图像表达信息具有直观性,常被人们当作获取信息的一种媒介,如今网络技术发展迅猛,人们可以通过网络快速获取图像信息。网络是一个开放的平台,导致图像在网络传输过程中容易被窃取和恶意攻击,所以如何保证数字图像的安全传输具有重要意义。数字图像具有数据流大、冗余度高、相关性强等特征,常见的加密算法如DES、AES不能满足其安全性的要求。混沌系统具有遍历性、伪随机性、非周期性以及对初始条件高度敏感等特征,十分符合图像传输安全性的要求,因此本文主要研究在混沌系统的基础上对图像进行加密。具体研究内容如下。1.针对某些像素点层次的加密算法存在无法很好的抵御选择明文攻击以及加密程度低的问题,利用格雷码、混沌系统和SHA-384设计出一种加密算法。算法包括图像预处理、置乱以及扩散三个阶段。SHA-384算法用于产生加密过程所需要的密钥。预处理阶段,先把彩色图像分解为R、G、B三分量,进一步根据一维混沌序列来对三分量整体置乱。置乱阶段,利用格雷码变换完成全局的置乱,然后再根据混沌序列进行行列间的置乱变换。扩散阶段,采用了正向和反向的异或操作。实验表明该算法能抵御差分、选择明文等攻击,具有较好的加密效果。2.针对某些基于DNA编码的加密算法存在计算量大、安全性低且不能抵抗明文攻击的问题,利用超混沌系统、SHA-384以及分组加密结构,设计出一种DNA平面加密算法。同样用SHA-384算法产生加密过程所需要的密钥。首先,算法对彩色图像分量进行整体间的预处理;其次,根据编码规则将预处理后的三个分量分别进行DNA编码获得三个DNA平面,并借助超混沌序列进行行、列间的交叉互换操作打乱三个DNA平面中元素的位置;最后,利用基于DNA运算的分组结构对置乱后的DNA平面进行分组扩散,并对扩散后的DNA平面进行DNA解码得到加密图像。实验表明该算法不仅能降低像素间的相关性,而且还增大了密钥的空间,使密文的安全得到了一定的保障。3.针对某些S-盒加密算法中存在使用固定单一且有缺陷的S-盒进行替换加密导致密文不够安全的问题,利用混沌系统以及SHA-512设计出一种S-盒分组加密算法。加密密钥由SHA-512产生。算法中先对彩色图像完成分量预处理,进而再执行置乱和扩散。在置乱阶段,通过对预处理后的三个分量进行左、右二维映射来改变像素点的位置,并且映射的次数由密钥产生;在扩散阶段,根据混沌序列对置乱后的三个分量进行分组,然后由混沌系统构造不同的S-盒,最后每一组各自根据不同的S-盒进行图像灰度值的替换。实验表明该算法不仅有较好的密钥敏感性,还能抵御各种攻击。