计算、通信和传感器三大技术的迅速发展催生了无线传感器网络。无线传感器网络自身的特点使得在该网络中提供安全的保护措施成为一种挑战。安全有效的密钥管理机制则是构建安全的无线传感器网络的核心技术之一。由于无线传感器网络中没有认证中心，且节点的计算和存储能力都非常有限，因此大多数已有的密钥管理机制无法直接应用于无线传感器网络。于是众多学者在无线传感器网络密钥管理机制方面开展了大量的研究工作，尽管如此该领域仍存在大量有待解决的问题，值得进一步深入研究。Blundo协议是无线传感器网络中一个典型的随机密钥预分配协议。该协议采用一个t次对称二元多项式来构建所有传感器节点对之间的共享密钥。为了抵抗部分传感器节点被俘获后对网络安全造成的影响，Blundo协议需要t值充分大，但是t值越大，传感器节点所需消耗的能量就越多。针对上述问题，提出了一种基于分层网格结构的无线传感器网络密钥预分配协议。该协议在Blundo协议的基础上，通过引入分层网格使传感器节点可以选择不同的多项式来构建共享密钥。从而在控制传感器节点计算量的同时有效的降低了部分节点被俘获后对整个剩余网络的安全造成的影响，增强了网络的健壮性。无线传感器网络中节点之间是通过相互协作来完成某一项任务的，为了抵抗针对协作过程实施的恶意攻击，需要密钥管理协议提供节点间相互认证的功能。与对称密钥系统相比，非对称密钥系统在密钥的管理和安全性方面具有优势。因此，提出了一种新的两方Weil对密钥协商协议。该协议满足密钥协商协议所应具备的所有性质，完善的前向安全性、抵抗未知密钥共享、已知密钥安全、抵抗密钥控制、抵抗使用泄露的密钥进行假冒攻击。在该协议的基础上，结合二叉逻辑密钥树结构，进一步提出了一个适用于无线传感器网络的可认证的组密钥协商协议。该协议实现了传感器节点间的相互认证，能有效抵抗针对协作过程实施的恶意攻击。根据无线传感器网络自身的特点和网络布局，提出了一种新的层簇式结构的组密钥协商协议。该协议将网络划分成若干个适合的簇，并进行合理的分层，构建层簇结构。然后在此结构上基于椭圆曲线密码体制实施组密钥的协商和分配。该协议充分利用了无线传感器网络的布局特点，使得传感器节点在密钥协商过程中具有低计算开销与低通信开销的优势。基于该协议的设计思想对其进行了扩展，提出了一种基于环状分层结构的组密钥协商协议。该协议采用了环状分层的结构，基于多线性映射进行子组密钥和组密钥的协商，并采用对称密钥算法实施组密钥的安全分发。该协议的这种设计方法较好的解决了在传感器网络中进行密钥协商时所遇到的节点能量受限问题。为了在无线传感器网络中提供节点之间的快速认证，提出了一种基于ID的无线传感器网络密钥分配协议。该协议利用传感器节点的身份标识，采用双线性映射方法在密钥协商过程中同步实现了节点间的身份认证。由于节点间的认证是基于身份标识的，不需要传输公钥证书，从而在增强网络安全性的同时降低了传感器节点的通信开销。为了进一步降低传感器节点的能量消耗，对基于ID的无线传感器网络密钥分配协议进行了改进。基于FFD(安全管理者节点)和RFD(传感器节点)的标准定义以及Perrig等人给出的能量模拟试验(通常传感器节点的通信开销与计算开销相比消耗的能量较多)，改进的协议提出将传感器节点上的复杂操作转移到安全管理者节点一方，以降低传感器节点的计算开销，并通过牺牲一定的计算量来换取低通信量，以降低传感器节点总的能量消耗。基于上述思想，改进的协议利用节点的身份标识在密钥协商过程中同步实现了传感器节点与安全管理者节点间的认证，并有效降低了传感器节点的能量消耗，适用于资源受限的无线传感器网络。