数字签名作为密码学研究的重要分支,在身份认证和数据完整性’保护等方面扮演着至关重要的角色。然而,量子计算的发展给基于数学难解问题的经典数字签名方案带来了巨大的安全隐患。为了确保数字签名在量子环境下的安全性,一种将量子理论直接应用于数字签名的研究方向被提出,这就是量子签名。在目前的量子签名研究中,仲裁量子签名作为方案设计和分析的基本思想,具有重要的理论价值和实际应用前景。本文正是以仲裁量子签名方案为研究对象,从加密算法分析和具体应用方案分析两个角度,揭示了目前量子签名中存在的设计缺陷和安全性隐患,并提出了安全的设计方案和改进策略。本文的研究内容和主要贡献如下：在仲裁量子签名方案中的加密算法分析方面,首先分析了Choi加密算法的脆弱性,发现该加密算法并不能抵御接收者的伪造攻击；进而,从更为一般的角度,证明了现有的针对量子消息和经典消息的加密算法,同样无法抵御接收者的伪造攻击。上述结果充分表明了以保密通信为目的设计的量子加密算法并不能直接应用于仲裁量子签名来保证方案的安全性。在仲裁量子签名方案中的加密算法设计与改进方面,首先确定了Choi加密算法的适用条件,指出了针对带有旋转签名预处理操作的仲裁量子签名方案,可以通过改进Choi加密算法来抵御接收者的伪造攻击；随后,从密钥多维度控制的角度,设计了一系列可抵御伪造攻击的一般性量子加密算法,包括可控辅助算子加密算法、对应关系加密算法、串行连续加密算法和并行多算子加密算法。在具体应用背景下的仲裁量子签名方案的设计与分析方面,首先分析了两类仲裁量子群签名方案的实用性和安全性,发现Wen等人的Bell态量子群签名方案其本质是一个两方的签名方案,接收者完全可以伪造签名,签名者也完全可以否认签名；而在Xu等人的非纠缠态仲裁量子群签名方案中,签名者可以通过实施截获重发攻击来成功否认签名；进一步,利用基本的纠缠交换技术,设计了一种更为安全实用的仲裁量子群签名方案；最后,分析了一种量子代理弱盲签名方案的实际可行性,指出了该方案中缺少必要的权限控制机制,导致接收者可以任意伪造合法的签名。