近年来网络泄密事件频发，使信息安全技术的作用日益凸显。在以密码学为核心的信息安全领域中，随机序列生成技术无疑起着至关重要的作用，甚至从某种意义上说，随机序列质量的高低直接决定了整个信息系统的安全性，但是现有的随机数发生器在使用过程中逐渐暴露出运行效率和安全性等方面的诸多问题。混沌系统由确定性方程组成，却能够快速、大量的产生具有优良统计特性且长期不可预测的随机序列，因此将混沌系统应用于随机序列生成领域具有重要的研究价值和应用前景。　　传统的混沌序列生成技术基于模拟电路实现，需要依赖于设计人员的设计经验和先验知识，数字化处理技术虽然能够提高设计的通用性和普适性，但是却存在混沌系统的性能退化现象。针对这些问题，本文采用数字电路设计了一种新型多比特混沌伪随机数发生器，在理论分析的基础上给出了各单元模块的设计方案和仿真实验分折。进一步，本文还对混沌系统在图像加密领域的应用进行了研究，提出了一种基于超混沌的快速图像加密算法，并通过实验对相应算法进行了测试。　　本文的主要研究工作包括以下几个部分:　　1.设计了一种新型多比特混沌伪随机数发生器。系统地研究了数字化混沌系统的性能退化现象，通过引入预迭代机制和系统状态扰动等方法设计了一款具有优良特性的数字混沌源。针对原始混沌序列分布不均匀的缺点，提出一种新的定点数比特量化方法，该方法不仅能够有效的改善输出结果的均衡性，也提高了生成效率。进一步，引入选择模块和密钥融合模块，不仅提高了输出序列的周期，还增强了发生器的密钥敏感性。实验结果表明，该发生器具有更高的运行效率和安全性，其生成的序列能够通过现有的随机性检验标准。　　2.引入现代密码学分析手段对现有的混沌图像加密算法的安全性进行了全面的分析。针对一种基于位置和比特双重置乱的混沌图像加密算法，引入选择明文攻击进行了破解，仿真结果表明，该算法的行置乱矩阵和列比特置乱矩阵不具有明文敏感性。另一方面，针对一种基于像素置乱和像素替换的超混沌图像加密算法，引入选择明文攻击进行了破解，仿真结果表明，该算法用于像素替换的密钥序列不具有明文敏感性。　　3.提出了一种新的基于超混沌的快速图像加密算法。针对现有混沌图像加密算法无法抵御选择明文等密码学攻击手段的缺陷，通过引入类密文分组链模式提出一种基于像素置乱、像素替换和密文扩散的超混沌快速图像加密算法，该算法不仅能够彻底隐藏明文图像的信息，也能够使明文图像的信息均匀的扩散到密文图像。进一步，深入分析了密钥序列生成速度对算法运行效率的影响，提出利用超混沌序列优良的伪随机特性、引入截取操作的方法有效提高了密钥序列的生成速度。实验结果表明，该算法具有更高的运行效率和安全性，能够有效的抵御选择明文等密码学攻击手段。