密码学在人类发展过程中一直处于非常重要的地位。从古典密码学中的恺撒密码和反切码等密码方法,到现代密码学中的非对称RSA算法,密码学在日常生活中的应用也越来越广泛,并渗入到经济、军事等各个领域,给国家和人民的生活带来了极高的安全保障。然而,经典密码学基本上都基于数学难题的计算复杂度,无法给出不可破解的安全证明。并且,在量子算法和量子计算机的深入研究下,经典密码学面临着极大的威胁。于是,提出了安全性更高的量子密码学。量子数字签名作为量子密码学的重要组成部分,不仅依靠量子力学提供了无条件安全性,并且依旧能够保证信息的真实性和完整性。本文首先介绍量子数字签名的研究背景意义和国内外发展现状。接着将量子密码学中涉及到的量子力学基本概念和三大定理进行了简要叙述,之后介绍了具有无条件安全性量子密钥分发协议,如BB84协议、B92协议,同时描述Gottesman量子数字签名和仲裁量子签名协议。然后详细介绍了本文提出的两个协议,抵抗集体噪声的实用量子数字签名协议和基于离散相位随机源的双场量子数字签名协议,具体介绍了各协议的步骤和安全性分析,最后分别对协议进行了数值仿真。总结全文工作如下:1.量子数字签名在发送量子态的过程中需要使用量子信道,而量子信道中包含多种噪声,尤其是集体噪声。这些噪声可能会被攻击者利用,掩盖其窃听行为。因此,本文将免消相干子空间应用到签名协议中,提出可以抵御集体相移噪声和集体旋转噪声的量子签名协议。协议利用可以抵抗集体噪声的免消相干子空间生成量子态,作为信息传输载体,可有效提高协议的通信保真度。协议只需要使用与量子密钥分发相同的组件即可实现,实用性较强。随后,对协议性能进行安全性分析和仿真。仿真结果证明协议可抵御窃听攻击,如否认攻击和伪造攻击。2.现有的量子数字签名在无量子中继器情况下,会受到信道密钥容量的限制,所以签名率都比较低。为了解决这一问题,本文提出了一种基于离散随机源的双场量子数字签名协议。此协议应用双场量子密钥分发方法,在测试模式和编码模式下都使用离散相位随机源。相较于之前的双场协议,离散相位随机源的制备更加简单,实用性更强。本文对协议进行了安全性分析和数值仿真。安全性分析证明,协议可以有效抵御否认攻击和伪造攻击。仿真结果表明,与其他量子数字签名相比,此协议的安全传输距离和签名率都有一定提升。