随着通信技术的更迭和传输速率的增长,保障通信系统中信息的安全传输成为了当前研究热点之一。合法用户间的安全密钥分发作为保密通信的核心技术因此受到了广泛关注。目前现行保密通信系统主要使用基于加密算法的密钥分发方案,方案安全性主要由算法复杂度决定。然而随着量子计算等新兴技术的提出,这类方案面临着被破解的危险。量子密钥分发作为理论安全的密钥分发方案在传输速率和通信距离上与现行通信系统存在一定差距。混沌激光因其丰富的动态特性在密钥分发等领域具有重要的研究价值。但在密钥分发过程中,混沌激光存在的弛豫振荡和时延标签（TDS）限制了分发密钥的速率和安全性。因此本文针对上述缺陷,通过对混沌熵源进行优化处理开展了基于宽带混沌信号的高速密钥分发方案的研究,研究内容如下:1.提出了基于频谱扩展垂直腔面发射激光器的安全密钥分发方案,方案通过相同混沌激光注入的方式实现混沌同步并在此基础上使用扩频模块生成同步宽带混沌信号作为物理熵源。结果显示,经频谱扩展后的混沌信号带宽获得了显著增强且能有效抑制信号TDS。研究了系统对于激光器参数失配以及非对称信道驱动注入的鲁棒性。窃听方难以从公共信道截获的信号中恢复系统密钥。此外,在合法用户增加随机数发生器控制激光器反馈时延引入动态混沌同步能够进一步增强方案的安全性。最后,讨论了方案的理论密钥分发速率并对密钥进行了随机性测试。2.提出了基于多路宽带混沌熵源的高速密钥分发方案,该方案通过对不同混沌信号进行线性差分处理扩展了系统的熵源数量。经线性差分产生的混沌信号带宽均在20GHz以上且能够有效抑制信号TDS。在适当的注入强度时,系统中六路混沌熵源能够同时实现混沌同步。本文通过讨论激光器参数失配下各路混沌熵源的同步质量和密钥误码率研究了系统的鲁棒性。系统的安全性从不同熵源间的低相关性以及熵源TDS的抑制效果等角度获得论证。该方案理论密钥分发速率可以达到36Gbps且能够通过随机性测试。3.结合正交频分复用（OFDM）技术提出一种高速密钥分发与信息加密一体化传输系统。通过仿真研究了该方案在不同光纤信道长度和光信噪比下的传输性能。通过在OFDM保密通信系统中引入窃听方验证了系统中的加/解密算法能够在对系统通信性能影响较小的前提下保障信息的安全传输。