水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor network,UWSN)是无线传感器网络在水下的延伸。水下传感器节点采用声波通信形成了自组织的网络结构。水下传感器节点主要负责采集数据,通过单跳或者多跳到达水面汇聚节点;水面汇聚节点对接收到的数据进行数据融合处理,然后通过射频信号将数据发送给基站或者采集中心,最终实时展现给用户。目前,UWSN广泛应用在海洋资源开发、海洋环境监测、鱼雷追踪、海洋灾难预防等领域。由于水声信道的特性和网络环境的影响,UWSN很容易遭受各种威胁和攻击。然而,目前对于UWSN的研究大多以低能耗、高能效为出发点,并没有考虑网络中存在的安全问题。本文分析了UWSN存在的安全问题,对UWSN的若干安全关键技术进行研究,提出了适用于UWSN的密钥管理方案和加密机制。本文的主要研究内容如下:(1)提出了当下UWSN的安全需求,并描述了现有的UWSN安全技术;分析了UWSN面临的各种攻击和威胁,并提出了相应的防御策略。(2)提出了一种基于椭圆曲线的密钥管理方案,该方案适用于分布式的UWSN,并且能够在共享密钥建立之前对节点身份进行认证。该方案依赖于椭圆曲线离散对数难题,在节点部署之前,基站给节点预分配系统参数;在两个节点进行通信之前,对节点的身份进行认证;认证成功之后,两节点通过交换各自的密钥信息生成共享密钥。(3)描述了UWSN的加密机制,提出了一种基于混沌理论的分组加密算法。算法采用16轮Feistel结构对分组进行加解密。轮密钥通过Logistic混沌映射迭代生成。轮函数由离散的双混沌系统构造。通过分析,该算法满足安全性要求,能够抵抗攻击。仿真结果表明,相比DES和AES加密算法,该算法消耗比较低的资源,适用于水下传感器网络。