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随着信息技术的高速发展,特别是计算机网络技术的广泛应用,信息安全显得越来越重要,已经成为国内外计算机和网络应用领域普遍关注的热门研究课题。信息安全的核心技术之一是密码技术。1997年,郑玉良教授首次提出了新的密码学原语——数字签密。数字签密不但使得传统意义上的数字签名和公钥加密两个功能在一个逻辑算法中得以同时实现,而且其计算量和通信成本都要远远低于传统的“先签名后加密”方法,因而数字签密是同时实现保密通信和消息认证功能的一个有效方法。目前,数字签密技术已经被广泛应用于信息安全应用领域,比如在密钥协商、电子现金支付等领域。本文主要研究无证书数字签密方案的设计及其安全性证明,取得的研究成果主要包括以下几个方面:1.分析和讨论了当前基于无证书公钥密码体制的数字签名及数字签密方案,对它们的安全性和运行效率作了较为详尽的分析和总结,另外还对无证书数字签密体制的安全模型作了详细的探讨和总结。2.基于双线性对,设计了一个高效的无证书数字签名方案(LH方案),然后在LH方案的基础上构造了一个无证书数字签密方案(LHL方案)。LHL方案通过在系统初始化阶段预计算1次双线性对运算,使得在签密和解签密阶段只需要2次双线性对运算,大大提高了签密方案的运行效率。本文还对该方案的安全性进行了启发式分析,分析结果表明,在Riyami和Paterson 2003年提出的无证书公钥密码体制安全模型以及离散对数问题(DLP)、计算Diffie-Hellman问题(CDHP)困难性假设下,LHL无证书数字签密方案是安全的。3.设计了一个在随机预言机(Random Oracle)模型下提供了可证明安全性的无证书数字签密方案(LHLL方案)。该方案在签密阶段不需要双线性对运算,仅仅在解签密阶段需要2次双线性对运算,大大提高了计算效率。另外,与其它的无证书数字签密方案相比较,该方案具有较短的签密长度,从而降低了通信成本。最后,在随机预言机模型下对该方案进行了安全性证明。4.最后,利用C++程序设计语言以及MIRACL库,对设计的LHL无证书数字签密方案进行了仿真实现,其运行结果证实了该算法的正确性、可行性和高效性。