数据孤岛,即各个数据拥有者为了保护数据安全,将自己的数据保护起来不与外界交互。数据安全是保障商业安全和个人安全的关键,数据保护的加强,也使得“数据孤岛”的现象越发显著。但是在现实中,各个企业和组织往往是通过数据交互的方式来实现商业合作的。因此,为了促进商业发展消除数据孤岛成为一个迫切的需求,这也使得密码学算法在数据隐私保护方面的研究成为一个热点。其中,同态密码是解决数据孤岛的关键技术之一,同态算法具有对密文进行运算等同于对所对应明文做相关运算的特性。为了利用云服务商的强大计算能力,可以放心地将密文数据存储到云计算平台,对密文数据进行运算处理,避免了不安全第三方云计算平台直接接触明文数据,造成数据泄露的危险。本文依据同态密码算法的安全特性,将同态密码与数字水印、安全多方计算以及格密码相结合设计了多个适用于不同场景的安全协议,取得主要研究成果如下:（1）基于密码学中的Paillier同态密码算法以及国密SM4分组密码算法,使用最低有效位（LSB）在小波变换域嵌入双水印,提出了一种密文域双水印算法。选择三重小波变换的水平高频LH3和垂直高频HL3部分嵌入水印,剩余部分使用SM4进行加密。在该部分水印通过Paillier算法进行嵌入,利用了其加法同态性质,最终生成含水印的有效密文。提取水印时按照加法同态中密文运算与明文运算的映射关系,对解密后的数据进行相关运算即可以成功提取水印。实验仿真数据表明,该协议相较于已有方案运算速度快,水印提取的质量高,嵌入水印的图像的不可见性好。（2）基于同态密码算法、不经意传输思想以及对称密码算法,构造了一种匿名查询协议,适用于多方数据源进行查询,该协议能在保护用户数据隐私安全的情况下,在多个数据源中查询数据。首先,介绍了基于三方的匿名查询协议模型并详细介绍了具体流程,然后,对该协议的正确性以及安全性进行理论分析,并相应的进行了实验仿真。最后,在基于三方的匿名查询模型的基础上提出了基于多方的匿名查询协议,进行了详细介绍,并提出该协议的具体应用,即,可在数据交易中筛选出黑名单用户,对用户进行信誉评估,缓解用户恶意购买电子产品的情况。实验仿真的结果表明,该协议的理论运算结果与实际运算结果匹配,运算效率高。（3）基于LWE困难问题设计了一种新的同态密码算法。首先,针对Regev只能对单个0或1比特位进行加密的问题,对Regev方案进行改进,提出了一种基于Regev整数域加密方案,并证明了算法的正确性和安全性。其次,基于该算法构造了一种加法同态算法,通过算数推导以及代码实现的方式来证明算法的正确性,该同态算法在一定的参数限定下,可以进行多级同态加法运算,具有一定的应用价值。最后,将该基于格上的同态密码算法来替换以上两种协议中的同态密码算法,使得协议具有一定的抗量子攻击性,并分析该抗量子协议的时间负载。