传统的物联网环境采用“烟囱式”的架构,各物联网设备由所属的认证服务器统一认证,由此产生了众多的认证域。随着智慧城市等新型应用场景的出现,域间的物联网设备有了跨域交互的需求。为了保障设备的数据安全,需要对跨域交互的数据进行加密,因此,跨域设备间的密钥协商成为了一个亟待解决的问题。而在进行密钥协商之前,首先需要进行设备的跨域认证,才能保障数据的安全交互。在大规模物联网环境下,由于各个认证域中安全协议存在异构性,设备的功耗性能也相对有限,现有的设备认证与密钥协商技术面临如下问题:首先,域间缺乏高效互信机制,难以达成跨域设备间的信息共享与相互认证。其次,在物联网设备众多的情况下,传统的密钥协商方式管理维护成本过高,需要一种新的密钥协商方式来节约成本。针对域间缺乏高效互信机制的问题,本文提出了一种利用区块链技术实现跨域认证的解决方案。各个域内的认证服务器作为以太坊节点,借助智能合约构建了一套公共存储目录,实现设备信息的跨域共享。在此基础上,本文利用以太坊预言机的分布式加权校验机制,实现跨域互信,并参考OAuth协议设计了一种跨域认证协议,完成对链上设备信息的实时校验,从而验证跨域设备的身份。最后本文研究了几种攻击模型,并通过形式化分析证明系统的安全性。针对在大规模物联网环境下,现有密钥协商方式的高成本问题,本文提出了一种利用网络中的随机延时特征提取密钥的方案。每个域中的认证服务器不仅作为域间信息同步的以太坊节点,同时作为域间密钥协商时特征收集的转发节点,组成一个随机的转发网络。在此基础上,参与密钥协商的物联网设备收集具有互易性的延时特征,并对特征数据进行量化编码与信息调和处理,从而得到一致的会话密钥。此外,本文针对可能的攻击模型给出应对策略并进行安全性分析。最后,本文设计并实现了一套分布式的跨域密钥协商系统。利用以太坊智能合约实现域间设备信息共享,并借助预言机实现跨域设备认证。随后在各域内的认证服务器中部署跨域转发接口,组成随机转发网络。在此基础上,本文设计了物联网密钥协商客户端,利用上述转发网络实现特征提取与密钥协商。