区块链技术解决了互联网中的信任问题,然而与传统的中心化服务器相比,区块链系统的可扩展性较差,使得它的应用受到了极大的限制。分片技术来源于传统数据库领域,能够解决数据库的性能受限问题,将其应用到区块链系统中,可以使得区块链系统并行处理交易。因此,通过研究分片技术在区块链系统中的应用,可以大大提高区块链系统的可扩展性,从而推动区块链技术的发展与应用。本文通过对分片方案、区块链网络、共识算法及交易处理等方面的研究,设计并实现了区块链系统分片协议Acsk Chain。首先,本文引入可验证延迟函数(Verifiable Delay Functions,VDF)与可验证随机函数(Verifiable Random Functions,VRF),提出一种随机、公平、安全和稳定的网络分片方法。其次,本文提出了实现交易定向传播的Shard Kad协议,降低了交易传播过程中的网络开销和时间开销;同时,本文提出区块链系统中的节点信誉度计算方法和基于节点信誉度与延迟的节点列表优化策略,降低了恶意节点和崩溃节点的影响。接下来,本文提出协作拜占庭容错(Collaborative Byzantine Fault Tolerance,CBFT)算法,降低了共识过程中的消息复杂度并减少了共识所需时间。最后,本文提出了保证交易提交原子性的三阶段提交协议,并将其与CBFT算法相结合,提出交易处理模型Atomit。实验表明,与几种典型的区块链系统分片协议相比,Acsk Chain在消息复杂度、吞吐量、出块延迟及存储上均有着不同程度的改进。