由于无线传感网络(WSN)的巨大应用价值,自20世纪90年代末期开始研究以来,它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注,被认为是未来新兴十大技术之首。但由于WSN的应用环境、拓扑结构以及WSN节点的特点导致其极易受到安全威胁,因此安全问题是限制WSN走向实际应用的一个关键因素。对于安全问题的解决,选取适合WSN特征的加密和认证算法是基础。但WSN节点的低运算能力、小存储容量和较少能量等不同于普通网络和通用无线网络的特殊性,导致适合于WSN加密的算法还太少,所以迫切需要为WSN研究针对性强的加密和认证算法。混沌(Chaos)是非线性系统中极其复杂的现象,它有着对参数和初值敏感等基本特性,天然的具有传统密码学特性。研究人员至20世纪80年代来就开展了混沌密码学的研究,目前已经取得了很大的进展。所以混沌密码学为WSN加密和认证算法的研究提供了新的途径。论文主要将混沌密码应用于WSN中的安全问题,其主要贡献是:①为了充分阐明混沌密码应用到WSN中的可行性,论文首先介绍了WSN的结构特征以及面临的安全问题,对比分析了几种常见加密机制,发现需要设计适应WSN特征的加密机制。然后讨论了混沌系统及其与密码学之间的关系,论述了混沌密码应用到WSN中的可行性。②为了阐明混沌分组密码更适合于WSN,论文首先讨论了混沌密码学与传统密码学之间的关系,通过分析发现尽管混沌系统具有天然的密码学特性,但需要借鉴和遵循基本的设计准则。然后讨论了混沌流密码和混沌分组密码的特点,论述了混沌分组密码更适合于WSN的原因。③为了验证关于遵循基本的设计准则的观点,论文分别分析了典型的混沌流密码和混沌分组密码。首先讨论了典型的混沌流密码模型,归纳总结了针对混沌流密码的常见分析方法。对两种混沌流密码系统进行了深入分析,指出了设计缺陷,并采用选择明文方法成功分析了这两种混沌流密码系统,恢复出了密钥流。然后介绍了一种基于Feistel结构的混沌分组密码算法——WSN加密算法,根据分组密码分析学中的差分分析方法,成功分析了3轮和4轮WSN加密算法,恢复出了加密密钥,验证了论文中关于遵循基本准则的观点。④为了解决WSN加密和认证的问题,提出了一种基于Feistel结构的混沌加密散列组合算法WSNHC。首先介绍了Feistel结构的优点,讨论了基于Feistel结构的混沌分组密码的结构安全性。然后根据Feistel结构分组密码的设计原则,深入分析了WSN加密算法中的设计缺陷。最后根据WSN安全问题解决的另一需要——认证,在WSN加密算法基础上进行了改进,提出了具有加密和散列能力的算法WSNHC。由于WSNHC中对加密算法考虑了WSN特征并借鉴了Feistel结构分组密码的设计原则,所以加密算法既适应了WSN的环境也具有较高的安全性,而其中的Hash函数运算是利用在加密的过程中数字混沌输出完成的,所以具有较高的效率和安全性。实验仿真验证了WSNHC良好的加密和Hash性能。⑤为了解决WSN安全路由问题,提出了一种基于WSNHC的安全路由机制WSNSR。首先分析了WSN环境与传统无线路由算法之间的矛盾,采用WSNHC以及相应的机制解决了路由信息暴露、路由信息篡改、DoS攻击以及回放攻击。然后结合表驱动路由和按需路由的思想,提出了随机控制路由信息获取、中间结点应答、路径优化等机制解决了路由可靠和效率的问题。理论分析表明WSNSR具有较高的安全性和路由效率。⑥论文最后对工作进行了全面的总结,并对今后的研究方向进行了展望。