现如今,依托移动互联网技术的飞速发展,人们设想的智慧化城市已在北上广初露头角。现在人们可以利用视频电话进行通信或是利用手机控制家用电器,而在通信的连接需求大规模增长的同时,兼顾安全的保密算法提出了更高效、更安全、更实用的性能要求。签密是现代密码学基石之一,基于一逻辑步完成“加密和签名”的体制优势,自提出以后就得到国内外学者们的广泛认可。而结合签密与无证书公钥密码体制的无证书签密体制,更是继承了两者的优点,有良好的应用前景并成为当代密码学的热点研究问题之一。本文主要研究无证书签密方案的设计及其在EPON通信应用方面的安全实践,取得的研究成果如下:1.提出了一套仅需要2次双线性对运算的无证书混合签密方案(LCL-CS方案)和一套有效抵抗公钥替换攻击的无证书混合签密方案(SCL-CS方案),并对比国内外著名方案论证我们方案的计算高效性。2.定向分析LCL-CS方案和SCL-CS方案的可证明安全,针对性的提出有效的随机预言模型,论证两套方案对适应性选择密文攻击具有密文不可区分性和对适应性选择消息攻击具有存在不可伪造性。3.结合EPON网络存在的安全认证难题,提出了一套基于无证书签密算法的双向认证方案,并给出了在EPON注册认证协议下的实现步骤。结合仿真和算法性能对比来分析该协议的高效性。