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自1976年Diffle-Hellman提出公开密钥密码体制的思想以来，先后陆续出现多种公钥密码体制。其中，椭圆曲线公钥体制以其理论上的高度安全，兼有存储效率，通信带宽等方面的诸多优势，越来越受到关注，并具有广泛的应用前景。本文的主要研究工作包括：(1)对椭圆曲线加密中点的嵌入方法进行讨论，并选择了适合的方案；对椭圆曲线加密和签名过程中对效率影响最大的单点乘及多点乘的优化进行了分析和探讨。(2)对椭圆曲线数字签名引入前向安全的思想，提出了基于二次剩余的前向安全的椭圆曲线数字签名方案。(3)分析了各种电子邮件协议的特点，利用椭圆曲线数字签名和加密及AES加密算法，提出一个安全电子邮件协议SMAIL。该协议能实现邮件的保密传输和收发双方不可抵赖，并可抵御对邮件的各种攻击。最后，利用Visual C++6.0在224位素数域上完整实现了该协议。