海洋,作为地球上最广阔的水体,其蕴藏着大量的可供人类开发利用的矿物、石油等稀缺资源,设计可靠和安全的水下无线传感器网络（Underwater Wireless Sensor Network,UWSN）对海洋环境监测、海洋开发等研究领域具有重要的研究价值。UWSN采用水声通信,水声信道具有低数据率、长传播时延、窄带宽、高误码率等特点。此外,水声信道的开放和共享特性,使得UWSN面临各种威胁和攻击。然而,目前UWSN的研究大多从节省能耗、延长寿命为出发点,忽略了UWSN中潜在的安全问题。UWSN网络具有移动和自组织特性,搭建一个绝对可信的第三方是很困难的,因此UWSN安全需要去中心化。而区块链本质是一种去中心化的分布式数据库,由于区块链具有去中心化、数据不可随意篡改、交易可追溯、透明性、匿名性等诸多优点,为UWSN的安全问题提供了新思路。为了保障UWSN的安全,本文结合区块链对水下无线传感器网络安全技术进行了研究,提出了基于区块链的水下无线传感器网络的节点身份认证与入侵检测机制。本文的主要研究内容包括:（1）通过对UWSN的特点、安全威胁、安全需求与拓扑结构进行分析,结合区块链基础架构,提出一种基于分簇网络拓扑结构的UWSN区块链模型（Blockchain model of Underwater Wireless Sensor Network based on Cluster network topology,BUWSNC）。该模型是由基站、簇头、簇内成员节点共同组成的一个联盟区块链网络,共同负责区块链管理。在所提模型基础上展开对UWSN的节点身份认证和入侵检测机制进行分析。（2）提出了一种基于BUWSNC模型的UWSN节点认证机制。传统身份认证机制是基于中心化的且需要可信第三方。水下节点容易随着水流或其他水下活动而移动,因此UWSN网络拓扑动态变化,UWSN具有移动和自组织特性,缺乏可信第三方,传统认证机制在UWSN网络容易导致单点故障问题,从而威胁整个UWSN网络安全。因此本文提出一种基于BUWSNC模型的UWSN节点认证机制,包括基于BUWSNC模型的UWSN节点身份认证和基于信用机制的CBFT算法共识认证两部分。基于BUWSNC模型的UWSN节点认证是基站对簇头节点和簇内成员节点的认证,将认证信息存储在区块链中;基于信用机制的CBFT算法共识认证是对PBFT算法优化的基础上设计了共识算法,通过该算法完成新加入节点的认证,认证通过的新节点就能够以合法的身份访问网络。最后利用BAN逻辑对基于BUWSNC模型的UWSN节点身份认证进行形式化分析,BAN逻辑分析表明该机制能够实现基站与簇头之间的双向认证;实验表明,CBFT共识算法能够降低时延,减少对系统的资源消耗,提升系统效率。（3）提出一种基于智能合约的UWSN恶意节点检测机制。针对现有的UWSN中的恶意节点检测方法存在无法保证检测过程的公平性和可追溯性的问题,提出了一种UWSN恶意节点检测BUW模型。该模型利用区块链存储簇内成员节点的数据,使用智能合约检测网络中存在的恶意节点,同时利用共识算法保证数据的一致性,为UWSN的恶意节点的检测和检测过程的可追溯性问题提供更为安全可靠的解决方案。实验分析了该模型的可行性及性能,该机制不仅可以阻止恶意节点对网络进行干扰,而且可保证检测过程的透明性和可追溯性。