近年来，量子密钥分配协议一直是国内外科学研究的一个热点。量子计算机对经典密码体制带来了严重威胁，而量子密码可以为远程双方提供无条件安全的密钥分配。但在实际实现中，特别是在网络环境中的应用实现还存在较大问题。论文针对量子密钥分发协议及其相应理论进行了研究，提出了相应的量子密钥分发改进协议，并研究了网络环境下进行量子密钥分发的具体设计与实现过程。所做工作具体如下：(1)针对量子密钥分发协议基本流程的关键阶段进行了研究，深入分析了量子密钥分发协议实现过程中存在的信号衰减、效率低、信号转发节点的信任等问题，设计了基于纠缠交换的环形量子密钥分发模型，通过使用Sagnac环和纠缠态解决了信号衰减和转发节点信任问题，为可信任量子密钥分发协议的设计提供了理论基础。(2)针对基于纠缠交换的环形量子密钥分发协议模型的安全性和实现效率进行了分析，以纠缠态理论为依据验证了协议的安全性，并通过演算推导说明了改进协议与BB84等相关协议在效率上的一致性。基于纠缠交换的环形量子密钥分发协议模型，构建了模型验证系统，介绍了系统模块的实现原理，分析了系统性能的主要情况，概括了验证系统的优缺点，并对系统的进一步发展进行了展望。(3)基于量子信息论的基本原理，分析了量子密钥分配协议的安全性。为了更进一步提高密钥生成率，构造了可提高安全密钥率和信道容错率的物理模型，证明了通过随机增加量子噪声可以使得最终密钥率得到有效地提高，同时可以使得最大容错率从11%提高至12.4%。