量子密码是密码学与量子力学相结合的交叉学科,是一个具有重要意义的研究课题。量子系统具有独特属性:测不准性和不可克隆性。这使得任何对量子密码体系中的量子载体进行窃听的行为都将会对量子态引入干扰,从而保证了量子密码具有无条件的安全性。研究和实验表明,量子密码很可能发展为下一代密码技术的重要力量。本论文主要研究了量子密码协议的设计与分析,包括密钥分发、身份认证、秘密共享和安全直接通信等内容,取得了若干研究成果。具体如下:本文在量子密码学的物理、数学以及信息论进行介绍的基础上,分析主要的协议和常用的攻击方法,根据基于纠缠态的量子密钥协议在产生源不完善的情况下PNS攻击也无效的原理,提出了一般性的基于纠缠和纠缠交换的量子密钥分发协议,并利用Bell测量基|Φ⁺ ,|Φ^- ,|Ψ+ ,|Ψ^-|进行窃听检测,对基于纠缠和纠缠交换量子密钥分配协议进行了安全性证明,论证该协议可以抵御截获-重发攻击和附加粒子纠缠攻击;在纠缠和纠缠交换理论基础上,改进了随机抽样定理,将单个样本抽样推广为多个样本抽样,并基于此设计了四维Hilbert空间上的密钥分配协议,用| 0 ,1| ^?2和| |+ ),|^?2进行测量,经典的信息调和与保密放大可以在不损害无条件安全性的前提下取代量子纠错过程,从而保证了该协议的无条件安全性;最后将χ类四粒子纠缠态用于量子密钥分配协议,本协议将四个粒子的传输分成两步,协议的提出表明χ类纠缠态可以抵御截获-重发攻击和附加粒子纠缠攻击。