近年来,随着CAESAR竞赛的举行,使得对认证加密方案的研究达到了一个新的高潮。由于认证加密方案集保密和认证功能于一身的技术优点,其可被广泛应用于既需要加密又需要进行数据完整性保护且对执行效率要求高的环境中。目前使用的认证加密方案—一CCM和GCM等,已逐渐不能满足现在的应用需求了,尤其是对CCM还存在诸多批评。本文结合混沌系统及细胞自动机和CAESAR竞赛中候选方案的设计思想、安全分析等内容,主要工作包括以下几个方面：(1)对认证加密方案和混沌及细胞自动机的理论的基础知识做了论述。首先介绍了认证加密方案的定义、一般模型、常见传统认证加密方案的分类,并总结了CAESAR竞赛中候选方案的基本设计思想,同时对混沌理论的几类基本的模型作了总结,以及n-维非线性数字滤波器和细胞自动机的理论基础。(2)结合满足Kelber条件的非线性数字滤波器以及SHA-3函数的设计思想,提出了一种基于耦合非线性数字滤波器的AE算法构造方法。该算法采用Sponge结构进行迭代并利用耦合非线性数字滤波器产生的混沌比特流作为子密钥对明文进行加密,同时从其中一个非线性数字滤波器的输出端抽头出来进行消息认证标签的计算,从而实现同时加密认证的效果。研究结果表明：算法结构简单,运算快速,具有较高的安全性,同时耦合的数字滤波器结构中不存在复杂浮点运算,便于软硬件实现。(3)根据传统S HA-3 Hash函数族中使用的类Sponge结构——Duplex结构与现有的可逆细胞自动机模型,设计了一种结构新颖的One-pass AE方案。底层函数使用的是一类特殊的二阶一维记忆可逆细胞自动机。AE方案通过可逆细胞自动机的演化运算,在不需要计算认证标签且只需对每个明文块进行一次处理的情况下完成对明文的加密。解密及验证阶段,则通过执行此二阶一维细胞自动机的逆向运算得出明文,并通过最终恢复的密钥来完成密文完整性的验证。理论分析和实验结果表明,该方案具有良好的混乱和扩散特性,且能敏感的检测出对密文的篡改,保证方案的认证性。而且方案还具有设计结构简单,执行效率高的特点。最后对论文工作进行了全面的总结,并对今后的研究方向进行了展望。