无线传感器网络是一种由大量传感器节点构成的网络,用于协作的探测、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知的信息,近年来得到了广泛的应用。安全问题是无线传感器网络中的基本问题,也是当前该领域研究的热点之一。目前,无线传感器网络中的安全技术主要包括安全路由技术、安全组通信技术、认证技术以及密钥管理技术。组通信使消息在网络中高效传输,是提高网络资源利用率的一种重要通信方式,而安全组通信需要组密钥管理技术的支持。然而由于传感器网络中节点的计算能力、内存容量、电能限制以及网络的带宽、无线传输能力等等的限制,使得传感器网络的组密钥管理面临巨大的挑战。因此,研究无线传感器网络中的组密钥管理问题具有重要的意义。本文首先对无线传感器网络及其安全问题进行了全面的概述,然后介绍了传感器网络组密钥管理方案需要解决的问题和面临的困难,并根据传感器网络的特点和传感器网络的安全需求,利用一些评价指标对现有的几种传感器网络组密钥管理方案进行了分析和比较。为了降低网络的开销,本文基于逻辑密钥树结构和门限秘密共享机制,首先提出了一种层组式组密钥管理方案。在该方案中,基于逻辑密钥树的层组式结构有效的分散了密钥的存储量和计算量,既避免了集中式组密钥管理组控制节点的存储和计算瓶颈问题,又克服了分布式组密钥管理缺乏集中控制的缺陷。但在同层中组节点之间通过密钥协商算法获取新的组密钥,其计算开销很大,而且组密钥的发送是通过树形链路进行的,因此其广播量、存储量及通信开销依然很大,同时,当节点的多个邻居节点发生故障或被捕获时,该节点的组密钥更新将受到严重影响甚至无法更新成而为孤立节点。针对逻辑密钥树结构的层组式方案的不足,基于传感器网络的LEACH分层协议,本文提出了一种改进的层组式组密钥管理方案。与上述方案不同的是,改进方案在组密钥更新时,只有簇头进行本地协作操作生成新的组密钥并通过安全路径分发给其簇内节点。为了实现组密钥的安全分发,改进方案采用层次密钥生成算法用于簇头与簇内节点间的安全通信。理论分析和仿真实验结果表明,改进方案在具有相同的安全性的同时,解决了孤立节点问题,并且在组密钥更新时降低了网络的计算开销和通信开销。