区块链因其去中心化、隐私加密、安全可靠、分布式等技术优势而广受欢迎,但大量用户的涌入也暴露出区块链吞吐量性能不足的弊端。目前有提出采用DAG(Directed Acyclic Graph,有向无环图)或者PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错算法)共识算法优化区块链吞吐量性能,但存在以下问题:采用DAG结构会让区块链交易序列化变得复杂,双重花费问题难以得到解决;PBFT共识算法要求共识节点安全可靠,共识节点的新增或退出都需重新初始化。基于此,本文提出了基于自引用DAG的数据结构模型和基于选举的PBFT共识算法用以优化吞吐量性能。本文的主要研究工作如下:(1)在数据结构方面,提出了基于自引用的有向无环图结构。图结构中每个顶点仅存储一个事务,单事务的存储能大大增加系统并发量;每个顶点有若干个入度和两个出度,入度为其他事务对该事务的引用,两个出度分别为指向自身上一事务的引用和指向网络中其他事务的引用。在该DAG模型中,采用自引用的方式能使得单个用户的交易块线性连接,还能在有效避免双重花费的前提下,让整个DAG网络并行执行事务,从而有效提升区块链吞吐量性能。(2)在共识算法方面,提出了基于选举的PBFT共识算法,能更快速更高效的达成共识,维持共识节点的稳定,并使该算法在公有链网络中同样得以适用。基于选举的PBFT共识算法包括选举实施流程和共识实施流程,选举过程通过选举算法选出具有代表性的共识节点,验证过程中共识节点通过共识验证算法验证区块链中的交易,共识节点间达成的共识即代表区块链的最终共识。该优化算法解决了PBFT算法中对共识节点的数量和稳定性要求,确保共识节点的安全可靠,同时该优化算法能有效提升区块链吞吐量性能。(3)本文以Hyperledger Fabric开源框架为基础,通过融合上述两种优化模型,提出了基于改进DAG和PBFT的区块链吞吐量优化框架。该框架在保障区块链安全可靠的情况下,能进一步提升区块链吞吐量性能。本文对该框架进行实验,通过性能分析和可靠性分析去评估框架的吞吐量和安全性,并在实验中添加Hyperledger Fabric作为对照组。实验表明,本框架的吞吐量性能达到了600-1400,优于实验对照组,能有效提升区块链吞吐量性能,并且通过可靠性分析验证了框架的可靠性。