随着计算机网络和多媒体技术的发展,各类多媒体数据总量呈现出爆炸式的增长,云服务器中存储、处理的多媒体数据也呈指数增加。然而,由于云平台的开放性,导致以生动直观为特点的数字图像极易遭受监听、窃取、拦截、篡改、伪造等各种攻击。因此,数字图像在云端传输和存储过程中的安全问题迫在眉睫。而保护数字图像免遭侵害的重要手段之一便是对信息进行加密处理。目前,如何保证数字图像在云平台中的安全已经成为密码学领域中重要的研究课题。混沌系统是对初始值和控制参数高度敏感并且能产生伪随机序列的一种确定性系统。混沌系统具有的内随机性、初始值和参数敏感性、良好的遍历性等特性与密码学有着天然的联系。脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,DNA)序列具有强大数据存储能力和计算能力,与混沌系统结合能提高密码系统的安全性。本文针对云存储环境下的图像安全保护开展研究,基于混沌系统和DNA计算提出两种数字图像加密算法,并从可用性和安全性两个角度分析算法的实际性能。主要工作和研究内容如下:(1)提出一种基于新型非线性混沌映射(New Nonlinear Chaotic Algorithm,NCA)的耦合映像格子(Coupled map lattice,CML)和新四翼超混沌系统的DNA图像分块加密算法。首先,利用SHA-256函数、彩色明文图像、NCA型CML和超混沌系统联合生成用于图像置乱和扩散的密钥流;其次,根据密钥流中的置乱索引将明文图像的红、绿、蓝三个颜色分量分别进行置乱,并按照指定的大小均匀分块。然后,根据DNA编码规则,对子块进行编码得到DNA序列块。接着,利用密钥流中的伪随机序列选择运算方式对DNA块执行块内和块间的多轮扩散。最后,按照DNA解码规则,将各子块解码后合并,从而得到最终的密文图像。实验结果和安全分析表明所设计的算法具有良好的加解密效果、速度快、安全性高,并且能够抵抗噪声攻击和剪切攻击。(2)提出了一种基于DNA序列运算和四维超混沌Chen系统的多图像重组加密算法。首先,利用四幅明文图像的哈希值与初始密钥生成四维超混沌Chen系统的初始值和参数,并代入混沌系统产生密钥流。其次,将所有明文图像分解出的位平面叠加成一个三维矩阵,并对该矩阵执行三维比特置乱。然后,将三维矩阵转化为二维矩阵后分成四个相等大小的块,利用密钥流中的伪随机序列对其进行DNA动态编码。接着,按照DNA运算规则对矩阵进行扩散处理。最后,经过DNA解码得到一组密文图像。仿真结果和安全性分析验证了该算法具有良好的加解密效果和较高安全性。(3)基于上述所设计的两种DNA图像加密算法,利用Matlab设计开发接入云环境的数字图像加密和存储平台。该平台以图形化交互的形式实现数字图像的加密、解密、存储等操作,使用户能够方便、直观的使用平台对图像进行加密和解密处理。