本文將4D Lorenz混沌映射應用在彩色圖像加密中，并簡要的分析了4D Lorenz混沌映射的動力學性質，基于這個映射，設計了一種位平面置亂和擴散的圖像加密算法。在傳統的置亂–擴散結構中，置亂和擴散一般是兩個獨立的部分，本文算法將位平面置亂和擴散同時進行。位平面置亂采用循環移位，擴散采用異或和取反操作。此外為了提高抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊的能力，與原文相關的SHA-256將應用在密鑰流產生器中，因此不同的明文將產生完全不同的密鑰流。最后對本文提出的加密算法進行了相關的性能分析，如密鑰分析、敏感性分析、統計分析等等，基于所有仿真實驗分析，本文所提出的算法，在數字圖像加密中具有較好的性能。

　　在現代的數字圖像技術中，二維彩色數字圖像扮演著越來越重要的角色。一副二維數字圖像中攜帶著許多可視化的有意義的數據，如果秘密圖像被泄露，落入不法犯罪分子之手，將會造成極大的信息安全問題，因此信息安全問題就顯得非常重要。數字圖像具有數據容量大、冗余度高、相鄰像素之間的相關性強等固有特征，這些特征使得大部分的傳統文本加密經典算法如DES （Data Encryption Standard）、AES （Advanced Encryption Standard）等不再適用圖像加密，研究人員利用不同的技術開發了許多圖像加密系統，如DNA 加密，混合圖像加密，利用小波，卷積變換等加密算法，在這些技術中，混沌理論應用的最為廣泛，這是因為混沌映射具有初始狀態敏感性、不可預測性和遍歷性，這些性質可以在圖像密碼系統中找到相似的性質。

　　1989 年，Matthews 首次提出基于混沌系統的加密方案。1997 年，Fridrich 將混沌映射應用到圖像加密系統。1998 年，Fridrich 利用2D 混沌系統提出置亂–擴散結構的圖像加密方案，在這種結構下，首先在置換過程中對像素位置進行擾亂，以減少相鄰像素之間的強相關性。之后，在擴散過程中像素值逐一改變，后一個值與前一個值相關，前后擴散兩輪，類似雪崩效應?，F有的圖像加密算法中，此結構占據很大部分。首次提出將圖像濾波應用在圖像加密算法中，首先基于圖像塊的置亂，擾亂圖像像素的相關性，然后在擴散過程中，使用它提出的圖像濾波器的方法，對置亂后的圖像進行擴散，最后部分的仿真測試顯示它比一般的圖像加密方案要更優良。，采用的是2Dhenon 映射加密圖像，打破了傳統的置亂–擴散結構，它采用兩點式置亂擴散同時進行，大大的提升了密碼系統的速度，并且為了抵抗選擇明文和已知明文攻擊，它采用了根據明文生成密鑰流的方式，即不同的原圖將會產生完全不同的密鑰流。均采用2D 映射，生成混沌序列，應用在加密圖像中，基于級聯調制耦合（CMC）模型提出一種新的2D Logistic ICMIC 耦合映射（2D-LICM），比起參數較少，軌道相對而言較簡單的一維混沌映射，它的效果會更加優良，介紹的是一種新的2 維Sine Logistic 模型映射（2D-SLMM），它起源于Sine 映射和Logistic 映射，比起單獨的兩個映射，2D-SLMM 具有較寬的混沌范圍、較好的遍歷性和超混沌特性。與1D 混沌映射相比，它們通常包含一個變量和幾個參數，并且它們的軌道很簡單，因此它們的參數和初始值相對而言容易地估計，當這些映射被應用在圖像加密系統中，容易被破解。另一方面，高維混沌映射具有更多的變量和參數，通常表現出良好的超混沌性質，更適合于加密。

　　與像素平面置換相比，位平面置換不僅改變像素位置，而且改變像素值，所以它擁有更好的加密效果，同時為了對抗選擇明文和已知明文攻擊，許多加密算法會提取圖像的一些固有特征，如計算漢明距離，圖像的hash 值，圖像的和等等，因此不同的明文，將會得到完全不同的特征。因此，根據上述分析總結，本文將利用高維的超混沌Lorenz 系統，產生一系列混沌序列，基于這些序列，設計了一種位平面同時置亂—擴散的圖像加密算法。位平面置亂采用循環移位，擴散采用異或和取反操作，并且設計了一個密鑰產生器，更好的抵抗選擇明文攻擊和已知明文攻擊。

　　本文的結構如下，在第2 節，介紹超混沌Lorenz 系統，給出了它的混沌吸引子與lyapunov圖形，簡要分析了它的動力學性質。在第3 節提出基于Lorenz 圖像加密算法。第4 節，對本文提出的加密算法進行了相關的性能分析，如密鑰分析、敏感性分析、統計分析等等，基于所有仿真實驗分析，本文所提出的算法，在數字圖像加密中具有較好的性能。最后在第5 節給出了本文的總結。