随着信息化技术的不断提升,万物互联的时代正在到来。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)作为物联网的重要一部分已经在各领域引起极大的关注,然而在WSNs普及应用的过程中面临着严峻的安全问题。如果网络内没有安全的数据传输,攻击者将很容易获得网络中的敏感数据,甚至伪造一些数据来攻击网络,这将导致网络收集的数据的机密性和完整性受到质疑。研究者们对WSNs的不同网络层进行了安全管理机制的研究,在各种安全管理机制中,密钥管理问题作为其中的核心问题一直是安全研究中的热点。本文的密钥管理方案在异构WSNs模型下进行设计,并取得了较好的性能。本文在异构WSNs模型下提出了两种方案分别为:实现位置隐私保护的密钥管理方案和基于无配对身份数字签名(Pairing-free identity based digital signatures,PF-IBS)算法的密钥管理方案。基于节点自身需求来建立会话密钥的这类密钥管理方案需结合网络路由结构来完成。网络路由结构的生成则需要通过簇头(Cluster Head,CH)或基站(Base Station,BS)提前获取节点的位置隐私信息。然而,一旦网络内节点位置隐私信息被泄露,攻击者可以轻易发现节点并捕获节点(特别是一些重要位置的节点)从而导致网络分区化,这严重影响网络节点收集数据的上传。本文将椭圆曲线密码学(Elliptic curve cryptography,ECC)算法与基于身份的密码学(Identity-based cryptograph,IBC)算法相结合,实现了节点位置隐私信息的保护和安全的消息身份认证。实验结果表明,所提出的保护节点位置隐私的密钥管理方案提升了网络安全性,同时密钥存储空间占用较少,但该方案的弊端是以牺牲能耗为代价。在以上所提方案的基础上,本文希望在确保网络安全性的同时降低能耗。本文发现可以通过改变网络模型以及采用PF-IBS算法完成密钥建立过程的消息身份认证从而为网络节省大量能耗。实验结果表明,第二次所提出的密钥管理方案既增强了网络安全性,同时又节省了能耗,然而却占用了较多的密钥存储空间。