在数字化世界的今天,信息安全变得越来越重要。因为信息安全的核心技术是密码学,因此研究适合于各种信息加密的高效安全算法具有重要的实际意义。混沌现象是确定性非线性系统中出现的一种类似随机的现象。混沌系统产生的混沌序列具有复杂性、随机性、难以分析和预测性,这些特性和密码学具有紧密的联系。在传统密码学的安全性受威胁的情况下,近来基于混沌理论的加密技术成为密码学新的研究方向并被广泛研究。本文首先从混沌动力学角度系统地描述混沌的基本概念和定义,讨论混沌系统的测度,介绍几种典型的混沌系统,研究混沌理论和密码学的关系。并详细分析序列密码和混沌序列密码的基本原理、方法和特点。重点研究混沌序列密码系统设计,并针对典型Logistic模型进行密码系统的设计和仿真。针对低维混沌系统的易实现但保密性不强和有限精度下数字化混沌系统的特性可能会发生退化等问题,我们提出一种新的基于多混沌系统的伪随机数产生器。因为伪随机数发生器的每一位是由三个不同的混沌轨道产生的,所以对攻击者来说,提取混沌系统信息是非常难的。详细的理论分析表明:该伪随机数发生器具有理想的密码学特性,可以用来构造安全性高的流密码。接着我们设计一种基于该伪随机数产生器的流密码。实验结果证明,该流密码具有安全性高、代价低和实现特性好的特点。传统的加密技术大都是针对文本信息设计的,它们在多媒体数据加密的应用中存在着使用不方便、加密效率低等问题。有必要研究适合于多媒体信息的加密技术,因此,本文对图像加密技术进行了研究。我们利用现代密码学中常用的SP结构来设计了一种基于变参数双混沌系统的分组密码算法。这种算法的最大特点是算法的两个子模块都是采用混沌系统来设计的。理论分析和仿真结果表明该方案具有高安全性、可操作性和高效性,可以广泛应用到图像加密中去。