基于ZigBee协议的无线传感网络在环境监控、军事等领域有着广泛的应用，其重要组成部分是节点芯片ZigBee SoC。ZigBee SoC具有非常有限的能耗和软硬件资源，而且由于ZigBee无线传感网络通信的开放性，给网络数据通信及节点自身的数据传输也带来一系列的安全性问题。因此，为ZigBee SoC设计具有自主知识产权的低功耗、小面积的安全AES IP核具有非常重要的意义。论文的主要工作是在课题组研制的具有AMBA总线架构的ZigBee SoC基础上，基于IEEE802.15.4AES CCM*安全体系结构，研究AES中S-盒、轮变换和控制器等主要模块的低功耗设计方法，并设计实现低功耗AES IP核。论文首先研究基于查找表、复合域以及DSE三种不同结构的S-盒性能，并在复合域的S-盒设计中，提出了一种多因子CSE算法来优化S-盒的面积和延时。其次，在充分研究分析轮变换运算基本流程的基础上，利用DSE方法翻转率较低的优点，结合轮变换T-盒分解方法设计了低功耗轮变换电路；同时，研究了数据总线位宽对轮变换电路性能的影响，设计了一种32比特输入8比特输出混合总线结构，进一步减小了轮变换电路的功耗。最后，论文提出基于查找表的AES控制器设计方法，取代传统的状态机设计方式，降低了AES控制器的功耗。基于Synopsys DC平台与SMIC0.18μm工艺库，对本文优化与设计的低功耗AES加密器进行综合，结果显示，优化后的加密器面积为212464.78μm2，在10MHz的频率下功耗为3.5396mW，比未优化的AES加密器的功耗和面积分别减小了35.5%和17.9%。本文设计的低功耗AES IP核对于解决无线传感网络中能源和空间资源约束问题具有重要意义。