广播一对多的通信模式相比于以往点对点的通信模式具有更高的通信效率,更广泛的应用。广播加密是保障广播通信中信息安全的重要手段。基于身份的广播加密不必使用公钥证书,简化了公钥基础设施,因而具有较高的实用性。在基于身份的广播加密中,广播者利用授权用户的身份信息对明文消息进行加密,随后将密文在公共信道上进行广播,只有授权用户可以正确地解密广播密文得到明文消息,非授权用户不能得到任何有用的信息。随着现代网络规模逐渐增大,网络结构越来越复杂化,传统的广播加密效率低、负载过重,不适合应用在结构复杂且用户数量较多的网络中。基于身份的分层广播加密的提出很好地解决了这个问题。在基于身份的分层广播加密中,所有用户呈树状分布,每层用户节点都可以为它的下一层用户节点生成并分发私钥,解决了单一私钥生成中心负载过重、容易成为瓶颈的问题,且通信效率高,更适合应用在结构复杂的网络中。此外,随着人们对个人隐私保护的越来越重视,对广播加密匿名性的研究变得越来越重要。在一些特定的场景中,广播方案的匿名性和广播信息的加密具有相同的重要性和价值。在匿名的基于身份的广播加密中,攻击者不能得到接收者的任何身份信息,良好地保护了用户的隐私。基于以上问题,我们提出了相关的方案。首先,我们对基于身份的广播加密的基本算法和安全模型进行了详细的研究,并对基于身份的分层广播加密的算法、安全模型以及经典方案做了相应的研究,这些为设计高效的分层架构下基于身份的广播加密方案奠定了良好的基础。其次,基于对Li等人方案的分析,论文提出了改进方案,一种无线传感器网络中的基于身份的分层广播加密方案,与原方案相比,本方案缩短了密文长度、提高了加解密计算效率,并且具有更高的安全性,在随机预言机模型下满足IND-ID-CCA2安全。此外,将本方案与其他同类方案进行了对比,发现我们的方案具有较高的效率和较低的花费,因而更适合应用在无线传感器网络中。然后,论文基于双系统加密的理念,利用混合阶双线性群的特性提出了一种匿名的基于身份的分层广播加密方案,不仅实现了分层网络拓扑结构下的高效广播加密,而且通过在密文中增添匿名因子,掩盖了广播接收者的身份信息,实现了广播加密的匿名性,良好地保护了用户的隐私。通过对方案的效率分析以及与同类方案的对比证明了本方案具有较高的计算和通信效率。其次,使用三个静态假设证明本方案在标准模型下满足IND-CIVS-CPA安全。最后,提出了该方案的几个现实应用。