上个世纪80年代,Bennett等人提出了量子密码的概念,并给出了第一个量子密码协议——BB84量子密钥分配协议,由此开创了量子密码的新时代。量子密码是经典密码与量子力学相结合的产物,不同于以数学为基础的经典密码体制,它的安全性基于量子力学的基本原理。2000年,Shor等人证明了BB84协议的无条件安全性。从安全性的角度出发,量子密码给密码学带来了新的思路。量子密码为现代密码学研究提供了新的理论和方法,将对国家信息安全产生重要的影响。为了适应信息科学的快速发展,探索和研究高安全性的量子密码技术,掌握量子密码技术的制高点已经成为近年来世界各国关注的重要研究课题。在提出量子密钥分配的思想之后,人们又提出了量子安全直接通信。量子密钥分配应用在通信领域,通信双方先要经过量子密钥分配共享经典的密钥,然后将秘密消息用一次一密体制加密和解密进行通信。不同于量子密钥分配,量子安全直接通信不需要先经过量子密钥分配共享密钥的这个过程,利用量子力学的基本原理,通信方可以直接进行秘密消息的传递,而窃听者不会得到关于秘密消息的任何信息。量子安全直接通信可以应用在通信方没有共享密钥的情况下。本文主要研究量子安全直接通信的设计方法及其安全性分析。在第1章引言中,主要介绍了量子安全直接通信的研究背景及意义,以及当前的研究现状与发展动态,最后介绍了本文的安排和主要研究结果。在第2章中,主要介绍了研究量子安全直接通信所需的量子力学的基础知识,包括量子力学的基本公理、海森堡测不准原理、量子不可克隆定理和量子纠缠等知识。还介绍了量子密码的基础知识,包括BB84协议和非相干攻击等。在第3章中,本文给出了两种分别基于GHZ态和W态的量子安全直接通信方案。第一种方案以GHZ态为信息载体,利用CNOT门进行编码,不需要传输载有秘密消息的量子比特,通过本地测量和经典通信能够实现两方同时向第三方安全地传递秘密消息。第二种方案利用有序的四粒子W态为信息载体,利用幺正变换对秘密消息进行编码,通过当地Bell基测量和经典通信直接传递秘密消息。这两种方案在理想条件下对于常见的非相干攻击策略是安全的。在第4章中,本文给出了两种带认证的基于部分纠缠态的量子安全直接通信方案。第一种方案以三粒子部分纠缠态为信息载体,量子态只需传输一次,利用量子纠缠转移技术,不需要在信道中传输载有秘密消息的量子比特,通过本地测量和经典通信能够实现两方同时向第三方传递秘密消息。第二种方案利用共享的三粒子部分纠缠态和CNOT门来编码和译码,两方可同时向第三方传递秘密消息,共享的部分纠缠态可重复使用。在理想信道下,这两种方案对于非相干攻击是安全的。