随着科学技术的不断发展，数字信息技术已经不断地渗入到人们生活的各个方面。然而，由于数字信息易于复制和传播，给其应用带来了许多的安全问题。这些安全问题已经引起越来越多的关注。密码技术是保护信息安全的最基本手段。由于混沌具有天然的伪随机性和初值敏感性等特点，使得它与密码学之间存在着某种自然的联系，因此在混沌基础上设计各种加密算法并用于保密通信中成为了一个重要的研究热点。为了提高混沌密码系统的保密性以及实用性，需要做的工作主要是以下两个方面：1）深入研究混沌理论，提高混沌系统自身性能；2）将混沌理论与密码学更为深入地结合研究，形成完善的混沌密码学体系。本文以混沌序列的产生、量化方式及在图像加密中的应用为线索，主要做了以下工作：（1）对混沌理论的基础知识进行了研究，包括混沌的定义，运动特性及判断准则。提出了一个新的Chen-Lee混沌系统，并对其进行了基本的动力学分析，主要包括对称性、耗散性、稳定性、Lyapunov指数图和分岔图分析。在上述研究的基础上，结合密码学的基本知识总结了混沌与密码学的关系，为后面的混沌密码研究奠定基础。（2）分析了数字混沌的退化问题。数字系统在混沌系统迭代计算时，由于精度有限带来的截断误差必定会使非周期的混沌序列退化为周期序列。结合两种控制计算精度的方法制作了基于MATLAB的离散混沌系统和连续混沌系统的周期性判断GUI，从而可对常见的离散混沌或连续混沌系统进行简单的周期性判断，为工程应用提供了一定的理论依据。（3）基于Lorenz混沌系统对常见的混沌序列量化方法产生的混沌二值序列进行了FIPS测试，并提出了一种新的混沌序列量化方法，用NIST标准对混沌数字序列的随机性能进行了测试，根据统计结果的15项指标可以判断所构造的混沌系统序列是否满足随机性的要求。测试结果表明，该混沌序列量化方法产生的混沌二值序列性能更好。（4）对当前数字图像加密算法进行分析总结，由于低维混沌加密系统存在参数和变量少，密钥空间小，抗破译能力差，安全性不高的缺点，因此本文提出一种高维混沌系统的图像加密算法，该算法将混沌置乱和象素值替代两种常见的混沌图像加密算法结合，加密结束后用各种评价方法对加密效果进行检验。还提出了一种基于小波域的混沌序列图像加密算法，该算法使用混沌序列对小波系数进行置乱操作以达到图像加密的目的，并进行仿真实验，结果表明该方法具有较好的加密效果和较高的安全性，满足图像加密要求。