现今，由于信息的存储、传输和处理越来越多地在开放网络上进行，信息易受到窃听、截取、篡改、伪造和重放等各种攻击手段的威胁。在现代的制造业生产流程中，企业与企业之间、部门与部门之间、车间与车间之间的通讯交流、协同工作，不可避免地会使用和产生很多商业敏感信息。然而现代企业普遍使用的信息系统并没有对此给予足够的安全支持，功能过于简单不能满足企业信息安全需要，而传统的加密和签名技术对其保护能力欠缺。研究和开发针对于制造业生产流程中的高效签密算法，将极大地改善企业安全与认证机制，推动企业信息化进程。基于特殊椭圆曲线中的双线性对构造的密码算法不仅具有安全性高、密钥短和实现快速的优点，还具有同等安全强度下运算量小、效率高等传统方法难以企及的功能。本文以双线性对为工具，设计了一个基于身份的无证书高效签密方案，并为该方案设计了一个适合企业产品数据管理（PDM）的签密架构，以期应用于制造业生产流程中的信息安全管理。本文的主要研究内容如下：首先，在基于身份的签名方案基础上，以双线性对为工具，设计了一个基于身份的无证书签密方案，该方案能在一个逻辑步骤内完成对信息的加密和签名双重功能，其计算量较小，通信成本低，并在很大程度上提高了安全性。其次，通过对基于身份的高效签密体制的深入研究，设计了一种高效的、无需密钥托管的有序多重签密方案，一次性解决了有序签名和加密问题，同时不需要托管密钥。经验证分析，本文的方案在随机预言模型中具有安全性，与目前已有的几个经典的方案相比，效率较高。最后，以有序多重签密方案的安全性为保证，提出了以可离线的签密服务器为基础的签密架构，为每一个第一次接入系统的用户发行一个私钥，这样用户可以在脱离服务器的开放网络环境中实现安全通信，同时缓解了服务器压力，避免了通信瓶颈，适合制造业生产流程中对企业产品数据进行有效管理，亦可广泛用于工厂、政府机关、银行、证券等涉及敏感信息的企业和单位，具有很高的实用价值。