物联网（Internet of Things,Io T）由大量电子设备组合而成,通过互联网实现万物互联和信息共享。物联网已在许多领域得到广泛应用,如工业制造、智能家居、医疗健康等等。在这物联网发展如火如荼的年代,安全却成了阻碍其发展的重要原因之一。针对物联网的安全攻击不仅可能导致工作紊乱、财产损失,更有甚者将威胁到用户的隐私和生命安全。在万物互联的背景下,网络是恶意人员或组织发起攻击的主要途径,设计安全的网络通信协议对保障物联网信息安全有着十分重要的意义。受限于物联网设备的计算和存储资源、能源供给等因素,传统互联网基于非对称密钥体系的安全通信协议在物联网环境下难以得到普遍应用,基于预共享对称密钥的方案成了诸多学者所提出的解决方案。本文主要研究适用于泛在物联网的轻量级安全通信协议,提出了基于预共享密钥与轻量级密钥同步更新算法的安全通信解决方案,使用形式化分析证明了所提出方案的安全性,并通过实验验证了协议声明的低开销和高性能。本文所提安全通信协议基于预共享密钥采用对称加密、哈希函数及循环移位、异或运算等轻量级操作可保证方案在资源极度受限设备上的可行性;密钥同步更新算法使通信双方同步产生会话密钥,解决数据机密性、消息完整性、身份认证等问题,同时定期更新会话密钥也可避免密钥泄露等安全隐患。本文具体内容如下:1.针对目前密钥同步更新算法产生的密钥空间较小,密钥序列固定难以更改等问题,设计满足随机性、不可预测性、长周期的轻量密钥同步更新算法。本文所提轻量密钥同步更新算法基于两款轻量级随机数生成算法,在计算耗费和内存占用上都开销极少,更适合物联网设备。2.本文基于提出的轻量级密钥同步更新算法,设计适用于泛在物联网的安全通信协议。协议在解决身份认证、数据完整性验证、信息载荷机密性、重放攻击、中间人攻击等安全问题的同时,方案可基于预共享密钥高效协商新密钥序列,恢复通信会话密钥,使得方案在实际应用时具有更强鲁棒性,应对密钥序列去同步等情况。3.本文对提出的安全通信协议进行软件实现设计并在树莓派上实验验证方案可行性。同时,通过实验结果对安全通信协议的计算开销、内存占用开销、通信开销进行评估分析,证明方案的轻量高效。最后讨论了本文所提安全通信协议与现有物联网传输协议的结合应用方式,使得方案落地可用。