无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSNs)是将计算、通信、传感器3项技术相结合的产物。近年来,随着无线通信技术和电子器件技术的快速发展,使低成本、低功耗、多功能的无线传感器的开发和广泛应用成为可能。这同时也促动了由成百上千微型传感器节点自组织构成的无线传感器网络的应用,主要表现在军事、环境监测、医疗、智能建筑和其他商业领域。然而,任何大型网络要真正得到大规模的应用,安全问题至关重要。因此,如何保证无线传感器网络的通信安全和信息安全成为一个热点研究话题。无线传感器网络除了具有Ad Hoc网络的移动性、断接性、能源受限等共同特性之外,还具有一些明显的特征:1.网络规模更为庞大,节点数目更多、密度更大,属于大型动态自组网络;2.网络拓扑结构变化快,网络节点容易失效;3.网络节点由电池供电,计算能力、存储能力和通信能力非常有限。这些特点使得无线传感器网络在安全性能上面临更大的挑战,而大多数现有的安全协议和保护机制都无法直接应用于无线传感器网络中。论文主要从密钥管理和广播认证两个方面对无线传感器网络的安全技术进行了研究。对现有的无线传感器网络主流密钥管理方案依照所依托的密码基础、网络的逻辑结构、网络运行后密钥是否更新和密钥的链接性程度进行了分类,并分别介绍了这四类方案中的一些经典密钥管理方案,同时对这些方案进行了分析比较。在此基础上,基于特定的数据结构——密钥联系表以及基于逻辑网格拓扑结构,设计了两种新型的密钥管理方案,分析了其安全特征,并参照密钥管理的性能需求与逻辑密钥树型方案、SPINs方案等进行了仿真验证比较。另一方面,论文对现有的广播认证方案进行了归纳,重点讨论应用较为广泛的uTESLA和多级uTESLA广播认证协议及其相关改进方法,在此基础上设计了一种基于父亲树的层簇式结构的广播认证协议HW-uTESLA,在广播认证范围、丢包时延、Hash密钥链的再生构造等方面做出了有益改进。最后,论文基于面向Agent的WSNs中间件软件技术,利用所提出的方案,设计与实现了中间件软件DisWare的安全管理模块,从而使其在无线传感器网络通信应用中具备加密、认证和密钥管理的基本功能。