随着计算机和网络技术的不断发展,人们对通信数据安全和隐私的重视程度也与日俱增。在此背景下,TLS（Transport Layer Security）协议得到广泛应用。TLS在端到端会话中的实体认证、流量机密性和完整性等方面起到重要作用。同时,计算机网络中还有很多不同功能的网络中间设备,如入侵检测设备、家长过滤系统等,对于维护网络安全、实现网络功能和提高网络性能具有不可替代的作用。TLS加密网络流量对于保护用户流量安全至关重要,但如果直接部署,将使得很多应用层网络中间设备无法正常工作。因此,如何解决这一问题,缓解TLS协议与目前网络中间设备之间的矛盾关系,对于网络技术的应用和发展具有重要意义。一方面,本文研究如何设计能够兼容网络中间设备的TLS变种协议或流量处理机制,另一方面,针对传统基于硬件的网络中间设备中存在的资金开销大、管理难度高、开发周期长、容错率和灵活性低等缺陷,本文研究如何利用学术界近年提出的网络功能虚拟化技术,将网络中间设备的功能以软件服务的形式,在通用服务器或云平台中实现。本文的研究工作聚焦在TLS加密流量处理问题上。本文提出了多种TLS加密流量处理机制,可以在不同的应用场景中,使能网络中间设备处理TLS流量;同时,本文结合网络功能虚拟化技术,研究如何设计实现能够处理TLS加密流量的虚拟化网络中间设备,以及如何部署和管理虚拟网络中间设备。具体来讲,本文主要工作和贡献包含以下几个方面:（1）提出了TLS加密流量处理的协议兼容机制针对TLS连接分割、服务器私钥内嵌、TLS变种协议等现有TLS加密流量处理方案中存在的安全性缺陷、TLS协议兼容性和通用性差等问题,本文提出了一种TLS加密流量处理的协议兼容机制Pass Box。在Pass Box机制中,网络中间设备通过被动监听连接握手报文,还原TLS会话密钥,不需要在客户端安装定制的根证书,不依赖带外安全信道传输会话密钥给网络中间设备。Pass Box机制可应用于TLS 1.2和1.3协议,具有良好的协议通用性。此外,应用Pass Box机制的终端能够与标准TLS终端进行正常交互,良好的协议兼容性使得Pass Box机制具有大规模部署使用的潜力。在处理性能方面,应用Pass Box机制不给终端引发额外的通信开销,给网络中间设备带来的计算开销亦可忽略不计。（2）提出了TLS加密流量处理的访问控制机制针对如何在保持TLS 1.3协议高效握手框架的前提下,终端用户在会话中以可认证的方式选择引入网络中间设备,并细粒度控制网络中间设备对流量的读写权限的问题,本文提出了一种TLS加密流量处理访问控制机制ME-TLS。本文结合标识密码技术,设计和实现ME-TLS机制。ME-TLS机制中实现了隐式版本协商功能,应用该机制的终端能够发现对方终端是否支持ME-TLS机制,能够与标准TLS终端进行正常交互;此外,具备ME-TLS机制的终端,能够对会话中引入的多个网络中间设备构成的网络功能服务链进行验证,保证流量被按照预期的顺序处理。（3）提出了TLS加密流量处理的隐私保护机制针对如何在保护用户流量以及流量审查隐私的前提下,虚拟网络中间设备对TLS加密流量进行审查的问题,本文提出了TLS加密流量处理的隐私保护机制Cloud DPI。在该机制中,客户端和服务器使用标准TLS协议进行交互,即该机制同样具有良好的协议兼容性,具备实际部署使用的潜力。Cloud DPI机制支持多种流量审查规则,包括带有多个判定条件、带有负载定位描述符和报文域描述符的规则、跨连接流量审查规则等。Cloud DPI机制的底层密码技术计算开销小,从而提高虚拟网络中间设备的流量审查效率。（4）提出了TLS加密流量处理中间设备的部署和管理方法针对本文提出的以上三种TLS加密流量审查机制,本文结合网络功能虚拟化技术,对相关机制工作在虚拟网络中间设备中的设计实现、部署和管理等问题进行研究,提出基于云服务平台的Dynamic NF框架和一种虚拟网络中间设备通用编程模型,设备厂商使用该编程模型实现的虚拟网络中间设备,可部署于Dynamic NF系统中,由Dynamic NF进行自动化的生命周期管理。Dynamic NF系统提供了网络中间设备配置协议,终端用户可使用该协议在访问网络时根据特定的应用场景,为不同会话配置所需的虚拟网络中间设备。