随着计算机网络通信技术和多媒体技术的发展,人类社会进入了数字时代。多媒体由于数据的直观性强、信息量大等特点使得它成为人类社会在信息利用方面的重要手段。尤其是数字图像,它比声音、文字等包含更多的信息量,因而在多媒体信息中占有举足轻重的地位,所以人们对通过网络安全的传输数字图像的需求也越来越迫切。混沌系统具有良好的伪随机性、长期的不可预测性、对初始值的高度敏感性等特性,这就决定了混沌系统可以应用于密码学领域。本文首先介绍了混沌理论以及密码学的基本知识,在对已有基于混沌理论的图像加密算法分析的基础上提出了三种图像加密算法。本文提出的基于级联混沌系统的图像加密算法,通过级联高维的时空混沌系统来改善在有限精度条件下混沌系统动力学特性出现退化的现象。基于级联空间混沌系统的选择图像加密算法是在将上述算法结合选择图像加密后提出的。最后,通过对现有基于流加密的图像加密算法和基于分组加密的图像算法的优缺点进行分析,提出了一种结合流加密与分组加密的图像加密算法。理论分析与数值实验均表明这些算法能够达到密码学要求的混淆和扩散的目的,并能有效的预防差分攻击。