无线传感器网络是由部署在监测区域中的大量微型、廉价传感器节点组成,通过无线通信的方式形成一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、监测覆盖区域中的目标,并发布给观察者。无线传感器网络的应用前景非常广阔,能够广泛地应用于环境监测、智能家居、精准农业、健康护理、建筑物状态监测、地震监测、军事等各个领域。在一些领域,如军事、家庭安全监控等的应用中,传感器网络的安全是非常重要的;由于传感器节点各种资源极端受限,使得传统的网络安全技术不再适用于传感器网络中。本文对无线传感器网络安全问题进行了较为深入的探讨,主要研究内容和创新点如下:1.从安全体系的高度对无线传感器网络安全进行研究,在已有的研究基础上提出了无线传感器网络的安全体系模型,并指出模型中各模块的意义和内在联系,使无线传感器网络的安全体系成为一个完整的系统,为后续研究打下理论基础。2.利用部署信息提出了一种基于对称密钥算法的密钥管理方案KPSBM,在KPSBM中,将节点分为若干组,分别部署到相应的目标子区域中,各分组间利用Blom密钥管理模型进行通信,分组内部利用共享群密钥建立配对密钥,理论分析和仿真结果表明,和现有的一些方案相比,该方案存储和通信开销小,能耗较低,适用于对传感器网络能耗有较严格要求的应用中。3.基于身份的公钥密码学算法,利用部署信息,提出了一种无线传感器网络密钥管理方案KMSBDK,并对其进行理论和仿真分析,和现有的一些方案相比,KMSBDK可以抵挡克隆攻击和Sybil攻击,连通性和可扩展性更好,适用于对传感器网络安全有较高要求的应用中。4.研究了无线传感器网络MAC(Medium Access Control)层安全问题,分析了现有无线传感器网络MAC层协议安全体系的不足之处,针对无线传感器网络遭到非法入侵的情况,提出了一个基于D-S证据理论的MAC层入侵检测机制。该机制利用碰撞率、数据包平均等待时间、RTS包到达率以及邻居节点的报警作为证据,对网络的状态进行实时的分析检测,根据网络的状态做出响应。该算法能够应用于现有的MAC协议如S-MAC、IEEE802.15.4中。仿真结果表明,该算法能够较好地检测针对MAC层的攻击,可在其它安全模块的配合下保证网络的安全运行。5.研究了无线传感器网络路由安全问题,在考虑无线传感器网络自身特点的基础上,采用超图理论进行建模,提出了一种层次型安全路由算法(SRAHT)。使用密码学的相关技术保证了数据的完整性、新鲜性、保密性以及认证性。采用多径路由技术提高了网络的容忍入侵能力,同时引入信用机制,对传感器网络中的恶意节点进行检测,有效地提高了网络的安全性能。理论分析和仿真结果表明,该算法具有较好的安全性与抗攻击性,适用于规模较大的传感器网络中。