数字签名的公平交换协议在电子商务中具有广泛的应用,而现实的参与者总是从最大化自己收益的角度选择自己的行为，使得数字签名交换的公平性受到影响。考虑参与者的自利性,设计合理的机制，约束参与者选择预定的行为,实现数字签名的理性公平交换,具有重要的研究意义。形式化分析方法是分析密码协议较为有效的一种方法，对所设计的数字签名的理性公平交换协议进行形式化分析，显得尤为必要.本文主要研究工作如下：　　(1)一种基于社会承诺机制的数字签名的理性公平交换协议　　通过设计一种新的社会承诺机制，提出了一个含理性参与者的能同时生效的数字签名的公平交换协议。经分析该协议满足模糊性和不可伪造性，并在给出理性同时生效签名方案公平性和稳定性定义的基础上，分别从纳什均衡和子博弈完美均衡的角度，采用扩展式博弈证明了该协议满足理性公平性和稳定性。　　(2)一种基于理性秘密共享的多方数字签名理性公平交换协议　　设计了一个满足激励相容群体效应机制的理性秘密共享方案，基于该方案提出了一种效率较高的能同时生效的多方数字签名理性公平交换协议，经分析该协议满足模糊性和不可伪造性，并从群体博弈纳什均衡的角度证明该方案满足理性公平性。　　(3)基于博弈逻辑的数字签名理性公平交换协议的形式化分析　　为了扩展博弈逻辑ATL描述理性参与者的能力，在并行博弈结构CGS中引入效用函数和偏好关系知识，得到新的并行认知博弈结构rCEGS，并在合作模态算子《?》中加入行为ACT参数，提出新的可形式化分析理性安全协议的博弈逻辑rATEL-A。进一步运用rATEL-A对数字签名的理性公平交换协议进行了形式化描述，最后对所设计的两种数字签名理性公平交换协议进行了形式化分析，分析结果表明所提出的两种协议均满足理性公平性。