军用和民用两方面的需求推动着空间通信向着一体化、网络化方向发展,而空间信息网络(Space Information Network,以下简称SINET)安全的研究是天地一体化网络研究的重要组成部分。但是,SINET开放性的特点使其较传统的地面网络更容易受到信息的窃取、篡改、拒绝服务攻击、重放攻击等安全威胁。为构建一个安全的SINET环境,需要提供机密性、完整性、认证性等安全服务,而这些安全服务要求几乎全部需要由密钥管理策略来提供。但是SINET本身的高动态性、异构性、临时性、稀疏性等特点导致现有的一些成熟的密钥管理方案不能直接运用到SINET中,所以我们必须充分考虑SINET在拓扑、通信方式等方面的特点,选择安全的架构和管理模式,另外SINET节点大规模的成员加入和离开网络给密钥更新带来了严峻的挑战。因此,针对SINET的特点,设计和应用安全高效的组密钥管理方案,是SINET组密钥管理研究中极其重要的课题。本文贡献和创新点主要体现在以下四个部分:1.根据SINET的需求分析以及对国内外发展现状和趋势的研究,确定了SINET空间层、临近空间层、地面层三层的空间骨干架构模型;分析了SINET的主要特点和面临的主要安全威胁,给出其安全需求和密钥管理系统的评价标准,为后面的研究打下基础。2.对SINET的拓扑结构进行研究并对常见的集中式、分组式、分布式等类型的组密钥管理方法及典型方案进行分析对比之后,采用集中式和分布式相结合的组密钥管理模式更适合SINET分层分组式和大规模的特性;给出该模式下典型结构LKH方案的详细描述和安全性能分析。3.受卫星资源的限制,SINET密钥管理方案效率成为瓶颈。对现有的LKH改进方案进行描述和分析,得出现在方案普遍存在的问题在于用户需要维护的密钥数量随着用户量的递增几何增长,并且密钥更新过程中加密次数多导致更新效率低;提出了一种基于B-LKH的SINET组密钥管理方案,使密钥树节点横向递增,限制了树的高度从而减少需要存储的密钥数量,在保证安全性的前提下,有效减少密钥的存储量和发送量,提高组密钥更新效率,适合SINET中群组大规模动态变化特性。4.基于目前大部分密钥管理方案开销过大、方案更多集中于卫星网络层、很少考虑私钥更新且方案基于公钥证书提出的现状,提出了考虑全面的SINET中安全高效的组密钥管理方案。提出适合SINET的私钥更新机制;针对地面层节点单次密钥更新开销大的问题提出批量密钥更新方案,并根据组管理者要求实时在线的现状提出解决方案。