混沌密码学作为一门混沌理论与密码学交叉融合的学科,经过国内外学者们近30年的研究和探索,已经在图像加密、Hash函数、数字水印等信息安全领域取得了一定的成果。但相比于传统密码学,混沌密码学目前还处于发展初期,离成熟的实际应用还有很长一段距离,相关的理论研究尚不成熟,也鲜有普遍接受的行业标准或国际标准。如何设计一个安全高效的混沌密码系统并将其具体应用依然是当今热点研究课题之一。为此,本论文进一步研究高维混沌流密码的设计、分析及应用,具体工作如下:1.提出了一种基于混沌的两级视频加密算法,并在ARM平台上实现。首先,构造一个在整数范围[1,N-1]内满足1-1满射的8维离散时间混沌映射,将其用于对每帧视频的像素位置进行置乱加密;然后,设计一个用于对RGB三基色像素值加解密的8维离散时间超混沌系统;最后,在ARM嵌入式平台上实现包括发送端、接收端和实际信道传输在内的整套视频保密通信系统,并给出相关实验结果和安全性能分析结果。2.提出了一种多用户视频混沌保密通信方案并在智能手机实现。在发送端,通过嵌入混沌加密算法到MJPG-steamer源码中实现加密和压缩编码的同时进行。然后,将加密和压缩编码后的视频数据通过无线远距离传输到智能手机客户端。最后,在运行Android操作系统的智能手机客户端,实现视频数据的解压缩和解密。实验表明,这可作为混沌保密通信未来在智能手机或其他移动设备上实际应用的一个很好范例。3.研究了一种基于明文信息块控制的单向混沌Hash函数构造方法。该方法由以下三个步骤组成:(1)针对八维离散时间超混沌系统,分别设计一个常参数标称矩阵和一个变参数标称矩阵;(2)将输入的明文信息块进行转换,作为混沌系统标称矩阵元素之间切换的切换矩阵;(3)用混沌系统的迭代输出值计算出Hash值。数值仿真结果证明该方法的可行性和有效性。4.分析了一种混沌自同步流密码算法的安全性能。根据选择密文攻击,在不变常数密文的驱动下,该混沌系统的解密混沌迭代方程退化为线性迭代方程,并很快进入稳定状态。为此,提出一种基于选择密文攻击的单密钥破译算法,首先利用多帧选择密文获取对应的多组明密文对,然后利用其中一组明密文对获取单个密钥可能取值的集合,最后在该集合中找出能同时满足多组明密文对的唯一元素,该元素即为密钥的估计值。实验结果表明,在只有一个密钥未知而其它密钥均已知的条件下,提出的破译算法能将大部分密钥分别准确地破译出来,证明明了提出破译算法的有效性。5.提出了一种针对采用混沌变量的低8位加密并且将密文反馈到混沌系统中的八维自同步混沌流密码的分析方法。首先,根据已知明文攻击和分别征服攻击,通过适当设置64种不同的初始条件,能将参数a1i,a2i,a3i(i = 1,2…,8)破译出来;然后,结合选择密文攻击和分别征服攻击,选取密文全部等于“0”,使得原混沌方程退化为线性方程,通过设置适当的初始条件,只需4次迭代运算,便可破译出参数a4i,a5i,a6i,a7i,a8i(i = 4,5,6,7,8)。最后,在原有混沌密码算法的基础上,有针对性地提出了改进型方案,并对其安全性能进行了简要的分析。