近年来,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)作为物联网的核心技术之一,由于其在军事、科学研究等领域的广泛应用,引起了学术界越来越多的关注。在WSN安全中,所有基于密钥加密的安全解决方法都要求密钥建立服务和密钥管理服务,负责密钥和传感结点之间的绑定,以及帮助建立传感结点之间的共同信任和安全通信。因此,安全密钥建立与管理对于无线传感器网络的安全应用是最基础的要求。WSN结点因其能量、资源受限的硬件特点给其上的安全研究带来了困难,传统意义下的密码算法并不能直接应用在WSN中,这就对应用于无线传感器网络的密码算法提出了新的挑战,必须满足在有限的计算资源与能量的情况下实现高安全性。本文主要从无线传感器网络密钥建立与管理方案、加密算法和认证密钥协商协议三个方面进行研究。在密钥管理方案方面,主要基于自愈机制、改进的ECMQV (Elliptic Curve MQV)协议和EBS (Exclusion Basis System)来构造密钥建立与动态密钥管理方案。在加密方案方面,对加密解密计算进行分级,将加密解密分为离线与在线两个阶段,从而构造基于身份的在线/离线高效加密方案。在认证密钥协商协议方面,主要从去双线性对考虑,构建基于身份的轻量级安全密钥协商协议。基于以上研究思路,主要工作有：(1)针对大规模分簇式无线传感器网络,提出了一种基于改进的ECMQV和EBS的密钥建立与动态密钥管理方案。该方案使用改进的ECMQV来实现簇头结点与基站间周期性的注册和验证,运用两条单向散列链对簇内的传感结点进行周期性的注册与验证,并可轻量级地实现簇内多结点间的通信。分析表明,采用本文提出的方案,提高了网络对伪装结点的抵抗性和网络的抗捕获能力,节约了网络运行过程中系统更新和驱逐结点时的能耗,适用于大规模分簇式无线传感器网络。(2)针对大规模分簇式无线传感器网络,提出了一种基于三元多项式的自愈式动态密钥管理方案。本方案运用两条单向散列链对簇内的传感结点进行周期性的注册与验证,利用前向与后向密钥链形成簇会话密钥链来实现自愈机制,利用t阶三元半对称多项式密钥取代了EBS中的普通密钥,通过改进的EBS实现一次驱逐多个传感结点。分析表明,本文提出的方案不仅具有前向与后向安全性,而且可抵抗共谋攻击,更适合于资源受限的无线传感器网络。(3)针对资源受限的无线传感器网络的特点,对加密解密计算进行分级,将加密解密分为离线与在线两个阶段,提出了一种基于身份的在线／离线高效加密方案,并在随机预言模型下证明了方案的安全性。将计算开销大的操作置于离线阶段作为预计算,且不需要预先知道明文信息和接收者的身份信息,使得本方案更具扩展性和适用性。与其他的方案相比,本文提出的加密方案计算开销更小,安全性更高,适用性更强,可在无线传感器网络上轻量级地实现。(4)对文献中一种密钥协商协议进行分析,指出其存在安全漏洞,无法抵抗中间人攻击。为了提高性能与安全性,提出了一种新的无双线性对基于身份的轻量级安全密钥协商协议。并且证明该协议在eCK模型的CDH计算假设下是安全的,相比其他密钥协商协议,本协议更好地支持了敌手询问,并且更加安全或更加高效。