无线传感器网络因其广阔的应用前景，受到了人们越来越多的关注。与此同时，其安全问题也变得越来越重要，其安全性研究逐渐引起了研究人员更多的关注。由于传感器网络节点数目众多，节点资源和计算能力有限，部署环境的开放性使得节点易于捕获，这些特点使传统的有线网络和无线Ad hoc网络中广泛使用的安全技术都不适用于无线传感器网络，而且能量的约束性和有效性问题是无线传感器网络中必须考虑的核心问题，因此必须针对无线传感器网络的特点为其研究和设计高效的安全机制。以提供安全、可靠的保密通信为目标的密钥管理协议的设计是无线传感器网络安全最为重要和最为基本的研究领域。本文通过对已有无线传感器网络密钥管理协议的研究，对密钥的生成、分发、协商和更新进行了具体设计。　　 (1)针对在复杂、无人值守的无线传感器网络环境中，传感器节点容易遭受攻击者对节点的俘获攻击。为了提高节点的抗俘获能力，本文对基于对称多项式的随机密钥预分配协议进行扩展，通过一种安全的密钥协商方式，使用单项hash函数对多项式的值进行处理，并设计一种完善的有新节点加入时的密钥分配方法，从而更有效地抵御攻击者的俘获攻击。　　 (2)当前很多无线传感器网络路由协议没有将安全因素考虑在内，并且一些已有的安全方案没有紧密结合分簇路由协议的运行机制。本文提出一种基于动态分簇的异构安全路由协议。该协议在优先考虑能耗问题的基础上，通过多种安全机制实现密钥协商和节点认证以及高效的组密钥更新。新协议能够有效延长网络生命周期并且能给网络提供较强的抗俘获能力。　　 (3)提出一种低能耗的无线传感器网络密钥管理协议，分别从网络能耗以及节点密钥连通性方面对新的协议进行了理论分析和实验仿真。　　 论文对上述密钥分配模型的性能进行了评价分析，重点考虑了节点能耗、节点认证、密钥更新、节点抗俘获能力、网络动态性和异构性以及安全连通率。最后使用NS-2仿真平台对改进的密钥管理协议进行了实验仿真。通过对实验结果进行分析，在改进的密钥分配模型中，节点的能耗、认证、前向和后向安全性、抗俘获能力，对网络动态性和异构性的支持以及安全连通率都令人满意。