Можете базу заменить на Redis (для хранения ip и данных по загрузкам), будет быстрей и меньше нагрузки.
Еще как вариант можете использовать Evercookie, чтобы пользователям было напряжней чистить куки, а для отсечения большей части ботов установить test_cookie для nginx. Большею часть накруток думаю можно будет скинуть. Матерые с ботами эмулирующими браузеры будет отсеить сложней, но если проявить смекалку, то тоже можно устроить им проблем.