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在当今时代,网络正在使我们的生活发生着深刻的变化,电子商务活动逐渐进入了普通人的生活,然而在电子商务活动中,如何保证商务活动的顺利开展,保证电子信息的安全,是不容忽视的问题。数字签名作为其中一项重要的数字安全技术,在保证网络通信数据的完整性和不可抵赖性方面发挥着重要的作用,并且随着网络技术的发展和普及,数字签名技术将会发挥更大的作用。Merkle可信树正是为了解决多重一次签名中的认证问题而产生的,Merkle可信树结构具有一次签名大量认证的优点,在认证方面具有显著的优势。如今,Merkle可信树的树形结构已经被广泛应用到了信息安全的各个领域,比如证书撤销、源组播认证、群密钥协商等等。并且基于Merkle可信树的数字签名方案在安全性上仅仅依赖于哈希函数的安全性,且不需要太多的理论假设,这使得基于Merkle可信树的数字签名更加安全、实用。综上可知,研究Merkle可信树及将Merkle可信树应用于数字签名具有理论和实用价值。本文在对已有的研究成果进行研究的基础上,对Merkle可信树应用于数字签名技术及提高Merkle可信树认证效率和安全性方面进行了更加深入的研究。主要工作和创新如下:(1)提出了一种时间和空间都较为优化的可信树遍历方案,详细地描述了遍历方案在时间和空间性能上的改进,并详细的阐述了改进方案的遍历过程,之后,对遍历方案的正确性进行了证明,分析了遍历方案的时间性能和空间性能,分析结果表明它利用合理的空间效率实现了具有最优化时间性能的遍历算法。(2)提出了一种使用双线性配对技术的具有双向身份验证功能的加密方案,并对该加密方案进行了正确性证明和性能分析。之后将这种加密方案应用于Merkle可信树数字签名中。通过将基于身份认证机制应用于Merkle可信树数字签名的方法,改进了Merkle可信树数字签名中缺乏身份认证的缺陷。此外,本文在安全性上改进了Merkle可信树数字签名不能抵抗攻击者进行重放攻击的缺陷。(3)提出了一种动态的Merkle可信树数字签名方案,改进了Merkle可信树签名方案中,签名数量的增加使得二叉树庞大导致签名效率低下的缺陷,使签名的数量不在受到二叉树大小的影响。此外,本文对改进后的方案进行了安全分析,分析结果表明,该签名方案具有原始Merkle可信树签名方案的安全性,并且,由于采用了分时间段的密钥管理方式,该方案还具有前向安全性。