随着人们对互联网的依赖性越来越高，信息安全和隐私保护的重要性也不断显现。数字签名是目前存在的一种重要的信息安全技术，在身份认证、数据完整性检验和抗不可否认性等方面得到了广泛应用。目前的数字签名主要在三种不同的公钥密码体制下研究的，它们分别是传统的基于PKI公钥密码体制、基于无证书的公钥密码体制和基于身份的公钥密码体制。传统的基于PKI公钥密码体制中涉及到很复杂的管理证书的过程，这一缺点由基于身份的公钥密码体制很好地避免了，是近年来研究最多的。然而这个体制下存在另一个安全性问题即密钥托管问题，成功解决这两个问题的无证书公钥密码体制成为目前的研究热点。环签名是一种简化的类群签名，签名者可以任意选择成员组成一个环，无需复杂的环成员相互认证。作为一种特殊的数字签名，环签名在具备普通数字签名作用的基础上，还具有自发性、无条件匿名性等特点，在保证信息安全的同时起到隐私保护的作用，使其在匿名电子选举、电子商务等应用中具有广阔的发展前景。基于这些特点环签名一经提出就成为数字签名方向的研究热点，目前也已经有了很多不错的方案。本文所做的主要工作和取得的结论包括：1.阐述了环签名中涉及到的各种基础理论知识，对Rivest等提出的环签名方案进行了简要介绍。2.提出了一种新的高效安全的环签名方案。通过对基于身份的标准模型下的环签名方案的分析，发现现有的一些方案存在双线性对运算较多，已知签名存在伪造攻击等问题。新方案在减少公共参数的基础上为每个环成员引入一个包含秘密值的哈希函数，使其达到Model3模型下安全且具有无条件匿名性。3.把新的环签名方案应用到签密中，得到一个高效的基于身份的标准模型下新环签密方案。通过运用对称加密算法达到签密的无条件匿名性和巧妙设置参数大大减少双线性对运算次数，并在标准模型下基于CDH和DBDH问题证明了适应性地选择消息和适应性地选择身份攻击下的不可伪造性以及适应性地选择密文攻击下的不可区分性等性质。4.在无证书公钥密码体制下给出了一个高效的基于前向环序列的环签名方案。分析表明，现有的无证书环签名方案基本都使用双线性对，而双线性对的代价昂贵，因此本文的方案采用前向环序列完全避免了双线性对的使用，并对方案的安全性和性能进行了详细的分析与证明。