随着互联网越来越发达,人与人之间的距离被无限拉近;通信行业的高速发展也使得大容量与高频率的信息交互成为可能。与此同时,人们日渐提高对信息图像化的诉求,数字化图片与视频充斥在人们生活与学习的方方面面里。在这种网络技术与通信技术迅速发展,人们对于信息图像化高需求的环境之下,数字图像成为了现今时代主要的网络传输媒介。在人们的日常生活中,数字图像承载着与人们生活、学习、办公、商务等密切相关的重要信息。这些信息的重要性要求图像加密算法能呈现出更加的高效性与鲁棒性。但是用于传统一维信息的加密手段并不适用于数字图像加密;因为数字图像在数据量上远远大于一维文本与数据,并且图像有其特有的性质——冗杂性,若将图像展开为一维信息并对每个像素点进行加密,不但效率十分低下,且加密效果并不理想。因此,传统的加密算法并不适合于图像加密。另一方面,随着计算机计算能力的高速发展,计算机使用穷举法破解密钥的速度越来越快,某些传统加密算法对于攻击者来说形同虚设。因此亟需一种加密算法能够极大改善算法的密钥空间。本文侧重研究基于数字混沌的双域数字图像加密算法,同时,为了抵御选择明文攻击,还引入了明文关联加密技术。本文的主要研究内容有以下三个方面:1.研究了不同的数字混沌对图像加密效果的影响。在研究过程中,不同的数字混沌(低维/高维)被用于产生密钥,本文采用二维Hénon映射、三维Chen氏映射,以及新型四维超混沌映射来进行对比试验。经过初始值严格设定与一定量次迭代后的数字混沌用于产生与图像像素值进行计算与加密的混沌序列。二进制处理后的混沌序列与图像像素值序列进行异或(XOR)操作。实验表明,不同的数字混沌对于图像加密的效果有很大不同。在相同的图像加密基础方案下,运用高维数字混沌产生混沌序列的加密方案较之采用低维混沌的,具有更好的稳定性与安全性。2.研究了基于高维数字混沌的双域图像加密技术:首先提出采用高维混沌产生混沌序列,与空域图像进行加密处理;对得到的加密图像进行二维离散傅立叶变换,进而在频域对图像进行下一轮加密的加密系统。双域加密在相关系数、信息熵等统计信息上,表现的都比单一域加密更好。其次,进行了两种加密算法的比较分析。结果表明:频域加密的引入使得加密后的图像混乱程度更大;而在算法比较中发现先进行频域加密得到了最佳的效果。3.研究了抵御选择明文攻击与已知明文攻击的双域图像加密算法:传统加密手段已经很难应对这两种经典的攻击手段。本研究在双域加密的基础上,在频域处理中引入了明文关联加密技术,将未经处理的明文作为加密算法的输入,与空域加密图像及混沌序列进行移位运算。明文关联加密的加入不但在统计上加强了加密效果,并且实现了抵抗已知明文攻击和选择明文攻击。本文系统研究了数字混沌技术、频域加密技术,以及明文关联扰乱算法,提出的双域加密方案有效地提高了数字图像加密的安全性能,包括在抵抗各种经典攻击手段上的安全性能体现。通过使用数字混沌作为密钥发生器,产生互不相关的混沌序列,结合到多级的图像加密运算之中,极大地增强了加密系统的密钥空间,增强了加密图像抵抗暴力攻击的能力;由于数字混沌系统的密钥敏感性,间接增强了基于数字混沌的图像加密系统的鲁棒性。通过引入傅立叶变换和频域图像加密操作,降低了明密文之间的相关性以及密文图像的统计特性,增强了加密算法抵御统计攻击和差分攻击的能力。通过引入明文关联扰乱算法,使得每个像素点的密文都与其前向像素点明文相关,实现了实际加密密钥随明文变化而动态变化,增强了加密算法抵御已知明文攻击与选择明文攻击的能力。总之,本文通过分析基于数字混沌的多种图像加密算法,提出了新型的数字图像加密方案,改变了传统数字图像加密难以高效抵抗多种攻击方法的现状,在论文中给出了所提出的加密技术方案相关的详细安全性能分析。