在现代社会,视觉信息,尤其是数字图像媒体在数字网络通信中扮演着越来越重要的角色。数字图像通常包含一些诸如商业机密,医学档案以及军事图纸等重要敏感信息,这些图像的不正确发布很可能对相关个人或者机构造成严重损失,因此对这些图像的可信性的保障变得越来越重要。图像加密技术将原始秘密图像转换到不可理解的形式来提高图像存储和传输的的安全性,可以有效地解决此类问题。　　另一方面,即使数字图像以密文的形式存储,当部分图像被破坏时,虽然没有泄露秘密信息,解密后的图像通常也是不可用的。在部分信息传输中丢失的情况下,完整的恢复原始数字图像也是一个非常关键的问题。　　本文对以上两个关键问题进行统一考虑,主要从以下几个方面来研究图像加密和秘密分享的相关技术:　　1.基于流密码的数字加密算法;　　2.基于混乱和扩散机制的数字图像分组加密算法;　　3.基于置换和扩散机制的数字图像分组加密算法;　　4.基于随机网格和混沌加密的图像秘密分享算法。　　本文的主要研究工作和创新点如下:　　(1)提出了一种基于循环椭圆曲线与混沌系统的图像流式密码方法。其中,基于反馈模式的Logistic混沌系统生成初始密钥和256位外部密钥。然后,生成的密钥流与来自于的椭圆曲线上的点序列进行混合。通过加密性能和安全性分析,表明了所提出算法的有效性。　　(2)基于混合线性反馈移位寄存器(LFSR)和混沌系统,提出了适用于数字图像的高效的混合加密方案。该方案的核心思想是在二维混沌系统的频域信息来进行像素位置的置乱。这使得视觉信息可以动态地引起密文图像的变化,从而对选择明文攻击免疫。随后,以LFSR和混沌系统混合作为轮密钥,基于传统的加密方法,对置乱图像进一步混乱。LFSR、混沌系统加密以及原始加密方法的混合,增强了加密性能和扩大了抵抗暴力攻击的密钥空间。对密文的统计分析和差分攻击分析测试表明了所提出的图像加密算法具有更高的安全性。该方案最主要的贡献在于其在ECB模式下实现了安全的图像分组加密算法,使算法在保证安全性的同时依然保持高效性。　　(3)基于量子混沌系统,提出了一种新的彩色图像加密算法。首先,基于整数小波变换的环形自同构,通过只加扰低频的Y(亮度)分量,提出了一个新的置换方法。然后,采用自适应的量子混沌映射,混合水平和垂直方向相邻像素的特征,实现两种扩散功能模块。最后,通过量子混沌系统生成中间混沌密钥流,完成图像置乱和混淆。多项实验和安全性性能分析表明,所提出的彩色图像加密方法具有明显更高安全性能与效率。大部分实验结果的比较分析都表明该算法的优越性。　　(4)通过将秘密的二进制图像编码转换成多个有意义的影子图像,提出了一种新颖的秘密图像共享方案。本方案结合了随机网格、误差扩散和混沌加密三种技术。分存阶段,首先通过混沌加密对秘密图像进行加密,然后在误差扩散的过程中将加密后的秘密图像分存为n幅半色调影子图像;恢复的时候使用k个或者更多个影子图像即可恢复秘密信息。该方案具有计算简单、影子图像恢复时顺序可变换、没有像素扩展等优点,同时避免了复杂的码书设计问题。实验结果和分析表明了该方案的有效性。