公钥基础设施（Public Key Infrastructure,PKI）是网络空间中重要的信任基础设施。目前PKI存在证书权威机构（Certification Authority,CA）颁发证书行为不透明化问题,安全事故频发。随着云计算、大数据、物联网等分布式计算模式的兴起,分布式PKI建设需求日益迫切。具有开放共识、分布式、不可篡改、可追溯、可编程等特点的区块链技术为这些问题的解决提供了一条可行途径。基于区块链的PKI技术已经成为区块链数据安全领域重要的研究方向。但是,鉴于PKI可信性的重要性和区块链开放共识的技术特点,本文研究发现目前区块链PKI技术存在安全上的不足,主要包括没有考虑链中节点的可信性,某些应用中数字证书的可监管匿名管理需求和数字证书中隐私信息的按需披露保护需求等。因此,本文对区块链PKI中节点信任和隐私保护等安全问题进行了深入研究,提出了针对区块链PKI的一系列安全增强技术,主要工作包括:1.提出了一种基于智能合约的节点信任机制针对区块链PKI构建过程中节点的初始信任问题和运行过程中节点的行为信任问题,提出了一种基于智能合约的节点信任机制（Node Trust Mechanism based on Smart Contract,NTM-SC）。该机制利用智能合约设定节点初始加入条件,根据信任的传递性保证加入区块链PKI的节点具有一定的初始信任;利用智能合约实现对非法数字证书的自动化检测、节点监督质疑,以及时发现链上非法数字证书,引入强制证书撤销事务,以实现非法证书的强制撤销,最终构建链中节点的行为信任,并基于区块链的经济特性实现对节点行为的经济奖惩,以促使节点维护自己的行为信任,构建、维护区块链PKI系统公开、可信的运行环境。经分析NTM-SC机制是可行和安全的。2.提出了一种链上数字证书可监管匿名管理方案针对区块链PKI中数字证书的可监管匿名颁发和管理需求,提出了一种可多次间接验证的环签名机制（Ring Signature with Multiple Indirect Verifications,RS-MIV）。该机制以基于RSA的环签名机制为基础,通过引入与待签发数字证书相绑定的验证公私钥,增加签发者身份信息到环签名中,采用基于挑战-应答的公钥认证,在保证签发者匿名的同时实现了对签发者身份的多次验证和间接确认。在此基础上,进一步设计了一种数字证书可监管匿名管理方案,实现了数字证书的匿名颁发、链上匿名数字证书的验证以及非法匿名数字证书签发者的溯源,满足了实际中对数字证书可监管匿名管理的需求。经证明方案可保证匿名性和可溯源性,实验分析表明方案的性能开销是可接受的。3.提出了一种链上数字证书按需披露隐私保护机制针对区块链PKI中数字证书中隐私信息按需披露的保护需求,在深入分析按需披露内涵的基础上,受安全组播通信机制的启发,提出了一种链上数字证书按需披露隐私保护机制PPM-ODB（Privacy Protection Mechanism of On-demand Disclosure on Blockchain）。该机制通过改进基于RSA的匿名多接收者加密方案,将隐私信息与知情者身份绑定,实现了证书中隐私信息一对多的秘密共享、知情者的匿名性保护和隐私泄露的可追溯,并采用Quorum链隐私保护机制,实现了密钥在证书主体和知情者间的安全高效分发。经证明PPM-ODB机制可保证隐私信息的保密性,及相较于Quorum链在按需披露隐私保护的时间和存储开销上的优越性,且为获得良好的用户体验,建议知情者的个数少于100。