基于物联网的无线传感器网络（wireless sensor networks,WSNs）在环境保护、疫情防控、智能交通等多种场景中有着广泛的应用。随着云计算和边缘计算的发展而诞生的“云边端”（cloud-edge-end）网络架构受到了广泛的研究。相比于传统的网络架构,“云边端”架构可以提高数据质量,满足数据采集延迟要求,因此逐渐成为主流的无线传感器网络架构。无线传感器网络中主要面临安全、效率和规模三个方面的问题:如何保证数据安全和系统稳定,提高网络节点设备的安全防护,降低节点被攻破后对系统造成的影响。如何以尽可能少的计算力、存储空间和通信带宽占用,提供尽可能充分的服务和最小的系统延迟。如何应对实际应用中节点规模增长带来的节点管理、数据收集成本的增加和可能造成的系统安全风险上升与算法性能下降。本文充分考虑到边缘服务器和传感器节点的硬件性能水平和无线传感器网络的规模大小,在云边端架构的硬件基础上提出了一种基于区块链技术的高效、安全的多层次去中心化密钥管理（Hierarchical Decentralized Key Management,以下简称为HiDeKM）方案,它是硬件（物理层架构）和软件（密钥管理方案）的有机结合。HiDeKM方案将边缘服务器和传感器根据性能划分至不同层次中的不同集群,并在每个集群中设置多个集群头以去中心化的方式管理集群。通过限制集群大小降低网络的通信负载和系统整体的安全风险,提升了系统的可扩展性。HiDeKM方案实现并改进了多种密码学工具并将其组合为一套紧密配合的密钥管理方案。其中使用无证书公钥密码学方案来为传感器和边缘服务器颁发可作为身份认证的非对称密钥,并在此基础上实现了对称密钥和集群密钥。在保证安全性的基础上极大减少了成员身份认证耗费的计算力和通信资源。文中基于单向函数树实现了集群密钥产生和更新算法,能够在集群成员变动的情况下快速响应并维护集群密钥。此外HiDeKM方案在集群管理中采用门限式签名算法,以配合集群头快速达成事务共识,提高管理效率。HiDeKM方案通过修改Ethereum源代码,将区块链技术应用到基于“云边端”网络架构的密钥管理方案中,利用其去中心化、防篡改的特性辅助管理网络节点和记录传感器数据信息,增加了系统稳定性。在云服务器上的大规模模拟实验结果表明,本方案在运行效率、可扩展性方面都具有良好的表现,在实际应用中是可行的。