數字電視的條件接收系統原理與應用
加入技術交流群
1 條件接收系統的原理和安全保障體制
1.1 條件接收系統的原理
從實現過程可以基本了解集成一個條件接收系統所需的基本技術。首先是記錄用戶授權情況的數據庫系統，即CA系統中的用戶管理系統，其次是記錄服務授權控制情況的數據庫系統，這是節目管理系統；及服務加擾/解擾控制的系統；密鑰的管理和傳輸系統技術、智能卡讀寫技術等。這些都是集成一個CA系統必不可少的技術，其中對信息加密、解密以及密碼管理傳輸是CA系統的核心，對信息的加/解密的過程將上述所有涉及的技術都緊密連接起來而成為一個CA系統，如圖1所示。
圖1 常用條件接收系統原理
從圖1可以看到，常用的CA系統一般有3層的加密體制。
首先是對音視頻、數據流的加擾，他是擾碼序列對信息流進行加密處理的過程。擾碼序列是偽隨機二進制序列，他具有近似隨機序列的功率譜特征，不同的是他具有周期，但周期很長，一般是數小時甚至是數天。圖1中PRBS指擾碼序列生成器。生成器的初始條件受控于控制字（CW），在初始條件已知的情況，可以推測出生成的擾碼序列。根據這個原理，只要在接收端有一個相同的擾碼生成器，同時將CW發送給接收端用于控制他，運用對應的解擾算法就可以對相應的信息流解擾恢復原始信號。在這里CW起到了“種子”的作用，只要獲得了CW，系統就被破解了。所以如何將CW安全送到接收端，就成了CA系統的核心。后面的兩重加密過程便是為實現CW的安全傳送并達到授權控制的目的。
為實現保密，使用授權密鑰KS對控制字CW加密形成授權控制信息（ECM），復用到傳送流當中。同時使用分配密鑰KD對授權密鑰KS加密形成授權管理信息（EMM），也復用到傳送流當中。分配密鑰KD通常是固化在智能卡中，用戶通過購買智能卡方式獲得，避免廣播方式的信道傳送有被竊取的可能。如果將授權密鑰KS通過安全通道分配給用戶，一樣也能起到保護控制字的效果，為什么要再加一層加密操作呢？這種體制是為實現授權控制的目的。例如用戶對某一業務授權期限到了（如沒有按時繳費），系統通過用戶管理系統的確證，將該業務的授權密鑰KS修改成KS1，但對用戶發送的仍然是KS經KD加密而成的授權管理信息EMM，用戶雖然可以解密獲得KS但還是不能享受該業務。
以上的加密過程可以看出一個已獲得授權的接收端使用相關業務要依次獲取EMM，ECM。對這些信息的提取要依靠節目管理系統提供的PSI/SI信息（特殊節目信息/節目信息）。節目管理系統將節目的加密情況（是否加密）、加密系統類型（是何種CA系統加密）等信息描述在PSI/SI信息中。其中最重要的是2種信息表條件接收表（CAT）和節目映射表（PM T）。CAT表針對具體CA系統中的用戶的授權情況，他含有標識具體CA系統的CA_System_ Id和用于獲取EMM信息的索引EMM_Pid，通過這兩項內容就可以獲得用戶所在CA系統的EMM信息。PMT表是針對節目的加密情況，他也含有CA_System_Id信息用于表示節目是用何種CA系統加密和EMM_Pid用于告知用戶如何搜索ECM。CA_System_Id可惟一標識 CA系統，分配到用戶的智能卡中含有這項內容，用戶端的條件接收過程就是從讀取卡內的CA_System_Id開始的，獲取相應的EMM，ECM后，解密解擾的工作就按與發送端相逆的順序開始了。
1.2 CA系統的安全保障措施
安全性是條件接收的靈魂，CA系統在原理的設計不僅體現運行安全體系同時也體現系統破解后可使用的應對方案。這種穩健安全體制表現在3方面：
CW的變換機制 CW是系統構架的基礎，是條件接收的核心。CW一般為60 b，所以他的編碼空間是已知的，所以CW不可能不變。在實際中2~10 s變化一次，若是對CW攻擊，即使獲得一個CW，他的使用期限也是十分有限的。這種變化機制使對CW的盜取變得沒有意義。
SK的升級體制對加密電路A的算法攻擊是當前最常使用的一種破解途徑，同時他的成功率也是最高的。若是已知加密算法和SK就可以由ECM解出CW，CW的變化機制也失去作用。強健的加密算法是保證安全的關鍵。如果算法被破解，當前的SK就必須升級，使盜版卡失去效用，所以SK足夠大的編碼空間也是提升系統安全等級的必要條件。
智能卡的電路設計智能卡是一塊內置有微處理器，RAM，ROM和E?2PROM的芯片，存儲分配密鑰，解密算法和操作程序。分配密鑰的是整個CA系統的最后安全防線，他的重要性不言而喻，所以智能卡的電路特別是存儲分配密鑰的ROM設計成不可掃描方式，一旦被檢測，ROM中數據自動被擦除。同時，為防止操作程序被拷貝，將存儲區分段保存應用程序，每段程序各有不同的保密代碼。
沒有一種加密算法是永不被破解的。現階段許多國外著名的CA系統有被破解的記錄，基本上都是第二和第三種方式的攻擊，現在最有效的做法是更換智能卡，徹底更新兩種加密算法。這種做法雖花費比較大，即是最有效增大破解周期的做法。
2 兩種實現方式
從原理可以看出，CA系統的最重要特性是信息保密。事實上很多CA系統使用的加密算法都是各個系統運營商私有而且是絕對保密的。這種特性決定了各個CA系統的排他性和不通用性。為解決這個問題歐洲DVB標準組織定義了同密（simulcrypt）和多密（multicrypt）2種形式的條件接收系統。
評論