數(shù)字電視的條件接收系統(tǒng)原理與應用
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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
從實現(xiàn)過程可以基本了解集成一個條件接收系統(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CA系統(tǒng)必不可少的技術(shù)，其中對信息加密、解密以及密碼管理傳輸是CA系統(tǒng)的核心，對信息的加/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。
首先是對音視頻、數(shù)據(jù)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(shù)小時甚至是數(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，可以推測出生成的擾碼序列。根據(jù)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(fā)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(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現(xiàn)CW的安全傳送并達到授權(quán)控制的目的。
為實現(xiàn)保密，使用授權(quán)密鑰KS對控制字CW加密形成授權(quán)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(quán)密鑰KS加密形成授權(quán)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(quán)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(xiàn)授權(quán)控制的目的。例如用戶對某一業(yè)務授權(quán)期限到了（如沒有按時繳費），系統(tǒng)通過用戶管理系統(tǒng)的確證，將該業(yè)務的授權(quán)密鑰KS修改成KS1，但對用戶發(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。
以上的加密過程可以看出一個已獲得授權(quán)的接收端使用相關(guān)業(yè)務要依次獲取EMM，ECM。對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種信息表條件接收表（CAT）和節(jié)目映射表（PM T）。CAT表針對具體CA系統(tǒng)中的用戶的授權(quán)情況，他含有標識具體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可惟一標識 CA系統(tǒng)，分配到用戶的智能卡中含有這項內(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)在原理的設計不僅體現(xiàn)運行安全體系同時也體現(xiàn)系統(tǒng)破解后可使用的應對方案。這種穩(wěn)健安全體制表現(xiàn)在3方面：
CW的變換機制 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(guān)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(tǒng)安全等級的必要條件。
智能卡的電路設計智能卡是一塊內(nèi)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(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分配密鑰的ROM設計成不可掃描方式，一旦被檢測，ROM中數(shù)據(jù)自動被擦除。同時，為防止操作程序被拷貝，將存儲區(qū)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?，F(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。這種做法雖花費比較大，即是最有效增大破解周期的做法。
2 兩種實現(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。事實上很多CA系統(tǒng)使用的加密算法都是各個系統(tǒng)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(tǒng)的排他性和不通用性。為解決這個問題歐洲D(zhuǎn)VB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(tǒng)。
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