物联网的高速发展使得如何利用密码学技术在资源受限设备上进行安全且高效的信息传输成为研究的热点,资源受限设备指的是一类体积小、存储及处理能力弱的硬件。分组密码由于明文良好的扩展性而成为加密的主要方法,S盒对于分组密码的安全性具有关键影响,而目前算法构造的S盒性能并不出色,并且传统分组密码算法由于其计算复杂度高而使得资源受限设备无法承担,如何设计一种安全且计算复杂度低的轻量级分组密码算法具有很大的研究意义和价值。本文主要研究内容如下:（1）针对传统混沌系统不适用于轻量级分组密码算法设计的问题,提出了一种新的复合混沌系统,克服了低维混沌系统结构简单和高维混沌系统迭代计算复杂度高的缺点,兼顾了密码高效和安全的设计原则,设计的复合混沌系统经过实验证明混沌性能良好,可以应用于轻量级分组密码的设计。（2）针对密码算法中S盒性能不佳导致加密安全性低的问题,基于复合混沌系统,提出了一种基于改进遗传算法的S盒构造及优化算法,构造算法引入错位减随机数生成器和Standard映射解决了混沌序列构造S盒时存在的安全性降低问题,优化算法为了解决传统遗传算法优化目标单一的问题,改进了传统的遗传算法的S盒编码方式、选择率、交叉率、变异率和适应函数,实验证明优化后的S盒性能得到了较大提升,可以应用于轻量级分组密码算法的设计。（3）针对于传统分组密码算法中由于复杂度高而不适用于资源受限设备的加密问题,基于复合混沌系统,设计了轻量级的加解密结构、轮函数、扩散层、密钥扩展算法,通过对分组密码算法的混淆与扩散性分析、密钥空间分析、密钥敏感性分析、抗差分攻击分析、抗线性攻击分析、抗代数攻击及密文统计性分析,证明本文提出的分组密码算法具有安全性;通过分析分组密码算法的软硬件实现,计算其消耗的门电路数、运行时内存占比、加密速度,证明本文提出的密码算法具有高效性,适合应用于资源受限的设备的加密,具有良好的实用价值。（4）设计并实现了一款轻量级分组密码系统,并基于单片机搭建了无线传感器仿真平台,将提出的密码算法在该平台进行仿真,结果证明该密码算法能够在资源受限设备上使用,具有很大的应用前景。