经典密码体制是使用一个基于计算复杂性的密码系统来保障安全的,攻击者需要在有限时间内解决某个数学难题。然而随着分布式计算和量子计算的发展,可以在短时间内破译这些数学难题,经典密码体制面临着严峻的安全隐患。量子密码基于密码学和量子力学,由量子力学基本原理来保障安全性,它不依赖于经典密码体制中的计算复杂性。基于量子密码的安全通信具有独一无二的优势,逐渐成为当代信息安全新技术中的重点研究方向。然而,当前人们对量子技术的研究仍在起步阶段,应用更是处于摸索阶段,量子计算机在短时间内难以普及,量子资源也不是所有人都可以持有。为了更好的解决这些问题,2007年Boyer等人首次提出了半量子密码的概念,实现了半量子安全通信协议,并证明了它的无条件安全性。在半量子安全通信协议中,不需要所有的参与者都具备完备量子能力。与量子密码相比,半量子密码在一些应用上更具有优势,它减轻了购买量子设备昂贵的费用,避免了制备量子资源复杂的操作,特别是当量子通信中出现硬件故障时可以更好的应对。以实现更加安全、高效和解决不同问题的协议作为本文的出发点,研究设计了半量子密钥分发、半量子秘密共享以及半量子隐私比较等若干协议,主要工作和创新性成果如下:（1）设计了一种基于单光子态和EPR对混合的半量子密钥分发协议。针对目前半量子密钥分发协议在窃听检测概率方面效率较低的问题,该协议的量子方通过将EPR对中的一个粒子与单光子态相结合,构成混合态作为信息载体。当经典方收到量子态后,随机选择重新规定的CTRL操作（返回EPR对中的粒子和测量单光子）或SIFT操作（返回单光子和测量EPR对中的粒子）。该协议使用窃听检测概率来作为协议效率的度量方式,窃听检测概率越高,协议对窃听者的攻击行为越敏感,越容易检测出窃击者的恶意行为。研究表明,所设计的协议重新规定了混合态下的CTRL和SIFT操作,提高了协议的安全性,在分析安全性时可以更快检测出存在的窃听者。（2）基于超纠缠Bell态的半量子密钥分发协议研究。目前半量子密钥分发协议的研究主要是单一自由度下的量子比特,如果将一个自由度的量子比特替换为两个自由度的量子比特,自然可以提高量子通信的容量。该协议利用超纠缠Bell态的特性提高了通信时信道的容量。基于超纠缠Bell态的协议传输时在不同自由度上同时携带了两比特信息,与Bell态相比提高了一倍的信息容量。研究表明,所提出的协议利用提高量子态维度来提高了量子信道的容量,为协议中量子态载体的选择提供了新的思路。（3）共享确定信息的半量子秘密共享协议研究。针对目前半量子秘密共享协议无法直接共享确定秘密信息的问题。该协议给予秘密掌控方足够权限来决定共享秘密消息的内容和用于窃听检测的粒子数。在协议中,使用诱骗态来检测是否存在窃听者,根据test粒子值来验证秘密信息的有效性。经对比分析表明,作为目前仅有两个可以直接共享确定秘密信息的协议,此协议的量子比特效率约为50%,是另一个协议效率的近两倍。研究表明,该协议实现了直接共享确定的秘密信息,并提高了粒子利用率,更具有实际应用价值。（4）无需事先共享密钥的半量子隐私比较协议研究。针对目前半量子隐私比较协议需要事先在两个经典参与者之间共享密钥来确保通信安全导致效率较低、步骤较复杂的问题。该协议给出不需要在比较者之间事先共享密钥的方案,减少了协议的复杂度。经对比分析,在不需要事先共享密钥的半量子隐私比较协议中,该协议具有最高的量子比特效率为3.125%,将之前的效率提高了 125%。研究表明,所设计的协议无需事先共享通信密钥,简化了隐私比较双方的操作,并提高了信息传输效率。（5）设计了一个基于W态的半量子隐私比较协议。作为首个使用W态来构建半量子隐私比较的协议,W态与GHZ态相比,它对于单个量子态的丢失更具有鲁棒性,也不能通过经典操作从GHZ态重新构造。经对比分析,利用W态特性的协议不仅保证了协议的安全性,同时效率等综合性能更高。研究表明,该协议的通信载体选择了纠缠鲁棒性更强的三粒子态,对于通信时传输稳定性提高具有一定的促进。