互联网和通讯技术的快速发展,使得社会变得愈发信息化与智慧化,但当越来越多的企业和个人在享受着技术发展所带来的便捷服务的同时,各种各样的安全攻击事件也孕育而生。导致这些安全事件发生的原因有很多,比如内部员工的泄露、黑客的恶意攻击、缺乏防范意识、疏忽等。数据信息安全的目标是保障其机密性、完整性、可用性和不可否认性,实现数据信息安全必须基于可靠的密码算法与安全体系。基于属性的密码体制实现了多对多的通信加解密,并提供对数据的细粒度访问控制,在分布式应用场景下具有非常明显的性能优势。基于格的密码体制,是一种抗量子计算攻击的公钥密码体制,随着量子算法和量子计算机的发展,格密码在后量子密码时代的密码学研究中备受关注。基于属性密码体制和格密码体制,国内外学者们已经提出了众多功能各异的研究方案。这些研究方案很好的保障了数据信息安全,但面临新的实际应用场景时仍存在一些待解决的问题。本文在研究属性密码体制和格密码体制的基础知识上,结合算法在具体应用场景下存在的安全问题,构建基于属性密码体制的加密、签密、关键字搜索方案以及基于格密码体制的移动支付签名方案,在数据的收集、存储和传递使用中保障信息的安全。本论文的主要成果如下:(1)密钥滥用可追责的密钥策略和密文策略的属性加密方案针对属性加密机制中的密钥泄露和密钥滥用问题,提出了密钥滥用可追责的密钥策略属性加密方案以及密钥滥用可追责的密文策略属性加密方案。在用户私钥的生成过程中引入一个代表用户身份的独特标识,使得系统中每一个用户的私钥变得不是完全相同,但是同时这些操作并不影响属性加密其具备的广播加密优势。当密钥泄露或密钥滥用发生时,属性授权中心可以查明恶意用户的身份并撤销他的访问控制权限。(2)基于密文策略的属性签密方案针对传统的先签名后加密方法不仅占用大量的计算资源,而且在进行数据验证和密钥更新时给整个通信系统带来了很高的计算成本的问题,研究分析属性签名技术和密文策略的属性加密技术,构建一种基于密文策略的属性签密方案。该方案中,用户的私钥关联一个属性集合,而密文则关联一个访问控制结构。在用户私钥的生成过程中引入一个代表用户身份的独特标识。当密钥泄露或密钥滥用发生时,属性授权中心可以查明恶意用户的身份并撤销他的访问控制权限。同时,该方案引入高效的密钥隔离机制来提供系统的前后向安全性,并支持高效的密钥更新。(3)基于密文策略的属性关键字搜索方案研究分析属性加密技术和关键字搜索技术,构建一种高效的基于密文策略的属性关键字搜索方案。同时,针对现有属性关键字搜索方案中缺乏密钥泄露保护和密钥泄漏时缺乏高效更新机制的问题,引入密钥隔离机制。在该机制中,整个系统寿命被划分为一个个相邻的时间段。用户的私钥在每一个时间段都会被及时更新,而密码系统公钥在整个系统寿命内不会更改。当密钥泄漏时,及时更新用户的私钥,减少密钥泄漏带来的损失。本方案采用密文策略属性加密,实现灵活的自中心访问策略和搜索管理。本方案还提供了安全的密钥泄露保护以及系统向后和向前安全性,并实现高效的密钥更新。(4)基于NTRU格的移动支付签名方案针对传统公钥密码存在着对硬件要求高、计算资源有限的移动终端不适用的问题,和传统公钥密码不具备抗量子计算攻击的问题,以及NTRU格签名算法存在生成合法有效值概率不理想等问题,提出一种适用于移动支付的基于NTRU格的签名方案,给出了签名方案的具体构造并进行了安全性证明,在此基础上分析生成合法有效签名值的概率,通过参数选择提高算法效率。接着设计一种新型的基于NTRU格的移动支付方案,将NTRU密码算法引入到WPKI技术中,采用NTRU加密算法与所提MNTRUS-MP签名算法替换传统WPKI中的ECC加密和签名算法,提出一种新型的无线公钥基础设施,实现高效加解密和签名,以及抗量子计算攻击的特性。