随着人类计算能力的飞速提高，特别是量子并行算法的提出，基于计算复杂性假设的经典密码体制的安全性受到了严峻挑战。量子密码是密码学与量子力学相结合的产物，其安全性由量子力学基本原理保证，与攻击者的计算能力无关。因此，量子密码具有得天独厚的优势并逐渐成为密码新技术中的一个重要研究分支。研究和实验表明，量子密码很可能发展为下一代密码技术的重要力量。本论文主要研究了量子密码协议的设计与分析，包括密钥分发、身份认证、秘密共享和安全直接通信等内容，取得了若干研究成果。具体如下：在协议设计方面，提出了一种不需要交替测量和旋转的密钥分发协议；一种由Bell态来构造非正交态的新型非正交态密钥分发协议；一种用纠缠态来分发密钥而用非正交态来检测窃听和认证身份的密钥分发和认证协议；两种分别基于局域操作和局域测量的秘密共享协议。这些协议的安全性都经过了详细的分析或证明。在协议分析方面，针对某些量子密码协议提出了有效的攻击方法和可能的改进措施。这些攻击方法可以使考生在量子考试方案中能够抄袭他人的答案；使攻击者能够在不引入任何干扰的情况下得到密钥分发和秘密共享方案中的一半密钥；使秘密共享中的单个代理能够成功恢复出分发者的秘密消息。指出了两个表面上高效的量子密码方案中存在的安全隐患。这些简单而有效的攻击方法将对今后的协议设计工作有重要的指导意义。此外，对Bostrǒm-Felbinger协议给出了一种效率更高的窃听检测方法，这种方法能够使得此协议的安全性更高；讨论了非正交态和正交态两类量子密钥分发方案的本质，得出了这两类表面上对立的方案其实都是基于信息分割这一共同本质的结论。