图像作为信息传输的重要载体,保证图像在互联网中安全的传输是一个巨大的挑战。利用混沌特性设计新密码系统,以保证信息的安全存储和传输,是当前混沌密码学面临的迫切任务。本文结合混沌动力系统与布尔网络理论,对混沌图像加密算法设计与模型构建开展了以下研究。（1）结合矩阵半张量积（Semi-tensor Product,STP）理论设计了一种高效的混沌图像加密算法。此方法打破了传统矩阵运算的束缚,使反应矩阵具有更多的形式。在保证算法安全性的前提下,相比于传统矩阵乘法,STP运算效率更高。（2）以混沌图像加密技术为基础,使用STP理论,设计了基于同步更新布尔网络的混沌图像加密算法。在保密通信中,用户根据自己的需求,选择以图像的形式传输或者以布尔网络的形式传输。提出的算法保障了一类基因网络在互联网中传输的安全性。（3）设计了一种复合密钥的STP扩散的混沌图像加密算法,复合密钥通过同步更新布尔网络生成。设计的复合密钥算法,解决了密钥存储的安全性问题,可以抵抗选择明文攻击。同步更新布尔网络的复杂结构也增加了破解的难度。（4）基于n进制计数体系,设计了一种STP扩散和Hilbert曲线置乱的混沌图像加密算法。设计的算法与传统的像素级与比特级加密算法不同,将算法推广到n进制系统中,使得算法具有多样性,也增加了破解的难度。（5）结合多个低维混沌系统,设计了一种位置乱和动态扩散的图像加密算法。此策略有N种扩散模式,N是明文像素值的数目。设计的算法避免了Arnold映射的周期性,具有较好的安全性,能够抵抗常见的攻击方法。上述五种算法弥补了传统混沌密码理论体系效率低、密钥存储及传输的安全性低、一类基因网络传输的安全性低、加密的最小单位分类具有局限性、密码系统应对差分攻击的能力差的缺陷。本文对加密算法重新构建,保证了信息的安全存储和传输,为混沌密码设计提供了新的思想。