无线传感器网络是由大量具备传感、数据处理以及无线通信能力的低成本、低功耗微型传感器节点以自组织的方式形成的网络。传感器节点自身特点及特殊的应用环境使得无线传感器网络安全面临很多挑战，而密钥管理机制是诸多安全机制的前提和基础。本文介绍了无线传感器网络密钥管理方案的评价指标及其分类，并且分别讨论了典型的分布式和分层式密钥管理方案的性能。分层式无线传感器网络能够延长网络生命周期和提高网络连通性，因此本文针对分层式无线传感器网络，着重于研究簇头节点和簇成员节点的密钥共享，提出了两个安全高效的密钥管理方案。针对基于多项式池密钥预分配方案中被俘获节点数量超过门限值时安全性较差的问题，本文提出一个新的分层式密钥预分配方案。该方案借鉴随机生成密钥预分配方案中利用生成密钥哈希变换获得密钥的方法，通过调节参数可以降低普通节点存储开销的同时保证较高的连通性。该方案不仅具有门限特性，而且在相同的连通性条件下，网络抗俘获性较原方案有明显提高。在无线传感器网络门限密钥共享模型的基础上，本文又提出一种基于分组的分层式无线传感器网络的密钥管理方案，该方案通过运用Shamir秘密共享技术将一个部署组中节点的通信密钥同时恢复。针对密钥节点的加入、删除和密钥的更新问题，本文提出了相应的动态管理方案。理论分析和实验表明，与本文第一个方案相比，该方案保证网络具有高连通性，提高了抗俘获能力；与门限密钥共享方案相比，该方案在保证相同抗俘获性条件下，大大降低了网络的存储、通信、计算开销。