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安全性。作为量子信息领域中最值得关注的一个研究热点,量子密码经过二十多年的研究和发展,不但在理论上形成了自身的框架体系,而且在技术上也取得了飞速的发展。本论文主要研究量子秘密共享、量子安全直接通信、量子投票等协议的设计和分析,以及量子密码的计算机模拟,并取得了若干研究成果,主要体现在以下几个方面:在量子秘密共享协议设计方面,提出了三种量子秘密共享方案。第一种是基于纠缠交换的(n-1,n)门限量子秘密共享。它利用局域幺正操作和纠缠交换,将子秘密分发给每个参与者。通信双方通过随机非对称地使用消息模式和控制模式来保证量子信道的安全。由于方案中除去用于窃听检测的部分粒子,其余所有粒子都用于消息传输并且可以重复使用,所以本方案的效率较高。第二种是基于Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态的(n-m)方量子秘密共享。它是利用量子Fourier变换和纠缠交换的特性,实现了两组人(组B和组C)共享一个秘密信息。在协议中,一个可信的第三方与组B的成员(Bob_i)共享一个GHZ态,并分别对手中粒子进行Fourier变换。同时,Bob_i和Charlie_i共享一个Bell态。然后Bob_i对手中的两个粒子进行Bell测量获得他的子秘密。另一方面,Charlie_i对手中粒子进行计算基测量获得他的秘密消息。根据量子Fourier变换的特点,对粒子的测量将产生随机数对Bob_i的秘密进行加密。因此,Charlie_i并不能得到关于Bob_i秘密的任何信息。同时,Bob_i也无法在不被检测的情况下获得Charlie_i的子秘密。因此,该协议是安全的。第三种是一个可扩展的量子秘密共享,它利用超密编码技术取得较高的效率。虽然该协议的窃听检测属于集体窃听检测类型,但通过详细的论证表明它对参与者攻击是安全的。另外,该方案只需要使用到EPR对,在目前的实验水平下制备EPR对是可行的。同时除分发者外其它参与者只需进行单量子门操作,这就使得该协议(特别是在有多个参与者的情况下)具有很强的实用性。在量子秘密共享协议分析方面,对协议中参与者欺骗的攻击策略进行研究。在多方量子秘密共享协议中,存在一个或多个不诚实的参与者。这些参与者可利用纠缠交换、隐性传态等技术来窃取秘密消息,并且在窃听检测过程中借助合法参与者的身份进行欺骗,依此来掩盖他们的攻击行为。基于该攻击策略的思想,对两个协议的安全性进行分析。在基于纠缠交换的多方量子秘密共享方案中,任意两个不诚实的参与者联合攻击该协议,可使得他们之间代理人的子秘密在重构过程中是不必要的。这也就是说,剩余参与者(非授权代理人集合)可以在不需要这些人的帮助下恢复共享的秘密。在基于改进的Bostrom-Felbinger协议的三方量子秘密共享方案中,两个参与者中的一个可以利用纠缠交换技术非法地获得一半的秘密信息。最后,对于这两个协议,分别提出相应的改进方案使其能抵抗该类攻击。在量子安全直接通信协议设计方面,提出了一个高效的基于χ类四粒子纠缠态的量子安全直接通信协议。本协议的提出表明χ类纠缠态可以被用于安全直接通信或量子密钥分发,其中携带秘密消息的粒子的传输将分成两步。同时,利用超密编码技术,使得本协议获得较高的效率。另外,我们也对协议的安全性进行了详细的讨论。除了证明该协议在理想条件下是安全的,本文还结合经典All-or-Nothing函数提出了一个方法来确保协议在噪声信道中的安全性。该方法只需利用一些经典的操作。因此,与量子保密放大相比,本文所提出的方法更为实用。在量子安全直接通信协议分析方面,对单粒子量子安全直接通信协议在丢失信道下的安全性进行分析。研究结果表明窃听者可利用联合PNS攻击策略来获取部分秘密信息而不被发现。该攻击是结合PNS攻击和确定性量子态集合区分而提出的。这就意味着这类协议在实际情况下是不安全的。为了说明这个问题,我们选择一个典型协议为例进行讨论。然后,推广得到一个一般性的结论,即所有的单粒子量子安全直接通信协议对联合PNS攻击是不安全的。最后,提出一个可行的改进方案,使其可抵抗联合PNS攻击。在量子投票方面,对已有的量子投票协议进行研究,并结合经典保密选举和量子纠缠交换的特点提出了一个量子投票方案。在该方案中,投票者利用局域幺正操作进行投票,并可根据测量结果计算出投票的票数。投票者先对粒子执行Hadamard变换然后再进行投票操作和测量,这样就会产生一个随机数对他的投票信息进行加密。因此,其它投票者就无法根据测量结果获得与他投票有关的任何信息。同时本文还对该方案的正确性和秘密性进行分析,表明该方案符合量子投票协议的四个要求。另外,该方案具有一定的实用性,它的实现只涉及到Bell态的制备、GHZ态的测量以及单量子比特的操作和测量,这使得该方案在目前的实验水平下是比较容易实现的。在量子模拟方面,总结了量子密码模拟技术理论知识,并在此基础上为著名的BB84协议设计了专用模拟器,进而对量子密钥分发的整个过程进行仿真。同时,为了模拟其它的量子计算,还设计了量子线路模拟软件,该软件可用于模拟5个量子比特的幺正运算,实现一些常见的量子计算。