在信息时代的今天，随着集成电路技术、计算技术、通信技术和网络技术的高速发展和广泛应用，越来越多的信息在网络上传输，信息的的安全和保护问题显得愈发重要。作为研究信息安全的密码学理论与技术已经成为信息科学与技术中的一个重要研究领域。本文主要研究序列密码的设计和实现方面的有关问题。 本文首先研究了现代密码学理论，介绍了密码系统的数学模型、密码系统的安全性测度、密码体制分类。在研究了作为现代序列密码理论和技术的基础—移位寄存器理论的基础上，提出了非线性组合移位寄存器的密钥流生成器的系统设计方法，详细阐述了设计方法中的关键技术，总结了完整的非线性组合序列密码的设计流程，并研制了针对该类密码的设计开发环境。在此环境中，根据实际应用的需要，设计了一个具体的非线性组合密码，用FPGA加以硬件实现，并将其应用于计算机保密通信。 本文提出了一种明文为字符序列的基于移位寄存器的序列加密新方法。详细介绍了该方法加密和解密的具体实现规则。分析了它的特点，进一步提出了基于编码和基于扰动的优化方法，并给出了相应的硬件实现方案。该加密方法可通过将两种优化方法结合起来或者通过多级迭代的方式以进一步提高其抗破译特性。 本文在研究混炖序列密码方法的基础上，提出了通过对混沌参数的随机变化，可以改善混沌系统在有限精度效应实现时的短周期现象。理论分析和试验模拟表明，本文提出的这种方法具有较长的周期和较高的抗破译强度。此外，文中还给出了这种密码的硬件设计方案。 最后本文在研究一种无理数的生成方法和计算方法的基础上，利用该类无理数在某基底的展开序列中各个位的数字具有良好的随机统计特性的特点，提出了一种以这类无理数的展开数字流作为密钥流的序列密码设计方法，并对生成的密钥流的统计特性进行了分析和测试。