量子安全通信是当前安全通信领域的一个研究热点,具有窃听的可检测性以及理论上的无条件安全性,这使得它具有经典安全通信所不具备的优势。而量子秘密共享(QSS)是量子安全通信的研究内容之一,为安全通信中多方的密钥管理提供了新的思路和方法。本文对基于单粒子的量子秘密共享协议的设计与安全性分析进行了研究,具体工作内容如下。(1)在量子秘密共享协议的设计方面,提出了一种基于d维单粒子的QSS协议,并对其量子比特容量进行了分析,分析结果表明,该协议对量子资源的使用效率比近年其他d维单粒子QSS协议更高。然后通过分析表明该QSS协议对于常见的攻击方法是安全的,最后将协议拓展到了多方到多方通信的情况。(2)在量子秘密共享协议的安全性分析方面,在已有的研究基础上,更全面和深入地研究了二能级酉操作的选择与QSS协议安全性之间的关系。基于5种常见酉操作,分别对一步酉操作和两步酉操作组合展开了定量计算和分析。在一步酉操作分析中,给出了一个简化的最小失败概率公式,并由计算结果可知,随着酉操作种类的增多,QSS协议的安全性不一定会提高。在两步酉操作分析中,对所有712种酉操作组合进行了计算,给出了概率分布图,由此可在QSS协议设计时,根据安全需求选择合适的酉操作组合。(3)探讨了三能级酉操作选择与QSS协议安全性之间的关系。根据二能级酉操作的安全性分析工作,选出了4种安全性较好的三能级酉操作,并同样对一步酉操作和两步酉操作组合分别展开了定量计算和分析。在一步酉操作分析中,计算了7种酉操作组合的安全性,并在该情况下,对最小失败概率公式进行了进一步的简化。在两步酉操作分析中,计算了87种酉操作组合的安全性,并给出了概率分布图,得到与二能级酉操作类似的结论,即随着三能级酉操作种类的增多,QSS协议的安全性不一定会提高。由以上计算可得,三能级一步酉操作和两步酉操作的安全性最大值都为0.577,而二能级的最大值为0.707,这表明三能级酉操作的安全性并不比二能级的安全性更高。本论文研究了多维高容量QSS协议的设计,并对二能级和三能级酉操作的选择与QSS协议安全性的关系进行了定量计算和深入分析,所得到的结论对如何选择酉操作以保证通信安全具有重要的指导作用。