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。传感器网络也是一种资源非常受限的网络,资源的限制包括节点的计算能力、内存容量、电能限制以及网络的带宽、无线传输能力等等。许多应用于军事、紧急救灾等场合的传感器网络需要安全组通信支持,然而由于传感器网络自身资源的限制,使得传感器网络的组密钥管理面临巨大的挑战。本文着重研究传感器网络中的组密钥管理问题。本文首先分析和比较了现有的传感器网络组密钥管理方案。在此基础上,本文从提高组密钥管理方案的安全性,降低网络的存储开销和通信开销的角度考虑,基于门限秘密共享机制和组密钥分量更新机制提出了一种分布式的组密钥管理方案。该方案使得只有组中的合法节点才能存储一个有效的组密钥分量。组密钥更新时,节点通过和一定数目的邻居节点进行协作生成新的组密钥。同时,为了防止妥协节点的合谋攻击问题,引入组密钥分量更新机制实现合法节点组密钥分量的更新。理论分析和仿真实验结果表明,和传感器网络中现有的组密钥管理方案相比,分布式方案具有较高的安全性,同时也降低了组密钥更新时网络的存储开销和通信开销。但是,在该方案中,每个节点的组密钥更新过程完全相同,其计算开销和通信开销仍然较大。针对分布式方案存在的不足,本文基于传感器网络的分层结构对分布式方案进行改进,提出了一种基于簇的组密钥管理方案。与分布式方案相比,新的组密钥仅由簇头协同其簇内节点生成,并通过安全路径分发给簇内节点。理论分析和仿真实验结果表明,基于簇的组密钥管理方案在与分布式方案具有相同安全性的同时,进一步降低了网络的计算开销和通信开销并解决了孤立节点问题。