在信息时代,网络通信是信息传递的主要渠道,越来越多的用户选择在网络中传递个人信息以获取个性化服务。由于网络通信的公开性以及个人信息的隐私性,安全通信和隐私保护成为维持网络稳固发展的两个重要因素。匿名认证技术结合各类认证机制,同时采取隐藏身份信息的方式,达到有效保护通信会话内容和通信方隐私的目的,因而在信息安全领域具有研究前景和意义。目前,许多网络应用采用口令认证和密钥交换的方式为用户提供服务,但这缺少对登录用户身份信息的保护,为隐私泄漏埋下了安全隐患。因此,本文主要研究匿名口令认证密钥交换协议,以确保安全认证的同时保持用户匿名的状态,并为后续会话内容生成加密密钥。设计安全的认证协议需要了解安全需求和攻击方法,因此本文对现有协议作充分研究,发现其中存在的安全漏洞后对其攻击。由于现有的匿名口令认证密钥交换协议存在安全漏洞,性能仍待改进,于是针对三种不同的应用场景提出了新协议,包括仅基于口令的、基于辅助设备的,以及基于可信第三方的匿名协议。在提出的协议中,仅基于口令的协议利用具有代数结构的消息认证码作为口令验证值,克服了难以抵挡的盗取验证攻击;基于辅助设备的协议借助具有高可靠性的智能卡,实现了更加高效的匿名认证;基于可信第三方的协议则使用混沌映射密码系统,改进了当前对等网络中匿名通信协议的安全性。在协议的安全分析中,本文一方面讨论了协议的安全需求,模拟攻击者对协议发起攻击,另一方面也通过推导BAN逻辑和定义安全模型的形式化证明方式,论证了认证密钥交换的安全性。而在协议的性能分析中,通过对比协议的计算和通信成本可知,新协议在保证安全属性的前提下,在性能上具有优势。同时,实验结果表明了新协议的高效性,并且协议在系统实现中验证了匿名认证的功能。