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混沌是非线性动力学系统的一个重要分支，其本身具有十分复杂的动力学行为，近年来对混沌动力学系统复杂运动现象的研究深入到了各个研究领域。对混沌理论的学习及其在应用方面的研究，已经成为当前非线性科学中的前沿科学研究课题之一。从低维混沌系统到高维混沌系统，从普通混沌系统到超混沌系统，混沌科学的研究呈现出越来越复杂的动力学行为特征和研究价值。基于混沌系统的轻量级密钥序列和图像加密研究正是混沌系统研究的重要方面。本文研究了基于混沌系统的轻量级密钥序列设计与图像加密算法，首先对轻量级混沌密钥进行了设计，然后设计了混沌加密模块，并对其混沌特性进行了分析，最后设计了轻量级混沌图像加密系统，将生成的轻量级混沌密钥序列对图像进行了置乱与扩散操作，并得到了良好的置乱与扩散效果。具体工作如下:
第一，为了在资源受限设备中嵌入加密算法，提出了基于低维Logistic混沌系统和三维混沌猫映射的面向硬件的轻量级密钥序列设计方法，这两种轻量级密钥序列基于硬件设计，可根据需求分别应用于资源受限的设备或环境中。通过对这两种轻量级密钥序列分别进行排列熵及信息熵的测试表明具有很好的复杂度;通过统计测试表明具有良好的统计特性;通过安全性方面的分析表明可以抵御典型的安全攻击。
第二，为了实现轻量级混沌图像加密系统，对混沌加密模块进行了设计。基于传统Lorenz混沌系统的研究，提出了一种基于Lorenz混沌系统的四维超混沌系统，并在吸引子相空间、庞家莱截面、周期吸引子、混沌吸引子、分叉图、李雅普诺夫指数及熵分析等方面进行了动力学性质分析。通过超混沌系统图像加密测试分析表明此超混沌系统在图像加密中具有良好的随机性和安全性。
第三，为了获得更好的置乱和扩散图像加密效果，在超混沌图像加密系统研究的基础上，对轻量级混沌图像加密系统进行了设计。超混沌图像加密系统是基于二维离散小波变换、分数阶Henon混沌映射及四维超混沌系统的图像加密方案。通过小波变换和高低维混沌系统的运用，使得该算法的加密效果比普通的混沌加密算法效果更好。轻量级混沌图像加密系统是基于Logistic混沌系统的轻量级密钥序列、三维混沌猫映射的轻量级密钥序列、四维超混沌系统及DNA遗传算法的彩色图像加密方案。在该方案中，多个模块应用了轻量级加密算法，更体现了轻量级混沌图像加密的优势。
第一，为了在资源受限设备中嵌入加密算法，提出了基于低维Logistic混沌系统和三维混沌猫映射的面向硬件的轻量级密钥序列设计方法，这两种轻量级密钥序列基于硬件设计，可根据需求分别应用于资源受限的设备或环境中。通过对这两种轻量级密钥序列分别进行排列熵及信息熵的测试表明具有很好的复杂度;通过统计测试表明具有良好的统计特性;通过安全性方面的分析表明可以抵御典型的安全攻击。
第二，为了实现轻量级混沌图像加密系统，对混沌加密模块进行了设计。基于传统Lorenz混沌系统的研究，提出了一种基于Lorenz混沌系统的四维超混沌系统，并在吸引子相空间、庞家莱截面、周期吸引子、混沌吸引子、分叉图、李雅普诺夫指数及熵分析等方面进行了动力学性质分析。通过超混沌系统图像加密测试分析表明此超混沌系统在图像加密中具有良好的随机性和安全性。
第三，为了获得更好的置乱和扩散图像加密效果，在超混沌图像加密系统研究的基础上，对轻量级混沌图像加密系统进行了设计。超混沌图像加密系统是基于二维离散小波变换、分数阶Henon混沌映射及四维超混沌系统的图像加密方案。通过小波变换和高低维混沌系统的运用，使得该算法的加密效果比普通的混沌加密算法效果更好。轻量级混沌图像加密系统是基于Logistic混沌系统的轻量级密钥序列、三维混沌猫映射的轻量级密钥序列、四维超混沌系统及DNA遗传算法的彩色图像加密方案。在该方案中，多个模块应用了轻量级加密算法，更体现了轻量级混沌图像加密的优势。