量子数字签名作为重要的量子密码学分支,在量子消息认证、量子系统访问控制中具有重要的应用前景。不同于经典数字签名,其安全性依赖于量子力学的基本假设,具有更高的安全性。因此,仲裁量子签名作为量子签名协议设计和分析的基本思想,受到了众多关注。本文以仲裁量子签名协议的安全性分析及设计为主线,借助已有的攻击手段来对现有的仲裁量子签名协议进行系统的分析与总结,发现其中的一些安全性问题,进而提出了一些可行的改进方案。同时为提高量子签名的实用性,结合具体应用背景设计了一种新型离线仲裁量子签名协议。本文的具体工作如下:在协议分析方面,对两个仲裁量子签名协议进行了安全性分析。本文指出在这两个协议中,接收者可以在已知消息的攻击条件下进行存在性伪造攻击。同时,在已有的攻击手段下同样面临着巨大的安全性隐患。本文对参与者的存在性伪造攻击进行了详细的描述,并给出了一些可行的改进措施。本文还进一步指出,只有通过修改加密算法以及协议流程相结合的方式才能更好的保证安全性。在协议改进方面,首先基于链式CNOT操作设计了一种新型的加密算法,进而提出了一个基于密钥控制的链式CNOT操作的仲裁量子签名协议。与现有协议对比,作者的协议可以更好的抵御参与者的伪造攻击和否认攻击。同时,作者的协议仅仅需要单粒子,具有很好的实用性。在进一步的安全性分析以及讨论中,通过在资源消耗、加密算法、成功伪造的概率等方面与现有协议对比,充分体现了作者协议的优势,同时也表明了以保密信息安全为目的设计的量子一次一密加密算法并不适用于量子签名。在实用型量子签名的设计及分析方面,首先设计了一个新的量子盲双签名协议,并根据具体应用背景提出了离线仲裁的概念。与传统协议不同,作者的协议中仲裁不再介入签名的验证过程,更具有实际应用价值。进一步,本文对一种无仲裁的量子盲签名的安全性进行了分析,指出该协议虽然具有很好的实用性,但是在这个协议中依然存在安全性漏洞。本文从接收者的角度出发给出了详细的攻击策略,并指出该协议其本质是一个基于量子一次一密的两方协议,接收者可以在不被发现的情况下进行存在性伪造攻击。最后,进一步讨论了离线仲裁的合理性。