密码算法是保证信息安全传输的有效手段,但现行的密码算法通常是计算安全的,正面临着量子计算等新兴技术的严重威胁。而目前唯一被证明是无条件安全的一次一密（One Time Pad,OTP）密码算法却面临着密钥分发的难题。直到量子密钥分发（Quantum Key Distribution,QKD）利用量子力学原理成功解决了上述密钥分发难题,OTP算法才在实际应用中有了用武之地。QKD可分为离散变量QKD（Discrete-Variable QKD,DV-QKD）和连续变量QKD（ContinuousVariable QKD,CV-QKD）两大类。由于DV-QKD在理论与实验方面发展更为成熟、可支持更远距离的安全密钥分发且在实际中应用更为广泛,本文将DV-QKD作为主要研究对象。信息协商作为DV-QKD系统后处理的核心环节,其性能直接影响着实际DV-QKD系统的安全密钥率和最大传输距离。目前典型的DV-QKD系统可分为高安全密钥率和远距离两类,两者分别对信息协商的处理速率和协商效率提出了更高的要求,而现有协商协议的性能指标离上述要求仍存在一定差距。鉴于此,本文基于Cascade和LDPC信息协商协议开展高处理速率和高协商效率两方面的研究,以满足上述两类DV-QKD系统对信息协商协议的性能需求,这对于进一步推动DV-QKD系统发展具有一定的理论意义和应用价值。本文主要研究内容和创新性成果如下:（1）以净安全密钥率最大化为优化目标,通过逐一分析广义信息协商各模块的数据处理流程及其对净安全密钥率的影响,建立非理想条件下广义信息协商的通用模型,并对模型中的两个重要参数分别进行研究。针对协商泄露信息量的估计,通过综合考量不同种类光子脉冲对信息协商的影响发现了以往估计方法的不足,并通过理论分析推导出突破现有理论极限、更为紧致的协商泄露信息量下限;而针对量子信道误码率（Quantum Bit Error Rate,QBER）的估计,通过提出一个基于校验位比对的估计协议,能够以更低的泄露信息量获取更高精度的误码率估计,为后续协商研究奠定了基础。（2）针对高速LDPC信息协商面临的处理速率与协商效率间的矛盾问题,提出了基于量化译码算法的高速LDPC信息协商协议,通过在译码算法量化设计中寻求译码复杂度和性能间的优化平衡,并在协议中加入额外交互以提高协商效率,最终实现了处理速率和协商效率的综合提升。实验结果表明,本协议在不额外增加计算资源且仍保持低交互次数的前提下,在协商效率达到1.1的同时将处理速率提升至122Mbps,可更好地满足高安全密钥率光纤独占QKD系统等对信息协商的性能需求。（3）针对高速Cascade信息协商面临的计算、存储及通信资源间的矛盾问题,提出了基于多约束优化的高速Cascade信息协商协议,通过在协议设计时充分考虑多约束条件下处理速率和协商效率的综合优化,最终以较小的协商效率代价获得了处理速率巨大提升。实验结果表明,该协议基于实际光纤通信环境在最高处理速率达到570Mbps的同时协商效率仍可达到1.038,相比于已发表文献中Cascade信息协商协议的最快软件实现方案,取得了至少4倍的处理速率提升。（4）针对LDPC信息协商面临的协商效率提升的难题,首次提出了基于校验位级联的高效LDPC信息协商协议,通过将某些数据帧的校验位当作另一些数据帧的调节位成功利用了以往被忽视的校验位信息,最终从理论上实现了协商效率的提高。此外,该协议并未增添复杂的操作,且兼容于以往的LDPC信息协商协议。仿真结果表明该协议相比以往协议可有效提高协商效率并降低交互次数,尤其对DV-QKD系统更为关注的低QBER区间,该协议的性能提升更为明显。