以离散混沌映射作为基本变换环节的混沌密码，近年来在图像加密和数字水印等领域得到了广泛的应用，混沌加密技术也成为当前信息安全领域研究的热点之一。本文分析研究了几个混沌密码算法编码环节的性质；对三个具体的混沌图像加密算法进行了安全性分析，给出了相应的攻击算法，并分析了攻击算法的有效性；基于对混沌算法编码环节和混沌图像密码算法分析，结合现有混沌密码设计研究成果，设计了一个基于双混沌映射的离散混沌图像加密算法；针对具体应用环境，设计了一个基于离散混沌加密的数字水印算法。主要工作具体如下：1.对几个混沌密码算法编码环节的性质进行了分析。首先，分析了混沌函数y tgx (1x)n随参数n变化时的单调性，以掌握该混沌变换系统在离散过程中的渐变特性；其次，对Cat类映射作为离散混沌密码算法变换环节的一般特性进行了分析，给出了在该类变换环节中此类映射的求解方法；最后，分析了逐位模2加运算与模2n加运算构成的混合运算方程的求解问题，给出了不同条件下该混合方程求解的方法。2.针对PFTL图像加密算法密钥参数在图像置乱阶段使用的密钥与像素扩散密钥无关这个弱点，在已知明文图像的条件下，给出了算法在不同迭代圈数下的分割攻击算法，并对攻击算法的有效性进行了分析，分析结果表明算法的安全性远远低于设计目标。3.分析了一个基于Logistic映射的图像加密算法在已知明文攻击条件下的安全性。利用混沌序列具有的“初态的低位比特对输出状态的高位比特影响不大”这个信息泄漏规律，通过试验得到了试验密钥和正确密钥的吻合度数据指标，据此给出了已知明文条件下的分割攻击算法，该算法对长度为64比特的密钥攻击成功率为0.815，计算复杂度为218。4.针对LSW算法加密过程中，只用图像像素灰度值与三值序列简单结合的特点，给出了在已知明文条件下的攻击算法，分析表明攻击算法可以完全破译LSW算法。5.基于三维广义Henon混沌映射和Cat映射设计了一个图像加密算法，通过使用双混沌映射和多层多圈迭代设计，克服了混沌映射在离散化过程中的密钥因素取值空间减小，以及不同变换环节的密钥可分割性等问题。分析和实验结果表明，该算法具有较高的安全强度和较快的加密速度。6.设计了一个基于离散混沌动力系统和小波分解的数字图像水印算法，在水印图像预处理阶段，利用Logistic映射生成的混沌序列对水印图像进行扩展置乱，再利用Logistic映射生成密钥对水印印信息进行加密，保证了水印信息的安全性；在水印图像嵌入阶段，对宿主图像进行三层小波分解，利用小波系数大小关系将水印嵌入到水平方向的高频系数中。分析和实验结果表明，算法具有良好的鲁棒性，水印的安全性和不可见性明显优于常见算法。