无线传感器网络是由大量低成本、低功耗、具有信息采集、数据处理和无线通信等功能的传感器节点通过自组织方式形成的网络,广泛应用于军事监视、环境监测、医疗等领域。确保传感器节点之间建立安全信道,对于传感器网络的安全通信至关重要。以提供安全、可靠的保密通信为目标的密钥管理是无线传感器网络安全研究中最重要、最基础的内容,有效的密钥管理机制也是其他安全机制的基础。本文首先概述无线传感器网络及其安全问题,对密钥管理问题、密钥管理方案评价标准、密钥管理的分类及研究现状等进行系统化的研究,并着重介绍当前的两类密钥管理模型:基于密钥分发中心KDC的密钥管理模型和基于随机密钥预分配模型。其次,研究基于随机密钥预分配模型的Eschenauer-Gligor方案和Q-composite随机密钥预分配方案,深入分析E-G方案中各个参数之间的关系,并从安全连通性、抗节点俘获能力、支持网络的规模三方面对这两种方案的性能进行比较。最后,针对E-G方案抗节点俘获能力较弱、网络连通概率较小的不足,在分析研究密钥预分配方案中各参数之间关系的基础上,提出一种基于哈希密钥链的密钥预分配方案,并进行理论分析和仿真。仿真结果表明,该方案有效地提高了网络的连通概率及抗节点俘获能力,且通信密钥建立阶段所需的通信能耗较小,方案支持有效的节点加入,可以用于大型网络。