随着大数据、物联网、智能设备以及网络技术的飞速发展,我们生活中的绝大多数信息,如文本、图像、音频、视频等信息的传输都离不开网络的支持。网络一方面给人们的生活带来了便捷,但另一方面,一些不法分子会利用网络来窃取信息,这就给人们的信息安全带来很大隐患。忆阻混沌系统是一种非线性系统,具有随机性、不确定性和对初值的高度敏感性等特点,因此研究它在信息安全中的应用具有非常重要的意义。本文利用二极管、电阻、电容和电感设计了一个忆阻器等效电路,并利用该电路和积分器,反相器等设计了一种5维忆阻混沌电路,并尝试将其应用于图像加密。主要研究工作如下:(1)根据HP实验室采用二氧化钛材料制作的忆阻器的相关特性,设计了一种伏安关系与惠普实验室制作的忆阻器的伏安关系一致的等效电路,利用电路验证后发现与理论分析的结果基本一致,相比于采用运放和乘法器实现的忆阻器等效电路来说,具有结构更简单,硬件更容易实现的特点。(2)利用忆阻器等效电路、运算放大器等设计了一种5维忆阻混沌电路,并建立该系统的数学模型后利用龙格库塔算法进行数值求解;最后采用动力学分析方法分析了该系统的动力学特性。结果表明,在合适的参数范围内,系统会出现混沌现象。(3)利用FPGA设计了一个NIOS Ⅱ软核,并对设计的忆阻混沌系统进行欧拉离散,并写为C代码;为TLC5618数模转换芯片设计了一个符合Avalon总线的IP核。最后经过综合,编译后烧写到FPGA中,利用示波器观察波形发现与数值结果基本一致。(4)设计了一种基于忆阻混沌系统和DNA编码的图像加密通信的保密方案,经过图片测试后的加密性能分析发现该保密方案具有很好的加密性能,因此可以很好地应用于图像通信加密系统中。