近年来,云计算服务快速发展,用户可以方便、快捷地调用各种云上资源来实现计算任务。随着云计算服务的应用规模不断扩大,有越来越多的用户加入庞大的云计算网络中,一些新的挑战也随之而来。目前,有两方面的问题非常引人关注:首先是针对云环境中的大量用户,如何有效满足系统内的多服务器身份认证需求;其次是如何确保云端数据的安全性,其中数据完整性技术作为保证云端数据安全的关键技术成为近年来的研究热点。本文从云环境下多服务器身份认证和数据完整性验证角度出发,结合密码理论对上述两个问题进行研究,主要研究内容如下:第一,针对云环境下多服务器认证问题展开研究,基于SM9签名算法设计了一个支持双向认证和密钥参数协商的多服务器身份认证方案。该方案不需要引入数字证书管理用户身份标识及公钥,降低了验证算法的复杂度。不同于传统的单服务器网络模型,在云计算环境中存在着多用户和多服务器,因此在方案中设置专门的注册中心管理用户和服务器的身份认证信息。在该方案中,注册中心只负责为用户和服务器生成密钥,不参与用户与服务器的认证过程,减少了认证阶段的交互次数,降低了由于通信时延而造成的性能损失。为了抵抗口令泄露攻击,该方案在用户端引入了包括生物特征在内的多因子验证技术,能够安全高效地验证用户身份。理论分析表明,与已有方案相比,该方案在实际网络环境下拥有更高的认证效率。最后,基于云服务器实现了该方案,测试结果表明云服务器每分钟可完成约240次身份认证,能够满足实际网络中的身份认证需求。第二,针对云环境下数据完整性验证问题展开研究,设计了一种基于Schnorr签名算法的数据完整性验证方案。基于Schnorr算法的签名聚合属性,该方案中的审计者可以在一次验证过程中同时对多个存储在云服务器上的文件进行完整性验证,提高了多文件场景下的验证效率。同时,该方案中数据块的验证标签由数据原文直接计算生成,云服务器必须完整保存用户文件原文才能计算出合法的验证数据,避免了云服务器通过保存数据块哈希值等中间计算结果欺骗审计者的问题。此外,该方案在验证时还要求云服务器单独提交独立的数据子块,并基于独立数据子块计算验证标签,若云服务器没有诚实按照挑战编号计算证据则无法通过审计者的验证,因此该方案可以抵抗重放攻击。与现有方案相比,该方案在标签生成和验证阶段均具有较为明显的效率优势。