无线传感器网络使用资源有限的传感器节点来感知、收集和传播信息。随着无线传感器网络的快速发展和广泛应用，其安全问题逐渐成为人们关注的焦点，尤其是在军事目标跟踪和安全监测的领域。目前，多数的无线传感器网络采用组播的方式进行通信，在通信的过程中，利用组密钥对信息进行加密来保证信息发送的安全。由此可见，组密钥的安全是组通信安全的重要保障。另外，由于传感器节点之间采用无线通信，且节点的计算能力、内存空间及传输能力等受到限制。因此，无线传感器网络比传统有线网络面临更大的安全挑战。由于无线传感器网络自身的特点，多数传统有线网络中的组密钥管理方案也不能直接应用于无线传感器网络。本文在分析了典型无线传感器网络组密钥管理方案后，针对当前部分组密钥管理方案在安全性、存储开销和通信开销方面的不足，提出了三种新的组密钥管理方案：（1）本文提出了一种新的基于簇的组密钥管理方案（简称GKMC）。该方案将组中节点划分成不同的簇，并采用广播方法与分簇思想实现了组密钥的更新。该方案不但降低了节点的存储开销和网络的通信开销，避免了合谋攻击的问题，而且减少了节点的计算开销，有效地解决了孤立节点的问题。（2）GKMC方案虽然改善了节点的资源消耗，提高了网络的安全性，但是该方案中簇头节点和簇内节点具有相同的组密钥，一旦节点发生变化（节点加入或离开等），需要对组中所有节点的组密钥进行更新，这就增大了节点的资源消耗。针对GKMC方案的不足，提出了一种基于分层的分簇思想的组密钥管理方案（简称HGKM）。该方案将节点分为管理层和普通层，两层之间相互独立。普通层又由多个簇组成，不同的簇也具有不同的组密钥。若出现节点变动的情况，只需要对出现节点变动的簇进行组密钥更新，而不需要更新所有节点的组密钥。该方案进一步降低了网络的通信开销、计算开销和资源开销。（3）GKMC方案和HGKM方案分别采用不同的方法解决了组密钥方案中的一些问题。然而，由于传感器节点部署环境的特殊性，节点可能会暂时与组管理者失去连接，从而使得节点无法及时更新组密钥。针对这个问题，本文提出了一种具有自愈功能的组密钥管理方案（简称SGKM）。该方案能够有效地撤销网络中被捕获的节点，利用中国剩余定理构造同余式，使得节点具有自愈能力。