随着互联网和大数据时代的到来,数据的安全存储和传输越来越受到人们的关注。经典密码学在保护数据的隐私性和完整性等方面,起到了至关重要的作用。然而,量子算法的出现,对经典密码体制带来了巨大冲击,一旦量子计算机问世,被广泛使用的基于大整数分解难题的RSA密码体制和基于有限域上离散对数难题的ElGamal密码体制,将被快速摧毁。量子密码学是量子技术与经典密码学的有机融合,理论上可以实现无条件安全,用量子密码学保护信息的存储和传输,是信息安全保护的最佳选择。本文紧跟量子密码学的研究前沿,对量子纠缠态在量子密码协议设计方面的应用进行了探索,提出了具有良好性质的四个多方量子密钥协商协议、两个门限量子态共享协议和一个多方量子秘密比较协议,具体内容包括:1.通过推广量子搜索算法—Grover算法的一个重要性质,并利用该性质,以两粒子量子纠缠态为量子信道,提出一个基于量子搜索算法的多方量子密钥协商协议。该协议是量子搜索算法在量子密钥协商协议构造中的首次应用,理论分析表明,该协议在效率上优于已知的同类型协议,不仅能够抵抗外部攻击,同时可以抵抗最具有威胁性的内部参与者的共谋攻击。2.利用附加经典比特序列隐藏参与者私钥的方法,以两粒子Bell纠缠对为量子信道,提出两个具有附加比特的多方量子密钥协商协议。前一个协议中,一个可信方被引入,由他向每个参与者随机分配一个随机序列以掩盖参与者的密钥,并在密钥提取阶段通过公布这些随机比特序列的异或值,帮助各参与者提取共享密钥。后一个协议中,每个参与者直接选择附加经典比特序列以掩盖自己的密钥,最后通过公布这些附加经典比特序列来提取共享密钥。安全性分析指出,这两个协议均可以抵抗外部攻击和内部参与者的共谋攻击。3.利用Pauli变换和Hadamard变换的混合编码技术,以两粒子Bell纠缠对及其对偶为量子信道,提出一个基于不正交量子纠缠对的多方量子密钥协商协议。在提出Pauli变换和Hadamard变换的混合编码技术的基础上,给出了西变换与不正交量子对(包括Bell态及其对偶)之间的一个重要性质,并利用上述性质,提出一个traveling结构多方量子密钥协商协议。安全性分析和效率分析表明,该方案优于所有已知的方案。4.通过引入一个具有特殊性质的单粒子西变换,结合线性方程的解特征,提出一个门限量子态共享协议和一个可验证的门限量子态共享协议。前一个协议是线性方程应用于量子态共享协议构造的第一个案例,相比于已知的门限量子态共享协议,它在效率、可行性等方面均具有一定的提高。此外,针对上述协议无法检验不诚信参与者的失信行为,对上述协议进行改进,在不影响原协议执行过程的基础上,利用Bell纠缠态的一个特殊性质,设计了一种不诚信检测量子对的方法,提出一个可验证的门限量子态共享协议。5.利用高能级d-level多粒子GHZ量子态的纠缠特性,提出一个多方量子秘密比较协议,可以有效地判断出多个秘密值的大小关系。该协议可以弥补当前多数的多方量子秘密比较协议仅限于判断秘密的相等性、很少能够用于判断秘密的大小关系方面的不足。理论分析表明,该协议不仅能够保证安全性,同时,在效率上比已知的协议也有较大提升。