第二代洋葱路由(The Second Generation Onion Router,Tor)系统是目前最流行的匿名通信系统之一,拥有目前最大的匿名通信用户群体。Tor中的路由算法直接影响着通信链路的匿名性、安全性及传输速率,却存在系统设计上的不足。本文针对Tor网络存在的不足展开研究工作。论文阐述了 Tor系统的基本原理,收集了 Tor网络的运营数据,通过对Tor网络数据进行多角度的处理分析,比较Tor中理想状态下的路由节点选择模型,与实际运行时的路由节点选择模型的一致性和差异性。在此基础上,针对Tor基于带宽加权路由选择算法在安全性和传输效率方面的不足,提出了一种节点状态感知(Node State Awareness,NSA)的路由选择算法。该算法使用链路中节点的传输速率与带宽的比值作为衡量节点传输能力的指标,以规避具有低传输能力的恶意节点;算法运行过程中还会记录一段时期内的节点选择频率情况,并通过降低高频节点被选中的频率,来增大系统的匿名信息熵。仿真平台上的实验证明,NSA算法能有效抵抗虚报带宽的恶意节点的敌对攻击,具有更高的匿名安全性和更好的负载均衡表现。基于以上改进的路由选择算法,开发了基于Android平台的即时通信(Instant Messaging,IM)系统,系统包括Android客户端和后台服务器端。论文介绍了系统的需求分析、概要设计、功能模块设计;描述了网桥的搭建、NSA算法的实现、以及服务器端和客户端的详细设计与实现;最后,对即时通信系统从功能性、性能、匿名性、链路对比方面进行了测试,测试结果表明,改进的路由选择算法能给即时通信系统带来更强的匿名特性和负载均衡能力。