混沌序列密码的理论研究及实现技术契合“重点研究开发新的密码技术”这一国家重点战略需求。使用非线性驱动或迭代直接快速产生非线性序列在密码界广受关注和青睐。混沌是确定性非线性系统中的内禀随机性,将其系统作为新型驱动部件无疑具有理论上的高安全性和硬件实现效率突出等优点。本文聚焦困扰混沌密码学界的瓶颈性前沿问题“有限自动机下混沌特性退化”,围绕混沌退化的系统理论、无退化数字混沌的构造、安全的同步方案和序列密码的应用展开了深入研究。现有解决混沌动力学退化的方法大都从改善系统性能的角度出发以抵抗退化,缺乏系统的分析理论。针对这一问题,以符号动力学和拓扑学理论为基础,提出了设计和分析抗混沌动力学退化方案的统一机制,从空间扩展的角度对抗混沌动力学退化方案进行了理论解释,给出了能真正抵抗退化的充分条件。并基于此提出了一种退化数字混沌系统的理想性能恢复方案。针对直接构造理论上可严格证明、在有限自动机上可有效实现的无退化数字混沌的研究空白,提出了利用模拟混沌系统控制数字系统的模数混合模型,在此基础上给出了无退化数字混沌的一般构造方法。理论上,针对经典符号动力学的局限性,提出了广义符号动力学的概念和方法,对基于模数混合模型的无退化数字混沌系统进行了严格数学意义下的混沌性证明。实现上,利用现场可编程序模拟阵列（Field Programmable Analogy Array,FPAA）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）完成了模数混合模型的电路原型。模拟混沌系统是构造无退化数字混沌的关键。但是模拟混沌系统不稳定,对其进行同步控制才能实现加/解密。针对在信道中传输同步信号不仅受噪声影响大,而且会泄露系统特征信息的问题,提出了利用本地无退化的数字混沌系统对本地模拟混沌系统进行脉冲同步控制的方法,建立双向耦合的模数混合模型。理论分析和实验结果表明该模型既成功构造了无退化数字混沌系统,又实现了无需在信道中传输同步信号的稳定安全同步。此外基于受控模拟混沌系统,发现了一类新型的混沌吸引子。最后,针对高安全性序列密码的需求和混沌乱源安全可控的要求,设计了基于延时耦合的高维数字系统,并应用到双向耦合的模数混合模型中,提出了一种变参数的复杂模数混合混沌乱源。在此基础上,提出了一种高安全性的无退化混沌序列密码系统。相比于其他序列密码方案,本系统具有免疫混沌特性退化的独特优势,以及抵抗基于混沌系统的攻击和各种密码分析攻击的能力。