随着信息技术的日新月异,人们的生活也变得越来越便利。数字图像作为重要的信息形式之一,在传输中很容易被窃取、篡改,因此其安全问题引起了广泛的关注,图像加密也成为了信息安全领域的研究热点。而混沌系统的伪随机性、遍历性以及对初始条件的敏感性与密码学中的混淆和扩散有很大的相似性,为图像加密算法的研究提供了更大的空间。因此,本文提出了一种基于正弦变换的二维混沌系统结构,利用该结构可以产生多种混沌系统,并将该结构产生的混沌系统应用于提出的图像加密算法,使加密后的图像具有更强的抗攻击能力,更高的安全性。本文主要的研究内容及创新点如下:(1)一维混沌映射的结构简单且易于实现,但是其混沌范围较小,使用较低的计算成本便可预测其输出的混沌序列。高维混沌系统具有更好的混沌性能,混沌轨道更难以预测,但是计算成本较高,在实时应用中具有一定的局限性。因此,本文根据Sine函数良好的非线性性能提出了一种基于正弦变换的二维混沌系统结构,利用该结构可以产生多种混沌系统,并对其进行仿真验证。根据美国国家标准与技术研究所制定的伪随机序列测试标准SP800-22对产生的混沌序列进行测试,并仿真得出二维混沌系统的Lyapunov指数图、序列相关性图以及序列相关性测试结果。仿真结果表明,本文提出的基于正弦变换的二维混沌结构产生的二维混沌系统与现有的一维混沌映射相比具有更强的初值敏感性和更大的不可预测性,证明了该结构产生混沌系统的可行性。(2)为了提高算法的随机性和安全性,同时不增加计算的强度,本文提出了一种基于二维混沌系统的图像随机分块加密算法。该算法采用置乱和扩散相结合的加密方式,并对图像进行随机分块,每一分块随机选择混沌序列进行加密,有效地增强了算法的随机性和安全性。通过对该算法进行仿真验证,并从灰度直方图、相邻像素点相关性、密钥敏感性、密钥空间、抗差分攻击、信息熵等方面深入地分析该算法的安全性。结果表明,该算法不仅充分地利用了混沌的基本特性,还能有效地抵抗穷举攻击,密钥空间大,抗破译能力强,具有很好的实用性。