目前,新型冠状病毒肺炎正在全世界范围传播,给各国人民身体健康和生命安全带来巨大威胁,对世界经济发展的负面冲击不断扩大和加深。在这场看不见敌人且没有硝烟的战争中,先进的信息技术起着重要的作用。抗击COVID-19有效的方法是隔离被感染者并精准追踪密切接触者。最近,有工作提出基于蓝牙的联系人追踪方案,以追踪到感染者的密切接触者,从而尽快控制新冠病毒的传播。然而,现有的密切接触者追踪系统带来了较为昂贵的计算与通信开销,同时其在安全与隐私保护方面存在缺陷。本文提出了一种基于门限群签名算法的密切联系人追踪方案,为用户提供了强大的安全性和隐私保护。在该方案中,监管者不需要频繁更新密钥,仅须向用户发行一次群私钥。同时,监管者在追踪确诊者的密接者列表时,仅可获知密接者的个体信息,而不知道感染者与密接者之间的关系图谱,从而增强用户的隐私保护。此方案能够防止大多数攻击,特别是中继和重放攻击,从而可以有效避免误报和漏报等安全问题。本文的主要工作和成果如下:1.阐述了双线性映射和短群签名的数学原理,并分析了短群签名的优势以及安全性难题,针对群管理者查看用户关系图谱问题进行相应改进,利用可验证门限秘密分享协议、交互协议和乘法协议,设计出一种门限密钥共享群签名算法。首先,对系统初始化生成群管理者公钥/私钥对,然后用户收到群私钥并生成和验证群签名,确诊者上传自己的签名名单,最后群管理者打开群签名列表进行密接者追踪。在测试阶段,考虑两条不同椭圆曲线SS512和MNT159,分别在不同手机模型上进行算法仿真测试,包括椭圆曲线点乘时间测试、双线性对运行时间测试和群签名的签名/验证时间测试,实验结果表明,我们的算法能够实现完全匿名性和可追溯性,在当前智能手机上具有良好的适用性。2.设计并搭建了密切接触者追踪系统,开发了能够实时追踪密切接触者的安卓手机APP。首先对系统进行功能需求分析和非功能需求分析。然后,设计了系统的整体系统架构并对系统进行功能划分,紧接着对整个系统进行详细设计和实现。系统分为用户端和服务器端,用户端负责生成群签名,并基于蓝牙进行群签名的广播与验证。同时用户端负责上传签名列表,服务器端负责密钥的生成与颁发,并据此打开群签名追踪密接者。最后,我们设计了全面的仿真实验对系统进行测试,包括不同手机下的系统CPU性能测试、蓝牙信标广播性能测试以及服务器的延迟测试,并对实验结果进行分析。大量实验数据表明,本系统性能稳定有较好的应用前景。