随着科技水平的提高,信息的传递方式日益快捷和多样化。彩色图像作为信息的重要载体,对信息的传递起到重要作用。然而,信息泄漏和破解时有发生,因此,图像加密就成为信息安全存储和传输的关键环节。混沌系统因其对初始条件高敏感性、伪随机性强等特点,符合加密系统的要求,在数字图像加密中得到了广泛应用,相关研究也迅速发展起来。本文首先构造了一个简单结构的四维(4D)超混沌系统,对其进行动力学特性分析。基于此系统提出两种彩色图像加密方案。主要工作如下:1.根据4D超混沌系统的结构,在Bao系统的基础上引入一个状态变量并调整方程的结构,构造一个新颖具有简单结构的4D超混沌系统。通过计算机仿真获得其相轨迹图、李雅普诺夫指数图、分岔图和时域图等,对其进行动力学分析。理论分析和仿真结果表明,该4D超混沌系统具有更为简单的结构和更加复杂的非线性动力学特性,适合用于图像加密。2.基于以上简单结构的4D超混沌系统和相向扩散提出一种新的彩色图像加密方案。利用超混沌系统为加密过程产生所需的密码序列。该加密算法对彩色图像的三个分量(RGB)单独加密,采用和明文相关的密钥解决了密钥和明文无关的问题,增强了算法抵抗选择明文攻击的能力。扩散过程采用一种新的扩散方式——相向扩散。经过一个循环周期即可完成扩散过程,降低了计算复杂度,扩散更为均匀。利用Arnold矩阵和像素相乘后取模运算改变像素值。通过理论分析和实验仿真,以及对比相关参考文献结果,证明该加密方案在信息熵和抵抗差分攻击方面有具有更优的表现。3.基于以上简单结构的4D超混沌系统和单次循环扩散提出一种新的彩色图像加密方案。超混沌系统为加密过程产生所需的密码序列。利用Arnold矩阵和像素相乘取模运算改变像素值。扩散过程采用一种新的扩散方式——单次循环扩散。该扩散方式解决了以往扩散中三个分量间没有关联性的问题,降低了密文图像相邻像素的相关性,增强了明文与密文的联系,从而能够更好地抵抗差分攻击。通过理论分析和实验仿真,以及对比相关参考文献结果,表明该加密方案具有良好的安全性和抵抗暴力攻击性。