无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)集成了传感器、计算机和通信三大技术,被认为是21世纪最重要的新技术之一。WSN已被广泛地应用于军事、环境、家庭和商业领域等各个方面,其安全问题越来越受到人们的重视,以提供安全、可靠的保密通信为目标的密钥管理是整个安全的基础,也是WSN研究最为重要、最为基本的内容。本文研究的主要内容是针对基于对称矩阵LU分解的WSN密钥管理方案的通信密钥不能正确建立和通信开销大等缺陷,引入密钥认证机制,提高密钥协商的安全性和成功率,并对密钥协商过程进行优化,如减少发送无关信息。相对于原LU方案,本文带认证的LU方案将密钥协商过程中的平均通信量降低了16.7%。在此基础上,本文结合密钥隔离加密体制(Key-Insulated Encryption,简称KIE),提出了基于KIE的密钥管理方案,即KIE-WSN密钥管理方案。其核心思想是:将传感器节点ID作为KIE的时间阶段信息,网络中各个节点共享公钥,并拥有与自身ID对应的私钥,加密函数的输入是明文、节点ID和公钥,其密文只能被该ID对应的节点解密。分析表明,KIE-WSN方案具有语义安全性和门限优化(N-1, N)安全性。基于KIE-WSN方案,本文构造了KIE-WSN对密钥密钥管理方案。当节点被攻陷时,其泄露的密钥信息不会对网络构成安全威胁,因此KIE-WSN对密钥管理方案具有很好的抗毁性。另外,其具有常量复杂度的存储和通信性能,优于现有的密钥管理方案。本文还构造了KIE-WSN组密钥管理方案,其主要思想是簇内成员共享一个随机ID对应的组私钥,因此可以解密由组公钥加密生成的组密钥,建立安全组播通信;同时,为了增强安全性,本文组密钥管理方案支持组私钥的动态更新。分析表明,本文组密钥管理方案具有如下安全性:组秘密性、组密钥不可欺骗性以及前向和后向安全性。另外,将对密钥和组密钥管理集成在一起,解决了对密钥和组密钥的连续性问题,具有强连续性。最后,本文在Sun Spot Sensor上完成了KIE-WSN方案的部分仿真工作,对获得的相关性能数据进行了分析和比较。