随着计算机和网络技术的迅速发展，在开放的网络环境下实现信息的安全存储和传输变得日益紧迫。分组密码作为对称密码学的重要分支，在信息安全领域有着极其重要的地位。S盒是很多分组密码的唯一非线性部件，为保证分组密码系统安全性提供了必需的混乱作用，其密码学强度对整个分组密码系统的安全强度有着最为直接的影响，S盒的设计是分组密码设计的重要组成部分。本文利用混沌非线性动力学系统对S盒及分组密码的设计问题开展研究，论文主要的研究成果和工作如下:　　(1)从设计理论、分析方法和工作模式等方面对现代分组密码的基本概念进行了详细的概括，并对混沌分组密码的研究现状进行了总结。着重对混沌理论以及基于混沌方法产生S盒的研究现状进行了归纳总结。系统地分析了分组密码S盒的主要评价准则，为后续S盒的测试和优选奠定了基础。　　(2)分别提出了两种基于复杂混沌系统产生S盒的方法，一种是基于离散时空混沌系统的S盒设计方法，另一种是基于连续多翼混沌系统的S盒设计方法。因混沌系统对初值的敏感性和设计方法中多个变量的易调节性，两种方法都可以方便地快速批量产生一系列的S盒。利用S盒的评价准则对S盒进行性能分析，统计结果表明，批量产生的S盒总体上具有良好的密码学性能。通过基于主要安全性能评价准则对批量产生的S盒进行优选，可选出性能最为优良的S盒。相关分析表明:优选的S盒能很好地抵抗线性密码分析和差分密码分析等典型的密码分析方法，并可作为重要的非线性部件用于新型分组密码系统的设计。　　(3)在所设计的S盒基础之上，提出了一种基于Feistel-SPS结构的分组密码算法CSFS。该算法采用128比特的分组长度和128比特的密钥长度，并进行15轮的Feistel结构的迭代，其密钥扩展算法基于所提混沌型元胞自动机模型。论文对该算法的安全性进行了较为深入的研究，其中最大差分概率平均值和最大线性概率平均值的上界分析证明了算法的理论安全性;随机性测试证明了明文、密文及密钥序列的统计安全性;穷举攻击评估则估算了密码算法对穷尽密钥搜索攻击的抵御能力。相关分析表明本文设计的分组密码CSFS有较高的安全性。论文对该分组密码进行了加解密软件的实现，同时在CBC、OFB和CTR三种工作模式下进行了软件实现，并对各模式下的性能进行了综合测试，测试结果表明该算法达到了较高的速度指标并且无误码扩张和数据扩张。　　论文最后对全文进行了总结，并对未来值得进一步深入研究的问题进行了展望。