量子密钥分发是量子通信的重要分支,是量子力学与密码学结合的产物。量子密钥分发能够在两个远程用户之间共享安全的随机密钥,其安全性由量子力学基本原理保障。由于其可靠的安全性,量子密钥分发作为新一代的加密手段被广泛研究。经过多年发展,量子密钥分发已经完成安全性证明,在自由空间、光纤链路、水下通道甚至星地之间均已完成实验验证,并且已经开始逐步商业化。然而,量子密钥分发系统中,实际器件仍然存在潜在的安全性漏洞,同时集成度、稳定性等仍不尽人意,极大地限制了其应用场景。因此,如何提高实际系统的现实安全性、稳定性及集成度是当前的重要研究方向。在本论文中,针对实际量子密钥分发系统的安全性、稳定性、集成度等性能开展相关研究,并主要完成了以下两个工作:（1）提出了一套简单的具有稳定收发端的量子密钥分发方案。发射端由Sagnac强度调制器与Sagnac偏振调制器通过保偏光纤连接而成,具有无需偏振对齐和无偏振模式色散的特点。此外,发射端具有极强的抗干扰能力,Sagnac强度调制器填补了模式效应攻击的安全漏洞。接收端的偏振分析模块具有紧凑的结构,并且对准并固定了每组测量基矢的相对角度,提高了内在的稳定性。同时,接收端简化了基矢校准与偏振补偿的难度,可以将偏振控制器的数量由两个以上减少至一个。在实验测试中,系统在没有任何主动补偿和校正的情况下,维持了48小时的稳定性和平均量子误码率（QBER）小于1%。该系统也在光纤信道上进行了测试,在75km长的光纤信道上获得了7.32kb/s的密钥率。（2）针对量子密钥分发中随机数的安全性问题,进行源无关量子随机数生成器的安全性进行分析。提出使用时移攻击对源无关量子随机数生成器中的时域探测器效率不匹配进行攻击的方案,进而破坏生成器的随机性,并且只需对该方案稍作变化即可扩展到偏振、波长等其它维度。同时,通过改进装置,给出了解决该攻击办法,使其在探测器存在缺陷的情况下仍能生成安全可靠的随机数。此外,对系统进行优化,选择最优的参数来获得最高的随机数生成率。