计算机技术、互联网技术和信息技术的迅速发展改变了我们的生活和工作方式,为我们提供了便利的同时也带来了问题。信息安全受到了严峻的挑战,也受到了越来越多的关注。信息安全依赖于密码学的发展,这无疑给现代密码学提出了更高的要求。混沌是一种大自然中广泛存在的现象,混沌的初值敏感性、类随机行为、长周期的不稳定轨道等特性,与密码学的要求非常符合,所以混沌密码学成为了密码学领域的新兴分支学科。混沌密码学自上世纪九十年代初开始兴起,到如今已经发展了二十余年,我们逐渐发现了混沌密码在用于加密时的很多优势,但也存在着一些难以克服的问题。本文的研究目的是设计能够克服有限精度效应的混沌序列密码方案,以及相应的混沌量化方法,并能够在图像加密中取得良好的效果。本文的主要工作和创新点有以下几个方面:(1)本文详细介绍了混沌学的发展历程和混沌学的基本概念,对混沌动力学特性进行了分析,同时对密码学的知识体系进行了介绍。在此基础之上,又分析了数字混沌系统有限精度效应引起动力学特性退化问题,以及解决有限精度效应的常用补救措施。(2)本文针对数字混沌系统的有限精度效应引起的动力学特性退化问题,作了深入的研究和分析。在广义Lorenz系统的基础之上,选用四阶龙格-库塔法求解,提出了基于广义Lorenz系统、级联广义Lorenz系统和切换广义Lorenz系统三种扰动方案。(3)本文还重点研究了混沌序列预处理时的量化方案。在分析常用的混沌量化方法之后,提出一种新的基于多比特量化抽取的量化方案,并对混沌系统方案使用此量化方法,将得到的混沌二值序列进行了随机性和统计特性测试和分析,结果表明混沌系统方案设计和量化方案设计效果良好。(4)最后还介绍了混沌序列密码在图像加密方向的应用。对比了传统加密算法和混沌加密算法在图像加密上的优缺点,本文使用小波变换得到频域信息,对频域做加密处理,结合混沌序列密码,提出了基于小波变换的混沌图像加密方案。最后进行了仿真分析,仿真结果表明加密方案具有密钥空间大、密钥敏感性强、统计特性好等优点。能够抵抗穷举攻击、统计攻击、外来熵攻击和差分攻击等。