随着网络技术的发展和信息交换的日益频繁,信息安全技术变得越来越重要,而基于混沌系统的新型密码也受到了越来越多的关注。作为新的密码技术,已引起国内外学者浓厚的兴趣和广泛研究。混沌作为一种特有非线性现象,拥有复杂的动力学行为特性,如:良好的伪随机特性、轨道的不可预测性和对初始状态参数的极端敏感性等,这些特性与密码学的许多要求是相吻合的。现已有大量的研究结果发表,混沌分组密码的研究是近年来研究最多的领域之一,同时,也有一些研究对混沌分组密码算法进行了全面的安全性分析,从而使这些密码算法具有较高的实用价值和安全性。本文主要对无退化混沌分组密码的设计与分析进行了相关研究,主要涉及以下内容:无退化混沌系统算法的设计;基于无退化混沌系统的S盒设计;基于无退化混沌系统的分组密码算法的设计。本文的主要研究内容及创新之处有:(1)研究混沌系统的理论知识和几种典型的混沌系统,然后针对离散时间混沌动力学系统,提出一种配置Lyapunov指数为正的算法。本文方法基于反控制原理,针对控制系统本身的特征值与特征向量,对Lyapunov指数进行精确的配置。在理论上,对系统轨迹的有界性和Lyapunov指数的限定性进行了证明,对线性反馈算子以及微扰反馈算子进行了数值仿真分析,并通过与其他算法进行性能对比分析,分析表明该算法可以实现无退化、无兼并的离散混沌系统。(2)借助于无退化混沌系统的优良特性,构造一种新的动态S盒的方法。首先基于无退化Logistic系统的不变概率密度以及自相关和互相关性,进行等概率量化,然后通过系统的初始值、迭代次数与量化区间的关系生成初始S盒,再与标准S盒进行混淆,产生一系列的动态S盒,最后对S盒进行相关性能测试对比,如双射性、非线性度、严格雪崩效应、差分均匀性等。测试对比结果表明,相对于其他算法,利用提出的算法生成的S盒具有较强的抵御能力,为信息安全提供保障。(3)根据无退化混沌系统以及S盒设计出一种混沌分组密码算法。基于AES算法结构,首先利用种子密钥生成动态S盒,通过运算的轮数选择S盒,然后利用单向性提出新的密钥扩展算法,最后通过变形轮函数对算法的结构进行简化,提高处理信息的时间速率。对该算法进行相关的性能分析,如密钥分析、差分分析、Square分析、密钥以及密文的随机性测试等,最后与经典AES算法进行加解密速度以及密钥攻击强度的对比,实验分析对比表明,密码系统不仅提高了算法安全性与健壮性,而且还缩短了数据加解密时间,具有一定的实用价值。