作为一种历史悠久的信息保密技术，密码技术已经通过了时间的考验，证明了其作为最有效的保护信息安全的手段的地位。由于混沌同密码学之间的天然联系及其结构上的相似性，本文主要针对混沌密码学领域进行研究，通过对混沌系统的构建以及混沌特性的分析，逐步展开有关混沌密码算法的设计与实现方面的研究，并对实现过程中所产生的实际问题展开研究。首先，由于采用低维的混沌系统构建加密系统时密钥空间较小，且容易受到硬件精度方面的影响，从而出现混沌的退化现象，造成随机性也即是安全性的降低，本文以高维混沌系统为基础构建密码系统，通过高维混沌系统进行建模仿真，以模拟其信号的产生，并对其混沌特性进行分析；其次，通过对基于“混淆”与“扩散”原理的加密算法的研究，本文设计了一种基于上述思想的改进方案，提高系统的加解密速度以及安全性能，并通过多方面的测试进行算法安全性能分析；再者，鉴于一些经典的图像置乱算法的处理对象为标准的正方形图像，而在实际应用的情况下，图像多为非等长矩形甚至是不规则图形，采用这些算法对不规则图像进行处理时不具备周期性的缺陷，本文提出采用图像插值算法对不规则图像进行预处理的方法，然后再利用经典的置乱算法对被处理后的图像进行置乱变换。相比较一些针对非等长图像置乱提出的方法而言，提高了效率，且通过一系列的测试，被处理的图像具有较好的质量；最后，出于未来将算法在嵌入式平台上实现的目的，本文对混沌信号发生器的设计进行研究，针对整个系统在硬件平台上搭建过程中占用芯片资源很高从而导致成本上升的问题，本文提出了基于分时复用思想的双精度混沌信号发生器的设计方案，根据所设计系统的特点，对资源占用率较高的模块进行合理复用，使得系统在工作速度与资源占用上达到一定程度的平衡。