随着无线传感器网络的快速发展,其在多个领域得以广泛应用。由于在诸多应用环境中都需要安全机制来确保无线传感器网络的安全运行,而密钥管理又是一切安全机制的基础,所以密钥管理在无线传感器网络安全方面的研究具有十分重要的意义。本文旨在设计一种安全性强、密钥连通性高、网络扩展性好的密钥管理方案,该方案不仅可以对组密钥和对密钥进行联合管理,而且支持新节点的加入、密钥的撤销和更新。主要研究工作如下:1.设计了一种基于矩阵和多密钥空间的对密钥管理方案。该方案以矩阵为基础提高对密钥的连通性,采用增大密钥空间的方法提高节点的抗毁性,将对密钥更新材料嵌入隐藏式中确保仅有合法节点才能从中提取更新后的对密钥材料,以实现对密钥的更新和撤销。理论分析结果表明:该方案具备了抵御多种攻击类型的能力,在保证高密钥连通性的基础上,相比其它密钥管理方案,有效地降低了节点的通信开销、计算开销和存储开销,提高了网络的扩展性。2.在基于矩阵和多密钥空间的对密钥管理方案的基础上,设计了组密钥管理方案。在方案中提出了一种基于中国剩余定理的可认证组密钥建立方法。该方法通过构建中国剩余定理一元线性同余方程组,将组密钥藏匿于同余解中,使攻击者无法提取组密钥信息。此外,组成员节点还可以依据同余解完成对组管理员身份的认证,保证组密钥建立命令的正确性和有效性。理论分析结果表明:该方案相比DAAG组密钥管理方案,有效地降低了节点的通信开销、计算开销和存储开销。3.在以STM32F103为主控芯片和ATRF212为射频模块的硬件平台上完成本方案的实现工作,并搭建测试验证系统对方案进行功能验证和性能测试。测试验证结果表明:本文提出的密钥管理方案合理可行,不仅能够适用于资源有限的无线传感器网络,而且在较低通信开销、计算开销和存储开销的前提下,确保了网络的安全运行。