在密码学中,公钥加密体制在信息系统中被广泛运用,其中基于分层身份加密体制(Hierarchical Identity-Based Encryption,HIBE)的工作原理是将某个团体用户身份信息分为不同层级,上一层用户通过委派算法给下一层用户派发私钥,HIBE是基于身份加密体制(Identity-Based Encryption,IBE)扩展延伸出的一种公钥加密体制,这两种加密方案都弱化了可信第三方密钥生成中心(Private Key Generator,PKG)认证公钥和分发私钥的功能,使加密系统中密钥的安全性控制在分层加密系统内部。任何涉及到用户隐私信息的系统都包括用户身份认证的环节,尤其是互联网中的信息系统。本文主要针对轻量级分层信息系统加密和轻量级共享物品密码锁的认证协议进行改进,分别提出两个改进方案。本文的第一个改进方案就是对HIBE方案的研究,提出一种区分身份层数的HIBE加密方案,有效解决由系统内部攻击者攻击其他层密文的问题,改进的HIBE方案能够区分系统内部解密用户身份,使信息系统的安全性进一步提高。安全性证明是对一个加密方案的安全保障,本文用双系统加密模型对区分身份的改进HIBE方案进行证明,并验证匿名性。本文通过实验对上述提出的区分身份层数的HIBE加密方案与原方案的参数和性能进行对比,说明本方案解密效率提升了一倍,具有一定应用价值和优势。本文的第二个提出的方案则是对共享单车这类轻量共享物品的认证方案的改进,方案认证时传输的信息用本文的第一个改进方案HIBE算法加密,认证方案借鉴时钟同步动态口令的原理,对现存的轻量级共享物品密码锁的身份认证协议进行改进,并将改进的认证方案与原本的时钟同步动态口令方案进行对比,分析安全性说明本改进方案适用于轻量级共享物品的密码锁的原因。方案主要针对共享单车等低成本投入的小型共享物品的身份认证缺陷进行改进,有效改善密码单一容易被暴力破解的风险以及动态口令计算量大耗电快的问题。