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随着计算机技术与通信技术的迅猛发展,数字信息在世界范围内得到日益广泛的应用。然而,数字信息易于拷贝和发布,给其应用带来了诸多安全问题。当前,数字信息在互联网和无线通信网络中的安全通信技术成为极具重要性的研究方向。密码学是保护信息安全的最基本的手段。混沌理论和密码学之间有着天然的联系:混沌系统的一些动力学特性大致对应着传统密码系统的某些安全特征,而具有良好混合性的传统密码系统又暗示着拟混沌现象。自二十世纪80年代以来,利用混沌系统构造新型密码系统引起了国内外众多学者的关注。现已有大量的研究结果发表,出现了不少充满希望的进展。同时,一些设计混沌密码的系统方法已开始出现,从而使这些密码算法具有较高的实用价值和安全性。本论文主要致力于对几类基于混沌变换的加密系统做深入细致的密码学分析,并在此基础上设计了几类改进的混沌加密系统。论文的主要研究内容及创新之处有:(1)对当前混沌密码学的发展状况进行了详细的分析、归纳和总结,并对现有的混沌密码学的分析方法进行了系统的概括,提出了目前存在的一些需要解决的关键问题;(2)成功的破译了日本学者Masuda和Aihara提出的基于离散帐篷映射设计的混沌加密系统,指出该加密系统在选择明文攻击下是脆弱的。然后,通过引入密钥编排过程,对该加密系统做了改进,设计了一个密钥易于扩展的混沌加密系统;(3)对一类采用混沌掩码改进的Baptista类型的混沌加密算法进行了密码学安全分析。指出该加密系统第二类掩码算法中存在信息泄露问题,并提出了一种选择明文攻击方案,能够将强力攻击所需搜索的密钥空间显著缩小;(4)利用高维比特矩阵运算的特性设计了一个快速的公钥加密算法。该算法的优点是不依赖于高精度的计算环境和大素数;(5)首次给出了寻找一般的矩阵映射在域GF(Pn)上的周期公式的一般算法,这里P是素数,n是一个正整数。在此基础上,给出了Arnold映射和T-矩阵映射在GF(2n)上的周期公式。进而,一般的矩阵映射在GF(Pn)上的周期公式可通过我们的算法来得到;