于环签名的PoS共识机制,协议能为每个区块选举出唯一的区块生成者,并能在选举过程中隐藏区块生成者的身份。因此协议能有效解决区块链网络容易分叉的问题,在自适应腐败模型下可提供安全性。(3)基于GMSSL库中的双线性对实现了协议中的可验证随机函数方案和环签名方案,并对GMSSL库中的双线性对计算进行了优化,相比较GMSSL库中的实现,优化后的方案性能可以提高90倍。