混沌现象是出现在非线性动力学系统中的一种确定性的、类似随机的过程，其过程的不规则性、对初始状态的敏感性以及对值域良好的遍历性使得它非常符合现代密码学中所要求的混淆原则和扩散原则。研究混沌密码技术的理论和设计方法，可以为密码学的研究提供新的思路和发展方向。 论文首先研究了混沌理论与密码学之间的联系，总结了设计混沌密码的一般思路，然后深入探讨了计算机有限精度造成混沌动态特性退化的原因和本质，并分析了现有的解决混沌加密有限精度问题的方法，指出了使用混沌随机扰动模型的方法中所存在的扰动量安全性不足的缺点。在此基础上，首先对混沌扰动模型提出了改进方法，设计了控制字的判断机制，增强了扰动量提取过程的随机性和时变性，并利用Hash函数的单向性对扰动量进行散列计算以提高其安全强度；同时，在控制字的作用下，将混沌序列的随机特性融入到Hash函数中，充分发挥了Hash函数具有抗强碰撞性的优点，减弱了各轮加密所得扰动量之间的相关性。随后分析了控制字作用下生成的混沌加密序列的随机性能，对序列的相关性、游程性、平衡性等指标进行了测试，结果表明此序列具有良好的随机性。其次，结合虫口模型Logistic混沌映射和约瑟夫遍历，对明文图像进行了重排序，充分利用混沌序列良好的随机性对明文的像素位置进行扩散，从而降低相邻像素的相关性。在此结果上，利用前面所设计的基于控制字的加密方法对图像像素值进行混淆，进而提高图像的信息熵。最后对加密结果的信息熵、不动点比和相邻灰度差置乱度进行了评价，结果表明该加密方法能够充分置乱明文图像的内在统计特性。 论文设计了基于控制字的混沌图像加密方法，完善了混沌扰动模型，更好地解决了混沌加密有限精度问题。应用该方法能够生成具有良好随机性、符合密码学要求的伪随机序列。并且该方法能充分置乱明文图像信息，很好地掩盖原图像的特征，具有良好的加密效果。