计算机技术和互联网技术的发展改变了人们的生活方式,它们在为大家带来便利的同时也带来了一些安全隐患。由于数字信息在存储与传输过程中容易受到不法分子的窃取、攻击,如何有效保护信息的安全成了人们关心的问题。密码学是保护信息安全的有效手段,流密码作为其中的一个重要分支,具有理论成熟,应用范围广和加解密方法简单等优势。流密码研究的关键问题之一是密钥流生成器的设计。因混沌系统天然具有动力学复杂,长期行为难预测,对初值和参数极度敏感等特性,能产生具有优良类随机性的混沌序列。故本文将利用混沌系统和拉丁方变换构造新的多比特流密码算法。随后利用仿真实验对比分析新算法的加密效果和安全性,并将新算法应用于手机加密软件的设计之中。本文研究的创新点主要包括:1)证明了一种三维时变符号动力系统的Devaney混沌性,并结合移位寄存器提出了一种密钥流序列生成器。通过单比特、游程、扑克和NIST统计测试方法对其生成的二值序列进行检测。仿真结果表明新的密钥流生成器产生的序列具有良好的随机性能,因而将其用于构造流密码算法是合适的。2)利用8阶拉丁方设计了3比特基本系统,并给出了这种基本系统的代数表达式。通过结合新的密钥流生成器和多比特基本系统,得到了与现有常见流密码不同的多比特流密码算法。新算法在加解密时对明文数据按逐3比特进行读取,在密钥流的控制下,根据基本系统的变换规则处理明文。3)实现了新的多比特流密码算法对数字图像的加解密,从直方图、相邻像素相关性、信息熵、密钥空间、密钥敏感性方面对算法的安全性进行分析,结果表明新算法对图像加密安全性较高。并且与Logistic混沌图像加密算法进行实验对比,表明了本文提出的算法密钥空间更大,抗统计攻击能力更强,安全性更高。进一步,为了验证多比特流密码算法的实用性,本文利用该算法设计出了一款操作方便、安全性高的手机加密软件。