随着互联网信息技术的快速发展,价值的传递方式也在不断改变,经历了从纸币到移动支付为主的电子货币。互联网的发展虽然做到了让货币以数字的形式流通,但都依赖于第三方机构,从而就会产生依赖第三方的信任问题。区块链技术的迅速发展,为第三方信任依赖问题提供了新的解决方案。区块链最大的特点就是“去中心化”和“安全透明”,在区块链技术的基础上已经有了很多成功的应用和开发平台。区块链技术不仅适用于电子货币,而且适用于社会各行业的商业场景。区块链技术的研究和基于高并发区块链架构的项目都处于快速发展的阶段。区块链技术能高效的解决很多行业的痛点。当前,区块链技术的发展与进步主要集中在应用层和共识层。通过对区块链应用层的改进,使区块链技术应用于不同的商业场景;通过对区块链共识层的改进,提高了区块链的并发能力和减少了能源消耗。本文的研究方向是通过对区块链技术的分析以及对当前基于高并发区块链架构的项目的缺陷进行对比,提出自己的改进方案。本文介绍了区块链的发展历程以及发展历程中具有代表性的区块链应用,介绍了构建区块链的相关技术——分布式存储、加密算法、共识机制以及智能合约。本文介绍了构建高并发区块链架构的难点,介绍了基于DAG的高并发区块链——主要包括增强的有向无环图;增强DAG共识和公证人选择的BA-VRF共识机制的双层共识机制;同构多链架构。本文研究了基于可延时验证的高并发区块链系统,提出了利用超级节点验证交易信息来提高交易确认速度。在区块链中超级节点不作为唯一的验证中心,普通节点通过随机抽样方式与超级节点共同参与验证交易信息。交易信息在验证出错的情况下由普通节点提出全网共识验证,既保证了交易的安全性又提高了区块链的吞吐量。通过与基于DAG的区块链项目的实验数据对比,验证了本方法的可行性。在高并发区块链架构的基础上设计了一套完整的数字彩票发行系统方案。在中国,发行彩票必须通过民政部门的彩票中心,我们不可能设计一种完全无中心化的区块链来应用到彩票系统上。本文研究的可延时验证的高并发区块链架构存在超级节点可作为彩票中心,并且超级节点可提高彩票系统的并发量,但是超级节点的加入增加了作恶的可能性。本文设计了一种延时验证的方法来防止超级节点的作恶。具体来说,首先通过随机抽样方式抽取普通彩民节点与超级节点共同参与验证购买彩票信息,防止了超级节点的完全中心化;同时在验证出现错误时,彩票系统针对出错的情况提出全网共识,保证了购买彩票信息的安全性和一致性。基于可延时验证区块链的数字彩票系统根据区块链的特性改造了现有彩票系统的发行流程,并设计了一套完全随机的中奖号码产生算法。该方案包括彩票中心在内的任何机构或个人都无法控制开奖与中奖过程,中奖结果对所有人都公开可查,同时又保护了用户隐私,大大提高了数字彩票发行的可信度。