在数字信息化飞速发展的现代社会,信息的安全性是社会所关注的热点。混沌系统自出现后,由于其自身的类噪声性和难以预测性,被广泛用于信息的加密。对于用混沌系统加密的保密通信系统来说,解密端通常需要一个和加密端中混沌系统同步的系统。传统的混沌系统同步方法往往需要建立一个相同的混沌系统通过自驱动或者耦合的方式来使两个系统进行同步,这一定程度上限制了解密端同步系统的灵活性,并且在硬件实现上成本太高。因此,本文提出一种基于储备池计算的方法对混沌系统进行长时间的低误差同步,并在这一研究上设计了一种混沌保密通信机制。最后使用常见的信息,如图像、声音作为密文应用于功能验证实验并使用FPGA进行了硬件实现,具体研究如下:1、首次采用储备池算法对无限维、含延时的复杂混沌系统提出了长时间同步方案。以含延时项的Lorenz系统为例。首先,对方程进行时序求解,等间隔的采样数据并划分为训练集和验证集;其次使用训练集对初始化的储备池计算机进行训练得到输出矩阵Wout;最后采用单变量驱动的方式来驱动训练后的储备池计算机对其进行长时间同步。以Mackey＿Glass和Kuramoto-Sivashinsky系统为例,其训练方式类似。在验证阶段,采用间断性真实值修正的方式进行长时间同步。最后研究了储备池大小N和泄露率α对预测精度的影响,结果表明一个参数适配的储备池计算机以低于真实值2-3个数量级的误差同步原系统。2、基于储备池计算对混沌同步的研究,设计了一种混沌保密通信机制。并从基于含延时项的Lorenz系统的图片保密通信系统,基于Mackey＿Glass、Kuramoto-Sivashinsky系统的语音保密通信系统验证了方案的可靠性。首先,对混沌系统进行混沌序列采样并分成加密集和训练集,将训练集发送给接收端的待训练的储备池计算机,将加密集通过任意一种方式对信息加密得到密文并发送到接收端。最后通过储备池同步原系统对其进行解密得到原有信息。另外通过一些性能指标参数对保密方案进行测试,其中图片保密系统中的加密图像的像素分布是均匀的,语音保密系统中的原语音和加密语音的相关性接近于0,并且加密后的语音要比原语音的信息熵要高,当信噪比大约为60d B的噪声环境下其误差也能达到10-2左右。3、在对保密通信方案的设计和软件仿真过后,本文使用FPGA对含延时项的Lorenz系统的图片保密通信方案进行了硬件实现。对各个功能模块进行RTL的设计并综合分析,再将整个系统进行模块间的联调联试得出最佳状态并给出了合理的硬件的内存资源分配和低功耗设计分析。值得一提的是在硬件实现中使用TMDS通信协议对其进行进一步的抗噪声的优化,在信噪比大约高于40db下其误差基本低于10-3。