伴随着多媒体信息及网络通信技术的飞速发展,数字图像因其具有信息量大、生动形象、传输效率高等特点,迅速在金融、农业、工商业、服务业、教育和军事等诸多社会领域广泛应用开来。数字图像在给人们带来诸多便利的同时,如何保障其信息安全性及在互联网上安全传输问题,成为当下信息安全领域的研究热点。传统加密算法的思想是将明文信息视为一维二进制数据流来进行加密操作,但由于数字图像存在数据量大、像素多维度分布、像素间相关性高等特点,故而在应用于数字图像加密时,产生了加密效率较低、安全性能也较低等加密效果很不理想的情况。混沌系统具有对初始条件高度敏感、各态历经和伪随机性强等特征,跟密码学中置乱和扩散的基本要求和特点相契合。而相较于低维混沌系统,具有更为复杂动力学特性的高维超混沌系统,其生成的密钥空间更大,密钥序列复杂性也更强,更加适用于图像加密以及其实时加密传输。本文对基于超混沌系统的图像加密技术展开研究。首先,构造出两个新颖的、在宽参数区间内呈现超混沌状态的高维超混沌系统,然后,分别详细研究它们的动力学特性;最后,基于此类系统,设计了一种与明文相关的感兴趣区域层级密钥彩色图像加密方案。主要工作如下:1.提出两个新颖的、在宽参数区间呈现超混沌状态的高维(四维和五维)超混沌系统。分别从相轨迹图、时域波形、Lyapunov指数(谱)、分岔图、Poincaré截面等多个方面剖析了系统的动力学特性。按照混沌电路设计的基本原则,基于MULTISIM软件,详细设计并搭建出四维超混沌系统的模拟电路进行仿真,并在此基础上,搭建了该非线性系统的硬件电路。在实际电路上示波器观察到的平台上电运行结果与MATLAB仿真结果一致。2.基于前述五维超混沌系统,设计了一种与明文相关的感兴趣区域层级密钥彩色图像加密方案。利用混沌系统对初始值非常敏感的特性,将混沌系统的初始值设置为系统密钥。在两级密钥体系中,第一级超混沌系统生成的混沌序列和原始图像相结合以产生第二级超混沌系统的初始值密钥,而将第二级超混沌系统产生的混沌序列应用于明文图像像素的置乱和扩散中,以此得到最终的密文图像。本文还将多个图像加密评价准则,如密钥空间、密钥敏感性、统计直方图、相邻像素相关性、差分攻击和抗已知\选择攻击等应用于算法性能检验。实验结果表明其具有更良好的保密性能。