科学技术尤其是网络技术的急速发展与广泛应用,给人们的日常生活带来了前所未有的便捷,但随之而来的是信息泄露导致的种种干扰。图像作为一种直观可视的消息表达方式,在日常网络通信中应用得非常广泛,因此,保护图像信息的泄露成为一个重要课题。图像加密技术是最重要的保护图像信息的方法。混沌系统由于自身特性已受到广泛关注,并且非常适用于图像加密。近年来,研究者们结合不同的方法,提出了各种基于混沌的图像加密技术。但这些加密技术不一定都能抗击现有的各种类型的攻击,因此,分析基于混沌的图像加密算法的安全性具有重要意义。本篇论文用各种现有的攻击方法,分析了三个近期提出的基于混沌图像加密模型的优缺点,并用统计攻击或选择明文攻击方法成功攻破三个模型。针对每个模型存在的缺陷,分别提出它们对应的改进算法,以抗击选择明文攻击。实验测试部分,用现有的图像加密算法的安全性指标测试改进模型,结果表明,改进后的三个算法均能很好地抗击穷举攻击、统计攻击、噪声攻击和选择明文攻击。本文的主要研究成果是:(1)分析了一个基于三维位矩阵置乱的图像加密模型(TDBMP)的安全性。论文分析了该加密模型中位矩阵置乱方法的缺陷,即Arnold映射的参数空间小,且映射的首个位置是固定点映射。针对Arnold映射的这些缺陷,设计了生成大参数空间的映射参数,并设计出处理Arnold映射固定点问题的方法。由于TDBMP算法是置乱扩散异步的算法,因此,很容易根据上面提到的缺陷,用选择明文攻击方法分别获取置乱过程和扩散过程的等效密钥,从而成功攻破该模型。(2)分析了一个基于同步置乱扩散图像加密技术(SPDT)的安全性。论文在详细研究了该模型的基础上,发现其实质上是非同步置乱扩散的,并且,在模型的扩散阶段,用到的DNA方法生成的规则并非是均匀的,因此,SPDT模型很容易受统计攻击。本论文设计了一种统计攻击方案对SPDT模型的安全性进行了分析。(3)分析了一个基于一维混沌映射彩色图像加密模型(APDS)的安全性。该模型是置乱扩散异步的加密模型,且模型的等价密钥不会随着加密明文的不同而不同,因此很容易受选择明文攻击。本论文设计了一种选择明文攻击方案成功攻破该模型。(4)提出了两种针对图像加密的抗选择明文攻击方式,即明文特征值法和同步置乱扩散机制。以上三种加密方案的共同缺陷为:固定的等效密钥和置乱扩散的非同步。固定的等效密钥,即当加密系统的密钥不变时,系统的等效密钥不会随着加密明文的改变产生任何变化,这使得攻击者可以通过对比不同的明密文对猜测固定等效密钥。置乱扩散的非同步,将使得攻击者能够分别获取置乱过程和扩散过程中的等效密钥进而攻破整个模型。论文分析并发现,如果加密模型是密钥不固定或者是同步置乱扩散的,模型将很难受选择明文攻击。因此,设计了明文特征值法和同步置乱扩散机制用以抗击选择明文攻击。(5)分别提出了三个模型各自的改进算法以抗选择明文攻击。针对TDBMP和SPDT模型,采用明文特征值法,使得加密系统的等效密钥随着明文输入的不同而不同。针对APDS模型,本论文改动模型中的一些步骤,设计出一种同步的置乱扩散机制。(6)从穷举攻击、统计攻击、选择明文攻击和裁剪攻击这四个方面对三种模型的改进方案的安全性分别进行了分析,并得出较好的实验结果。在性能评估阶段,对改进后加密模型的时间复杂度也一并进行分析。