數(shù)字電視的條件接收系統(tǒng)原理與應(yīng)用
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1 條件接收系統(tǒng)的原理和安全保障體制
1.1 條件接收系統(tǒng)的原理
從實(shí)現(xiàn)過程可以基本了解集成一個(gè)條件接收系統(tǒng)所需的基本技術(shù)。首先是記錄用戶授權(quán)情況的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，即CA系統(tǒng)中的用戶管理系統(tǒng)，其次是記錄服務(wù)授權(quán)控制情況的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這是節(jié)目管理系統(tǒng)；及服務(wù)加擾/解擾控制的系統(tǒng)；密鑰的管理和傳輸系統(tǒng)技術(shù)、智能卡讀寫技術(shù)等。這些都是集成一個(gè)CA系統(tǒng)必不可少的技術(shù)，其中對(duì)信息加密、解密以及密碼管理傳輸是CA系統(tǒng)的核心，對(duì)信息的加/解密的過程將上述所有涉及的技術(shù)都緊密連接起來而成為一個(gè)CA系統(tǒng)，如圖1所示。
圖1 常用條件接收系統(tǒng)原理
從圖1可以看到，常用的CA系統(tǒng)一般有3層的加密體制。
首先是對(duì)音視頻、數(shù)據(jù)流的加擾，他是擾碼序列對(duì)信息流進(jìn)行加密處理的過程。擾碼序列是偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，他具有近似隨機(jī)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(shù)小時(shí)甚至是數(shù)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(cè)出生成的擾碼序列。根據(jù)這個(gè)原理，只要在接收端有一個(gè)相同的擾碼生成器，同時(shí)將CW發(fā)送給接收端用于控制他，運(yùn)用對(duì)應(yīng)的解擾算法就可以對(duì)相應(yīng)的信息流解擾恢復(fù)原始信號(hào)。在這里CW起到了“種子”的作用，只要獲得了CW，系統(tǒng)就被破解了。所以如何將CW安全送到接收端，就成了CA系統(tǒng)的核心。后面的兩重加密過程便是為實(shí)現(xiàn)CW的安全傳送并達(dá)到授權(quán)控制的目的。
為實(shí)現(xiàn)保密，使用授權(quán)密鑰KS對(duì)控制字CW加密形成授權(quán)控制信息（ECM），復(fù)用到傳送流當(dāng)中。同時(shí)使用分配密鑰KD對(duì)授權(quán)密鑰KS加密形成授權(quán)管理信息（EMM），也復(fù)用到傳送流當(dāng)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(quán)密鑰KS通過安全通道分配給用戶，一樣也能起到保護(hù)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(shí)現(xiàn)授權(quán)控制的目的。例如用戶對(duì)某一業(yè)務(wù)授權(quán)期限到了（如沒有按時(shí)繳費(fèi)），系統(tǒng)通過用戶管理系統(tǒng)的確證，將該業(yè)務(wù)的授權(quán)密鑰KS修改成KS1，但對(duì)用戶發(fā)送的仍然是KS經(jīng)KD加密而成的授權(quán)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(yè)務(wù)。
以上的加密過程可以看出一個(gè)已獲得授權(quán)的接收端使用相關(guān)業(yè)務(wù)要依次獲取EMM，ECM。對(duì)這些信息的提取要依靠節(jié)目管理系統(tǒng)提供的PSI/SI信息（特殊節(jié)目信息/節(jié)目信息）。節(jié)目管理系統(tǒng)將節(jié)目的加密情況（是否加密）、加密系統(tǒng)類型（是何種CA系統(tǒng)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?xiàng)l件接收表（CAT）和節(jié)目映射表（PM T）。CAT表針對(duì)具體CA系統(tǒng)中的用戶的授權(quán)情況，他含有標(biāo)識(shí)具體CA系統(tǒng)的CA_System_ Id和用于獲取EMM信息的索引EMM_Pid，通過這兩項(xiàng)內(nèi)容就可以獲得用戶所在CA系統(tǒng)的EMM信息。PMT表是針對(duì)節(jié)目的加密情況，他也含有CA_System_Id信息用于表示節(jié)目是用何種CA系統(tǒng)加密和EMM_Pid用于告知用戶如何搜索ECM。CA_System_Id可惟一標(biāo)識(shí) CA系統(tǒng)，分配到用戶的智能卡中含有這項(xiàng)內(nèi)容，用戶端的條件接收過程就是從讀取卡內(nèi)的CA_System_Id開始的，獲取相應(yīng)的EMM，ECM后，解密解擾的工作就按與發(fā)送端相逆的順序開始了。
1.2 CA系統(tǒng)的安全保障措施
安全性是條件接收的靈魂，CA系統(tǒng)在原理的設(shè)計(jì)不僅體現(xiàn)運(yùn)行安全體系同時(shí)也體現(xiàn)系統(tǒng)破解后可使用的應(yīng)對(duì)方案。這種穩(wěn)健安全體制表現(xiàn)在3方面：
CW的變換機(jī)制 CW是系統(tǒng)構(gòu)架的基礎(chǔ)，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(shí)際中2~10 s變化一次，若是對(duì)CW攻擊，即使獲得一個(gè)CW，他的使用期限也是十分有限的。這種變化機(jī)制使對(duì)CW的盜取變得沒有意義。
SK的升級(jí)體制對(duì)加密電路A的算法攻擊是當(dāng)前最常使用的一種破解途徑，同時(shí)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(jī)制也失去作用。強(qiáng)健的加密算法是保證安全的關(guān)鍵。如果算法被破解，當(dāng)前的SK就必須升級(jí)，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(tǒng)安全等級(jí)的必要條件。
智能卡的電路設(shè)計(jì)智能卡是一塊內(nèi)置有微處理器，RAM，ROM和E?2PROM的芯片，存儲(chǔ)分配密鑰，解密算法和操作程序。分配密鑰的是整個(gè)CA系統(tǒng)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(chǔ)分配密鑰的ROM設(shè)計(jì)成不可掃描方式，一旦被檢測(cè)，ROM中數(shù)據(jù)自動(dòng)被擦除。同時(shí)，為防止操作程序被拷貝，將存儲(chǔ)區(qū)分段保存應(yīng)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(xiàn)階段許多國外著名的CA系統(tǒng)有被破解的記錄，基本上都是第二和第三種方式的攻擊，現(xiàn)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(fèi)比較大，即是最有效增大破解周期的做法。
2 兩種實(shí)現(xiàn)方式
從原理可以看出，CA系統(tǒng)的最重要特性是信息保密。事實(shí)上很多CA系統(tǒng)使用的加密算法都是各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營商私有而且是絕對(duì)保密的。這種特性決定了各個(gè)CA系統(tǒng)的排他性和不通用性。為解決這個(gè)問題歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)組織定義了同密（simulcrypt）和多密（multicrypt）2種形式的條件接收系統(tǒng)。
評(píng)論