无线传感器网络是一种新兴的无线网络,集成了监测、控制以及无线通信等多项功能,因为低成本性和灵活的部署性质而得到了广泛应用。但是由于无线传感器网络的节点数目众多,且通常被部署在非常复杂的环境中,它将面临更多的安全威胁。因此,我们必须为其设计合理的安全防护机制。本文所研究的SPINS协议包括SNEP和μTESLA两个部分,是目前可选择的传感器网络安全框架之一。SPINS是当前安全协议框架中比较实用的WSN安全方案,它对数据的安全性、新鲜性、完整性和可认证性等方面都进行了充分的表述。作为一个协议框架,SPINS本身并没有对其中使用的各种密码算法进行定义,本文针对不同需求对SPINS进行定义,解决了无线传感网的许多安全问题。首先,本文对无线传感器网络的安全问题进行了简单的综述,具体介绍了SPINS安全协议框架,并且将其与其他几种安全协议框架进行了性能比较。在此基础上,本文对SPINS安全协议框架中的关键实现技术进行了深入的系统研究。本文结合无线传感器网络的具体特点,对各种加密算法分析比较后,选择了适合SPINS的底层实现算法,并对此进行了软件实现。其中,消息的加密用RC5-CTR算法实现,保证点到点通信的机密性、可认证性和新鲜性;消息的认证用RC5-CBC算法实现,保证点到点通信和广播通信的消息完整性;此外,MD5单向散列函数用于单向密码生成和随机数发生器,保证点到多点广播通信密钥的安全性。密码算法选定并软件实现后,本文对SPINS安全协议框架中的部分缺陷提出了改进方法。本文通过在NS2仿真器中设置两个场景,分别对SNEP协议的机密性、数据认证安全性,μTESLA协议的广播认证安全性以及不同条件下广播报文速率的稳定性进行了仿真。最后,对仿真结果进行数据分析,验证了本文中给出的底层实现算法有效地实现了SPINS协议框架的安全性,保证了网络的安全通信。