物联网、云计算、大数据等新技术已渗透到城市生活的各个领域,也为中国经济引擎升级带来新的机遇和挑战,而信息安全是这些新技术的根基。数字图像因其直观、形象生动、信息量大等优点,在各种网络和设备上传输和存储,在带给人们便捷的同时,图像信息安全保护问题日益突出,已成为信息安全领域的一个重要研究课题。混沌系统具有对初始条件及参数的极端敏感性、混合性、快速衰减的自相关性、长期不可预测性和伪随机性等优良特性,使得它非常适合用于数字图像加密。基于DNA计算具有高度的并行性、海量存储能力、极低的能耗等优点,人们尝试将其用于信息安全、数学、医学、电子等领域。本文首先阐述了数字图像加密基础知识和混沌与DNA计算相关理论。在此基础上,利用混沌系统、拉丁方矩阵设计、DNA编码等方法和技术,设计了数字图像加密算法,并给出了数字仿真结果和算法性能分析。主要工作和研究内容如下:1、依据DNA编码、混沌系统以及正交拉丁方矩阵的相关知识,设计了基于正交拉丁方矩阵和DNA序列运算的图像加密算法。这个加密算法按照RGB色彩模式分成三个分量,使用LSS-CML混沌系统产生随机的序列。首先,对三个分量进行DNA编码,用产生的正交拉丁方矩阵对编码之后的矩阵进行置乱;接着使用编码规则进行计算并使用混沌系统产生的序列进行矩阵的置乱;最后进行DNA解码,将正交拉丁方矩阵,混沌序列以及上步置乱后的密文矩阵进行异或以及运算得到最终的密文图像。该算法的创新点为:(1)算法采用的是LSS-CML混沌系统,与单向耦合映像格子(OCML)混沌系统相比,它有着更好的随机性;(2)采用正交拉丁方矩阵和DNA编码对矩阵进行置乱和扩散,削弱了矩阵像素点之间的强相关性,增强了密文的敏感性。2、依据循环矩阵可以构建拉丁方矩阵,设计出一个改进的基于正交拉丁方循环矩阵的图像加密算法。在密钥产生阶段,引用了两个十六进制的序列,一个生成正交拉丁方循环矩阵,一个作为初始值和参数。在加密的过程中,首先利用混沌系统置乱两两分量按位异或生成三个矩阵;接着把矩阵合并分成四块,进行行列变换;然后将拉丁方循环矩阵的值作为坐标索引进行置乱并与混沌序列异或运算;最后使用拉丁方矩阵、混沌密钥流再一次的异或计算进行扩散。该算法的创新点在于:(1)利用Hash函数产生密钥,增强了密钥序列的随机性;(2)三个分量合并成一个矩阵,进行行和列的分块置乱,提高了密文的混乱程度;(3)利用拉丁方(循环)矩阵对前面置乱后的图像进行两次扩散运算,提高了密文的扩散程度。信息熵、直方图、相关性、无损性等方面进行实验分析,与其他加密算法对比,本文的算法具有能够抵抗来自未知操作攻击的优越性。最后进行工作总结,并且对图像加密方向在未来的发展趋势做出一些展望。