量子签名是借鉴经典数字签名的设计思想,利用量子力学的基本特性来实现对量子信息完整性,认证性及不可否认性保护的密码学原语。而仲裁量子签名(AQS)是其中重要的研究分支,对现有仲裁量子签名协议的安全性分析,对于评价协议的安全性,发掘其安全性漏洞,以及改进安全性有重要意义。本文对最近六年内的一些尚未被分析的仲裁量子签名协议进行安全性分析,发现了其存在的安全性问题,并提出一些改进方案以增强协议的安全性,具体地,主要完成了如下四项工作:(1)分析了一类基于QOTP算法改进的AQS协议,从酉算子对易的角度,给出了攻击者成功伪造签名所使用酉算子的一般解的求解方法;(2)针对基于D-QOTP算法的AQS协议,在自适应选择消息攻击下,给出了选择性伪造的攻击方法,并给出了签名者成功否认签名的概率;(3)针对基于链式CNOT算法的AQS协议,发现了该协议中二进制串到置换群上的映射和链式CNOT算法的特殊性质,利用该特性,接收者有1/2的概率可以伪造签名,签名者也有1/4的概率否认签名;然后给出了三种改进方式:常量填充法,多重链式CNOT算法和循环链式CNOT算法;(4)首次构造了旋转算子和置换算子,并利用该算子设计了面向多量子比特消息签名的AQS协议,并在目前所有已知的攻击下对该协议做安全性分析,结果表明,该协议能够抵抗目前所有已知的伪造攻击和签名者的否认攻击。