数字签名技术作为一项极其重要的保密技术，在数据通信的真实性、完整性以及匿名性等方面都起到了十分重要的作用，已成为计算机网络中不可缺少的一项安全措施，在军事、金融以及商业等领域，尤其是在电子购物、电子贸易、电子出版等方面都有着实际的应用。作为一种新型的数字签名算法，2006年Waters提出了无需随机预示模型下基于身份的有效加密方案，并从中提取出了Waters签名算法。由于该算法本身来自于基于身份的加密方案，而且满足存在性不可伪造和易聚合的特点，使得它在代理多签名、基于身份的盲签名等签名方案中都有着广阔的应用前景。目前，Waters签名算法在代理多签名方案中的应用仍然存在着公钥过长，只满足弱不可伪造性等一系列问题，同时如何将其应用到现实环境中也有待进一步的研究。开展对Waters签名算法的研究，不仅具有十分重要的理论价值，同时对实际应用也具有十分深远的意义。本文的研究工作就是围绕Waters签名算法来进行的，其研究成果如下：(1)本文在回顾了Waters签名算法的由来及其实现的基础上，从一般模型、具体安全模型以及方案的实现等多个方面对现有的两个代理多签名方案进行了研究。结合Waters签名算法对这两个方案作了性能上的对比分析，指出了其仍存在的不足之处。(2)针对Liu等提出的代理多签名方案只满足弱不可伪造性的不足，引入了Hash函数，对原代理多签名体制进行了改进，得到了具有强不可伪造性的代理多签名方案。针对改进后的代理多签名方案，在标准模型下，从不同的攻击角度分别给出了强不可伪造性的安全性证明。(3)从Waters签名算法实际应用的角度出发，研究了无线网络环境下移动系统的切换认证协议。介绍了无线接入的相关内容，分析了当前移动系统中切换认证协议在效率和安全性上存在的问题，总结了切换认证协议必须满足的要求。针对已有的切换认证协议，分析了其存在的安全性问题，利用Waters签名算法对其作了改进，并将改进后的方案与原方案进行了性能的对比分析。为了使Waters签名算法在今后能有更好的发展和更为广阔的应用前景，最后本文指出了其目前仍然存在有待改进和值得研究的问题，展望了其今后的研究方向以及下一阶段的主要研究工作。