无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)作为物联网的主要组成部分,在诸多应用领域中扮演着重要角色,例如医疗、交通监测、环境监测等等。但WSNs的诸多固有特性,例如通信信道的公开性、传感器节点存储空间的有限性以及其无人值守等特性,使其易遭受多种安全攻击。密码学技术是WSNs抵御攻击的最有效技术手段,而其中认证协议又是最为常见的密码机制。分析近期四个此类协议中存在的安全问题,分别提出改进协议并给出形式化验证与安全性分析。特别地,对几个共性问题进行分析和总结,提出针对这些问题的改进措施。并且,通过对计算量进行统计与比较,表明改进协议具有相对更好的运行性能。具体研究内容和成果如下:(1)对Li等人于2018年提出的一个无线传感器网络中的三因子认证协议的分析与改进:提出针对该协议的离线猜测攻击,并指出它不满足前向安全性。在保留原方案优势的同时,针对这些问题提出了改进协议。采用基于Pi演算的形式化验证工具ProVerif验证了改进协议的安全性。(2)分析并改进了Moon于2017年提出的远程用户认证协议:指出该协议无法抵抗临时密钥泄漏攻击,以及无法提供用户不可追踪性等安全问题。提出的改进协议与原协议相比,运行性能几乎相同,但具备了几乎所有重要安全属性。(3)分别分析和改进了Maurya等人与Wu等人所提出的认证协议:针对其中的共性问题——无完美前向安全性,无法抵御离线口令猜测攻击以及临时密钥泄漏攻击,提出针对此类安全问题的具体改进措施。