在密码系统中，密钥泄露会造成很严重的后果。只要用户的密钥泄露，整个系统中通过用户密钥加密或者签名过的消息都不再安全。为了减少密钥泄露给用户带来的损失，Anderson在1997年提出了前向安全这一概念，他将密码系统的时间划分成许多个周期，在每个周期的末尾，用户通过一个单向函数对私钥进行更新，并删除当前时间周期的私钥，而公钥在所有的时间周期里保持不变。这能够保证在私钥泄露以前的所有时间周期内所签名或加密消息的安全性和有效性。在大多数的前向安全系统中，更新用户私钥的算法能够完全掌握用户的私钥。但这些方案不能很好的同一些安全架构比如Gun Privacy Guard和S/MIME结合起来。因为在这些架构里，用户的私钥通常通过用户的口令进行加密，在用户的私钥泄露，而口令却未被泄露的情况下，也能保证系统的安全性。为了解决上述问题，本文从签名和加密两个角度深入研究前向安全密码系统的新型设计，主要研究内容包括基于不可信更新环境的前向安全公钥加密，以及基于不可信更新环境的前向安全数字签名。同时取得了如下成果：1.提出了第一个基于不可信更新环境的前向安全公钥加密方案，并在标准模型下，基于确定性Diffie-Hellman困难问题，证明了方案是选择明文安全的。同时，该方案所有参数的复杂度为O(log(N))。2.提出了一个基于不可信更新环境的前向安全数字签名方案，并在随机预言模型下基于大数分解困难问题，证明了方案的安全性。该方案都用了RSA加密方法对用户的私钥进行加密。与同类方案进行比较，新方案具有更短的签名长度，和更高的签名和验证效率。3.提出了一个可以快速更新的基于不可信更新环境的前向安全数字签名方案。在该方案中，更新只需要进行一次模乘运算，能够实现快速更新。