在过去的几年里,信息和通信技术的发展促进了医疗系统质量的提升。无线体域网由一些小型低功率传感器组成,可实现对人体生理信号进行远距离的监视,这将赋予医生远距离监护病人的能力。无线体域网通过无线信道对人体生理数据进行传输,正因为人体数据的重要性,无线体域网中数据的安全通信是一个重要问题。由于加密方案的可靠性依赖于密钥的管理,密钥管理将成为影响安全的主要因素,而其中密钥协商与身份认证是无线体域网安全的首要任务。然而,生理传感器的资源严重受限,使得密钥管理成为一项十分具有挑战的任务。现有的基于密码学的密钥管理策略中往往由于采用能量开销过大的公钥体制或无法提供有效身份认证等问题,无法胜任长时间工作的无线体域网对高安全低能耗的需求。本文以无线体域网为应用背景,将生物安全与物理层安全相结合,实现了带有认证的轻量级无线体域网密钥协商,本文工作如下:(一)研究了基于心电特征的生物密钥协商方法。首先对基于模糊生成器的密钥协商展开研究,针对心电脉冲波间距特征提出自适应量化方法,有效地提高模糊生成器密钥协商算法中身份认证的准确率。其次,研究了基于模糊保险箱的密钥协商,并对模糊保险箱方法进行改进,通过将生物特征的索引安全性加以利用,有效地减少了密钥协商所需的通信量,降低了能量开销。最后通过实验仿真对方案的有效性进行验证。(二)将生物密钥与无线信道密钥相结合,提出了一种无线体域网分层密钥协商方案。首先,对一种经典的无线信道密钥协商方法进行研究,并在其信道探测过程中引入人工增强信道用以解决静态无线信道密钥速率低、随机性差等问题。其次,将生物密钥与无线信道密钥进行结合,实现了轻量级的无线体域网分层密钥协商方案。最后通过实验仿真对方案的有效性进行验证。