当前，随着网络技术的飞速发展，信息的分享与传输日益变得方便与快捷，在为人们带来方便的同时，也不可避免的带来了安全隐患。数字图像由于其所具有的直观、生动等特点，已成为了应用最为广泛的一种数字信息，在政治、经济、军事、教育等领域均有广泛的应用。数字图像与其它数字信息一样，也面临着日益严重的安全威胁。因此，人们迫切的需要对数字图像在存储与传输过程中的安全保密进行保护，而密码学正是解决信息安全保密问题的关键技术。由于数字图像具有数据量大、相关性高、数据冗余度大、数据二维分布等特点，若利用传统的加密技术不仅会耗费大量的计算资源，而且会导致图像信息泄露等安全问题。而混沌系统所具有的初值敏感性、遍历性、参数可控性以及伪随机性等特征，与密码学之间存在着天然的联系，能为数字图像加密算法的研究提供新的思路。本文对基于混沌的数字图像加密算法进行了研究，通过分析当前已有加密算法在安全性与实用性所存在的缺陷，并在此基础上设计了新的数字图像加密算法。论文的主要研究工作包括以下几方面内容：①总结分析了目前国内外关于混沌图像加密算法的研究现状，介绍了混沌与密码学的相关理论知识。对混沌与密码学之间的关系进行了简要分析，并对数字图像的特点以及目前针对数字图像的加密模式与安全评价标准进行了总结分析，对目前已有基于混沌的数字图像加密算法的设计思路、设计原则与设计步骤进行了总结，为基于混沌数字图像加密算法分析与设计奠定理论基础。②分析了一种基于混沌的图像交替加密算法，并做了有效改进。首先指出了该算法在安全性与实用性上所隐含缺陷，针对这些缺陷，提出了一个有效的改进算法。然后对改进算法进行了仿真实验与安全性分析，并与原算法进行了对比。结果表明改进算法在安全性与实用性上都要优于原算法。③分析了一种具有普遍代表意义的“置乱-替换”的混沌图像加密算法，发现该类算法普遍存在着设计上的缺陷。在此基础上，设计了一种新的基于混沌的位平面图像加密算法，将图像分为信息含量较高的高4位图像与信息含量较低的低4位图像，分别进行不同强度的加密。仿真实验与安全性分析结果表明，算法加解密速度快，具有较好的安全性与实用性。