近些年来,数字信息呈喷薄式地增长发展,逐渐被广泛地应用到科技发展的各个领域当中。数字彩色图像由于具有特殊的颜色、纹理和形状等特点,从而成为了多媒体数字信息中应用最为广泛,也最为重要的一种信息表达形式,它在政治、经济、教育等方面均有广泛应用。不过,在军事、商业和医疗等一些特殊研究领域,数字图像除了信息快速交互外,对其还有特别高的保密要求。因此,如何保证图像的安全成为了大家关注的重点之一。而图像加密是一种可以保证图像机密的常见方法。事实上,混沌的遍历性、对初始条件与参数的敏感依赖性和复杂的动力学行为等特性使得它在图像加密技术的研究中有着天然的优势。不过,与传统的电混沌相比,半导体激光器(如垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting lasers,VCSEL))产生的光混沌有着更多的亮点,如高带宽、高随机性、与通信系统良好的兼容性等,这些特点使得光混沌在图像加密方面有广阔的应用前景。同时,随着云计算这项技术的快速发展,云存储器的一些优势,例如大规模、虚拟化、低花费以及便利的分享能力等,使得它在医学领域、工业领域、商业领域、学术领域甚至国家军事领域等都有很广泛的应用。从而,多媒体信息可以很好借助云存储器的先天优势来实现信息的便利、安全、快速的交互,特别是图像信息的交互。因此,基于垂直腔面发射激光器产生的光混沌,本文研究了一种彩色图像加密算法,并在云存储器上实现了图像的安全分享。主要研究内容如下:首先,基于两个互相耦合的VCSELs,本文设计和建立了产生光混沌和安全传输的保密通信系统,该系统中的两个VCSELs在互注入的外部扰动条件下,通过改变注入强度和注入时间等两个可控变量,使两个激光器达到同步,并可以输出处于混沌态的光信号,用于后续图像加解密密钥的产生和安全传输。并在此基础上仿真分析了两个VCSELs良好的非线性、同步和通信特性,例如时间序列、功率谱、相图、互相关函数、Q因子、误码率(BER)和眼图等参数指标。其次,利用云存储器的资源共享功能,本文提出了一个图像加密和安全分享系统。在该系统中,本文利用上述混沌通信系统产生的光混沌,与用户输入的密钥结合生成图像加密使用的加解密密钥,然后通过混沌通信系统对其进行传输,从而保证加解密密钥的安全。同时,在实现图像加密之前,为了实现其识别与完整性认证,本文引入了一种基于离散小波变换(DWT)的水印方法。最后,利用约瑟夫(Joseph)映射和Logistic映射对一幅彩色图像进行加密,并在此基础上通过均方误差、峰值信噪比、信息熵、直方图、像素相关性、像素改变率(NPCR)和一致平均改变强度(UACI)等分析了该图像水印和加密算法的性能。本文的研究内容对光混沌在图像加密和安全分享方面的应用有很好的理论和现实意义。