无线传感器网络是由一组传感器以自组织方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。无线传感器网络的应用前景非常广泛，主要表现在军事、环境、健康、家庭和其他商业领域等各个方面。随着无线传感器网络受到越来越多的关注，其安全问题也变得越来越重要，其安全性研究引起了研究人员和应用者的强烈关注。 本文首先分析了无线传感器网络与传统网络的不同特性，尤其分析了无线传感器网络与已有的工业传感器网络的不同，以及与最相近的移动自组网的不同特性。从分析中可以看到，由于无线传感器网络的能源缺乏，计算能力弱等特性，原有的一些网络安全方法并不能适用于无线传感器网络。 根据无线传感器网络特性，本文对无线传感器网络各层协议的安全进行了研究。本文的创造性结果主要有： 1.针对数据链路层安全的主要问题——媒体介质控制层恶意节点的拒绝服务攻击，提出了广播报文源端认证协议PAB，并在这个协议保证节点的身份被认证的前提下，提出了基于优先级的控制协议PSQMA。PAB协议是阻止恶意节电进行拒绝服务攻击的基础，并且其及能保证安全性有可以保证实时传送。PSQMA协议根据无线传感器网络中由一个应用商所预布置的数据所对应的优先级，决定数据是否能占用信道。性能和安全分析表明，这个协议能很好地击退不公平资源占用攻击和资源耗尽攻击，并提供一定的服务质量。 2.针对数据集中型典型路由协议DirectedDiffusion和层次型路由协议LEACH协议设计了安全机制并集成到路由协议中去，给出了SecureDirectedDiffusion(SDD)协议和SecureLEACH(SLEACH)协议。SDD协议基于TESLA协议，保证路由信息不被篡改和伪造，并使用多路径和概率性选择来抵抗选择性转发等攻击。但在SDD中，没有考虑数据的安全聚集。在SLEACH协议中，使用TESLA协议来保证路由信息不被篡改和伪造，并为抵抗恶意节点使用概率性选择来确定聚类首节点等。在SLEACH中协商了聚类首节点和聚类成员节点之间的对密钥，一定程度上保证了安全数据聚集。 3.针对无线传感器网络的数据聚集安全进行研究并提出安全机制。数据聚集是无线传感器网络的特征之一，数据聚集协议在各层都可以使用，但是一般在网络层和在应用层应用较多。本文给出的安全机制可以应用在网络各层，而不只限制在路由层。给出的安全数据聚集协议的主要思想是：上级节点概率性地要求下级节点提供数据聚集的原始数据，进行数据验证来保证数据聚集的安全性。为了防止节点篡改数据，使用节点与其聚集路径上的节点之间的对密钥和组密钥来保密数据。同时，为了不让安全协议破坏数据聚集最主要的提高通信效率的目的，所设计的协议选择了消息认证码和概率性验证来保证效率。 4.最早提出并研究了一种无线传感器网络中有特别应用的密钥，数据流向基站的路径上的节点之间的对密钥和组密钥，本文定义为径向对密钥和径向组密钥。本文研究并分别提出了径向对密钥的两种密钥管理方法和径向组密钥的两种密钥管理方法。基于KDC的径向对密钥管理及治的主要思想是：让远离基站的节点计算密钥，而靠近基站的节点则依靠基站来帮助分发这个密钥。基于多项式的径向密钥管理机制利用多项式来计算节点之间的对密钥。基于径向对密钥的径向组密钥管理机制思想是，利用单向哈希链来发布组密钥的消息认证码，然后由各个节点逐次传递而不都让基站去发布组密钥，这样能节省通信效率，同时不降低安全性。而基于多项式的径向组密钥管理机制从组密钥的角度来看，没有节省通信效率，但是，基于这种方式发布的多项式，既可以计算出径向组密钥，也可以计算出径向对密钥。这样看，就节省了不少通信资源。对以上方案的安全分析和效率分析表明，其安全性并不差于传统的基于密钥分发中心的密钥管理机制，但通信效率却提高了。