互联网从其衍生到发展至今,已为人类生活带来翻天覆地的变革。但其先天的技术局限也带来许多新的网络安全问题,至今都无法完美解决。区块链于2008年横空出世,这套融合分布式数据存储、共识机制、点对点传输、加密算法等多项技术而成的新型架构,恰好能够弥补现有互联网架构的部分缺陷。最近,区块链在多个行业及领域的探索与融入,逐渐为公众、政府所接受,势必引发不亚于互联网影响力的全球性技术变革。在国家一系列利好政策的支持下,区块链技术在我国迅速生根发芽,目前利用区块链解决传统行业难题与政府事务已成为一条主要发展道路。但区块链也存在一些固有缺陷,尤其是随着全球对隐私保护的重视与一系列隐私法规的颁布,隐私保护问题愈发严峻。伴随着区块链技术的落地,我们还面临监管上的考验,脱离了一定监管的完全自由,势必会引发不可控制的犯罪。为了解决传统区块链中的隐私保护与监管问题,并真正投入实际应用,本文主要通过使用零知识证明,并与其他密码技术,如加密算法、承诺算法相结合,提出了以下两种新颖、有效且高效的算法。本文的主要工作如下:针对区块链中固有的隐私缺陷,本文基于Zcash提出了一个新的数字交易系统,该系统允许对交易进行监督并且可对交易者的身份信息及交易内容实现完全的隐私保护,即我们的解决方案可以为除了监管者之外的所有用户实现完美的身份和交易内容隐私。方案吸取Zcash实现机制的精华,即采用基于zk-SNARK的零知识证明来实现隐私保护,同时融入公钥加密机制,巧妙地实现了隐私与监管的并存,解决了之前方案无法同时支持隐私保护与监管的问题。最后,我们在国内开源平台FISCO BCOS上评估了该方案的性能,并证明我们的方案在可监督下是非常隐私的,而且在实际应用中是有效的。针对区块链应用过程中存在的隐私与监管难以共存的问题,本文结合高效的零知识证明等密码技术,设计了一种完全分布式、保护用户隐私、全局可验证且支持监管的区块链应用方案,并在一个代表性应用场景——电子投票中进行研究与验证,使得投票过程中的每一步骤都能在监管下对相应实体提供完全的隐私保护,同时还可在保证投票者、计票者隐私的前提下,支持任意验证者对他们的行为进行全流程验证。最终,我们对方案进行了理论上的安全分析与实现上的性能测评,结果表明在实际应用过程中不存在任何功能、安全及效率上的问题和瓶颈。