群组密钥协商协议是一种用于实现安全群组通信的密码学原语。此类协议允许一组用户在不可靠信道中通过协商得到一个共享的一次性会话密钥,并利用该密钥在开放的网络环境中保障群组通信数据的安全。所有用户在执行协议的过程中必须同时保持在线。通信轮数是用于量化此类协议用户在线时长的重要指标,即用户执行密钥协商算法所需的交互次数。常数轮群组密钥协商协议是一类通信轮数固定(与群组成员数量无关)的群组密钥协商协议。由于此类协议可以在确保系统安全性的同时显著降低用户的在线协同时间,因此具备广阔的应用前景,已经成为信息安全领域的研究热点。本文针对常数轮群组密钥协商协议及其应用进行了细致的研究,取得了以下研究成果:1.首先,本文对常数轮群组密钥协商协议的现有研究成果进行了总结,包括对已有方案的形式化定义、安全模型和设计目标进行归纳、对已有的评估标准进行整理、对经典方案的设计原理和构造方法进行深入剖析。2.其次,本文对支持动态群组操作的常数轮群组密钥协商协议的构造进行了深入的研究。通过结合椭圆曲线密码体制与无证书公钥密码系统,本文提出了一个支持动态群组操作的常数轮群组认证密钥协商协议,并在随机预言机模型下对该协议进行了形式化的安全性证明。随后,本文利用仿真实验对该协议的通信开销和计算开销进行了分析。分析结果表明,与相关成果相比,该协议具有更高的效率。根据已有的评估标准,该协议达到了所有的安全需求。3.最后,本文对适用于车载自组织网络的群组密钥协商协议的构造进行了深入的研究。通过对该应用场景进行分析,阐述了针对车载自组织网络的群组密钥协商协议的设计目标。利用二次剩余密码体制与基于身份的公钥密码系统,本文提出了一个高效且可证明安全的常数轮群组匿名密钥协商协议,并在随机预言机模型下对该协议进行了形式化的安全性证明。随后,本文对该协议的安全性和性能进行了分析。分析结果表明,与相关成果相比,该协议实现了所有的设计目标。