随着现代网络技术的极速发展与快速普及,信息数据交流愈发密集频繁且其传播也愈发快速便捷,我们已经步入了“万物皆数据”的大数据时代。其中个人隐私信息是大数据运作的基础,企业掌握越全面的个人隐私信息就可以越有利地帮助企业对用户进行更加精准的定位,从而提供更好的服务。但是在大数据为人们的生活与生产带来便利的同时,我们的个人信息无可避免地会在当前网络环境下泄露,给我们的生活带来困扰,甚至会严重地危害我们的个人利益,尤其是在一些对信息数据极度敏感的领域与行业会造成巨大的损失。因此,如何确保信息的安全是现今亟需解决的现实问题,特别是涉及到可以形象生动地表现出信息内容的图像信息,其安全性的研究已经成为了众多专家重点关注的热点领域。目前最常见且最有效的保证图像信息安全性的方法是利用图像加密算法对原始图片信息加密,使其变成模糊不清、不可辨认的图像,之后采用保密通信技术对加密信息进行安全传输,或者通过安全云分享技术对加密信息进行云端的安全传输。如今,人们主流研究和使用的图像加密算法与保密通信技术都是基于传统的混沌系统,其容易在实际电路中实现,但它也受制于电子线路系统的电子瓶颈。而伴随着半导体激光器（Semiconductor Laser,SCL）非线性动力学特性研究的深入,人们发现由半导体激光器产生的激光混沌可以突破传统混沌的电子瓶颈,具有诸多优势,如高的带宽、复杂度和传播速率。这些优势使得光混沌在图像加密与保密通讯领域拥有广大的研究与应用前景。本文的主要研究内容具体如下:（1）本文基于两组相互异步的垂直腔表面发射激光器（Vertical-cavity Surface Emitting Lasers,VCSEL）,提出了一种提高光混沌通信安全性的双掩盖（Double Masking,DM）方案,分析了激光器的同步特性和延时信号的抑制特性。本论文利用自相关函数和排列熵提取了时延因子。同时,本文在高质量信号同步的基础上,研究了长距离DM方案的通信性能,特别是研究了不同情况下光纤延迟对通信性能的影响。结果表明,该方案在一定水平上可以抑制延时因子。在引进色散补偿光纤（Dispersion Compensating Fiber,DCF）后,本文实现的DM系统可以在138 km的光纤中同时双向传输4个10 Gbit/s的信息。当误码率小于等于10^-9,品质因子大于等于6时,DM方案的时移（?t）临界值小于单掩盖（Single Masking,SM）系统,这验证了双掩盖系统在增强光通信安全性方面的有效性。（2）本文同时结合了光混沌和嵌入式硬件在图像加密与安全分享方面的优势,利用ARM嵌入式平台Exynos4412模型和受控于正光电反馈（Positive Optoelec-tronic Feedback,POEF）的VCSEL,实验实现一种新型彩色图像加密和云共享系统,并检测评估了其加密与传输性能。本文首先研究了VCSEL的动力学特性,得到了混沌输出。在实验中采用模数转换（Analog to Digital Conversion,ADC）模块对经过光电探测器转换后的光学混沌数据进行采集,利用改进的万有引力模型和双正弦映射加密图像,加密后的图像被云服务技术安全共享。用户可以下载加密后的图像,并通过我们的硬件设备进行解密,效果良好。实验结果证实了该系统能抗衡常见攻击。与数值模拟仿真相比,我们的彩色图像加密和云共享系统的硬件非常难以实现,但我们在现实环境中成功地实现并测试了它。通过对实验结果和仿真结果的比较,我们得到了一致且优良的加密结果。因此,在相似加密效果的情况下,我们的硬件平台可以更加安全地为用户的隐私提供保护。