目前,通信网络技术的发展越来越快,大量的数据信息被广泛传播在电子商务、医疗卫生、电子政务等方面。因此,信息通信安全的问题变得日益突出,如何确保信息在网络信道上安全传输的研究变得越来越重要。在众多的信息中,图像信息具有生动、直观、信息量大等特点,所以图像相比于文本、语音等信息应用更加广泛。但是,图像由于冗余度高、相关性强、二维分布等特点,DES,AES,IDEA等常见的传统加密算法应用于图像加密并不能保证图像信息的安全且加密速度低。随着混沌理论的发展,研究者们发现混沌系统拥有不可预测性、对参数及初值高敏感性、伪随机性、遍历性等特性,非常适用于图像加密,并且利用混沌系统设计的图像加密算法具有较高的安全性以及较快的加密速度。因此,越来越多的研究者投身于利用混沌系统设计图像加密方案的科研中。本文以利用超混沌系统设计高安全性的图像加密方案为主。首先,概述研究该课题的背景及意义,并介绍混沌图像加密方案在国内外的研究现状。然后,详述混沌理论、密码学基础和混沌图像加密基本流程及安全性分析标准。最后,利用超混沌系统设计了两种图像加密方案,具体内容如下。(1)本文提出了一种基于广度优先遍历和动态扩散的超混沌图像加密方案。该方案解决了目前有些置乱方案不能完全打乱图像相邻像素的相关性以及在许多基于置乱-扩散结构的方案中,置乱密钥流和扩散密钥流相互独立导致这两个密钥流可以被分别破解的缺陷。在该方案中,首先将广度优先遍历用于置乱过程;其次,在置乱密钥流的控制下使用广度优先遍历对扩散密钥流进行重排列,从而提高算法的安全性;最后,设计一种动态扩散方法对图像像素进行加密。(2)本文提出了一种基于超混沌系统的图像分段加密方案。该方案解决了目前许多算法存在缺点:明文及密文没有参与密钥序列生成过程导致算法不能抵抗差分攻击。在该方案中,首先将置乱后的图像在混沌序列的控制下分成三个序列;然后,分别加密这三个序列,并且在加密每一个序列时,另外两个序列都参与混沌伪随机序列的生成过程,从而使算法可以有效的抵抗差分攻击;最后,将加密后的三个序列进行拼接得到最终的密文序列。最后,本文针对上述两种混沌图像加密方案从密钥空间、统计分析、差分分析、密钥敏感性等方面做相应的安全性分析。所有实验采用Matlab进行仿真。仿真结果表明,这两种方案具有较高的安全性且具有比其它方案更快的加密速度。