随着通信技术、计算机技术以及网络技术的高速发展,网络通信已经成为信息传播的主要工具,通过网络人们可以方便地交流各种各样的信息,其中不仅包括各种文本信息,还包括图像、音频、视频等多媒体信息,这使得数据信息的安全变得尤为重要。如何保证信息的安全,这对加密系统不论从加密算法还是系统本身性能都提出了更高的要求,并使得研究如何保证数字信息的安全性成为热门课题。自从20世纪60年代E.N.Lorenz发现第一个混沌吸引子以来,混沌理论迅速发展起来并在许多领域中得到了较为广泛的关注。混沌对初始条件和系统参数的极端敏感性、白噪声的统计特性和不可预测性等良好特性使其具有天生的密码学特性,所以近些年来基于混沌的加密系统设计迅速发展起来；而FPGA作为新兴的高密度可编程逻辑器件,具有集成度高、单元灵活以及可重复编程等特点,所以适合设计数据加密系统。基于以上几点,本文提出基于FPGA的混沌加密系统的研究,在研究超混沌系统和新的图像加密算法的基础上,以FPGA作为硬件平台物理实现混沌加密系统。本文首先介绍了混沌学和密码学的基本概念以及在国内外的发展状况,并对几种典型的混沌系统加以介绍。提出了一个新的超混沌细胞神经网络模型,并通过理论分析和仿真对该系统的基本动力学特性进行了深入研究,分析结果表明该系统具有较为复杂的动力学行为特性。在此基础上进行了硬件设计,物理实现了基于FPGA的混沌细胞神经网络系统,得到了混沌吸引子,为混沌加密系统提供伪随机序列发生器。另外,根据超混沌系统具有更为复杂的相空间和动力学行为,本文提出了一种新的AES超混沌图像加密算法。该算法利用混沌序列构成AES算法中S盒,以提高S盒的复杂性,同时,采用加入外部密钥的混沌序列分别对图像像素点进行位置置乱,以提高加密算法的安全性。再者,本文根据加密系统的设计要求,提出了以FPGA为硬件平台的设计实现方案。以FPGA作为硬件平台,不仅可以较大提高加密系统的安全性,并且可以提升系统的实时性能；而且FPGA可重复进行硬件编程,设计开发周期短,设计制造成本低,开发工具先进,所以可以根据需要对其局部资源进行功能扩展和更新,增加了系统开发设计的灵活性并且可以达到降低开发成本的目的。本文根据FPGA特有的结构和模块设计方法,采用VHDL硬件描述语言完成系统的底层模块代码编写,并使用原理图法组合底层模块,设计顶层文件,通过了仿真与测试,验证系统的正确性和功能性；再通过编译、管脚约束和布局布线等,完成系统工程文件的编写,下载至FPGA目标芯片中以硬件实现混沌加密系统。在此基础上,使用Matlab GUI编写人机界面,实现了PC机与FPGA混沌加密系统的协调工作。