通信技术和实时信息交互技术的飞速发展,使得人们在因特网传输的数据日益增多,信息安全面临越来越严峻的挑战。如今越来越多的图像在互联网上生成、传输和共享。越来越多的人喜欢在网络空间中与亲戚和朋友分享他们的个人形象。另外,许多领域需要大量的图像进行传输,例如远程诊断,交通监控和卫星观测等。数字图像作为一种典型的多媒体资源,面临越来越突出的安全问题。为与传统的文本数据相比,图像信息的特征有较大不同,例如相邻像素之间的关联属性较强,像素信息的重复度较高以及数据量庞大等。随着混沌系统的发展,由于混沌系统的伪随机性、遍历性和初始状态敏感性等许多重要特性而成为一种广泛使用的加密技术。随着学者的研究,大量基于混沌技术的图像密码系统被提出,但都一定程度上存在不足。因此,在已有算法的基础上提出性能和效率更好的算法成了当务之急。论文在现有基于混沌技术的图像加密算法的研究基础上,提出了两种图形加密算法,并在C++上进行了实验仿真以及相关安全性分析。一种算法是混沌系统和DNA编码的并行遥感图像加密算法,解决加密遥感图像以及大容量图像时存在的速度差、安全性不足的问题。算法通过GPU并行计算密钥序列以及将图像分组利用GPU并行计算提升安全性,通过DNA-S盒对置乱后的DNA编码进行非线性替换提升算法的安全性。首先,计算明文图像的第二代安全散列算法SHA-256的摘要更新混沌系统的参数和初始密钥,提高算法的明文敏感性,并通过二维HénonSine映射置乱图像,打乱像素之间的分布规律;然后利用GPU并行计算密钥序列,缩短加密时间,通过选择多个高维混沌系统和修改混沌系统初始值确保密钥序列的随机性;最后利用密钥序列和GPU对图像进行DNA并行加密,得到最终的密文图像。在DNA并行加密过程中,生成一种DNA-S盒,对DNA编码进行非线性替换。在遥感图像和经典Lena彩色的仿真实验和安全性分析结果表明,本文算法在加密遥感图像上速度达到80Mbps以上,密钥空间提升至10的213次方,信息熵趋近于8,密文图像的直方图以及相邻像素分布服从均匀分布,且通过了NIST随机测试以及卡方检验;与其他算法相比,本文算法在密钥空间、相邻像素相关性、像素改变率、统一平均变化强度、信息熵等评价指标上更接近理想值。该算法在大幅提升加密速度的同时,保证算法足够安全,能够抵抗各种攻击,适合遥感图像以及大容量图像的保密存储和网络传输。另一种针对通用设备中图像传输的高效与安全性的实际应用需求,为了进一步提高第一种所提出算法的通用性和适用性,同时保证算法的安全性,结合卡方检验和像素频率,设计出了一种基于混沌和明文关联的动态S盒彩色图像加密算法。该算法首先计算明文图像的SHA3-512的消息摘要值更新混沌系统初始值,接着将明文图像进行Arnold置乱加密,然后利用卡方检验和像素频率生成动态S盒、密钥序列流的干扰值,最后对图像进行扩散操作,扩散过程是在逐个加密像素点的过程中利用动态S盒进行非线性替换并利用干扰值干扰密钥序列的值。该算法在扩散阶段通过生成明文相关的动态S盒增强了算法的扩散性,通过密码像素流相关的参数更新干扰项,增强了密钥流的随机性,从而增强了算法的安全性。通过在经典Lena彩色图像上的仿真模拟实验分析表明,该算法的密钥空间足够大,能够有效抵御穷举攻击,信息熵的值接近理论值8,密钥敏感性和明文敏感性分析证明了算法的扩散性得到了增强。