數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)

數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)(CAS)能實(shí)現(xiàn)電視臺(tái)各項(xiàng)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理授權(quán)和控制。從技術(shù)角度看，該系統(tǒng)又是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，集成了多種先進(jìn)技術(shù)，包括系統(tǒng)調(diào)度管理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字壓縮編碼、加解擾技術(shù)、加解密技術(shù)、復(fù)用器技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、機(jī)頂盒技術(shù)、智能卡技術(shù)等。同時(shí)也涉及到用戶管理、節(jié)目管理、收費(fèi)管理等數(shù)據(jù)庫方面的應(yīng)用技術(shù)。

1條件接收系統(tǒng)的歷史
國際上有條件接收系統(tǒng)的運(yùn)行已有20多年歷史，我國在90年代中期就開始有模擬電視加擾系統(tǒng)實(shí)施，由于種種原因進(jìn)展不如預(yù)期大。第一代有條件接收系統(tǒng)的特征是以設(shè)備為基礎(chǔ)，一般用于模擬系統(tǒng)。在頭端將模擬信號(hào)進(jìn)行加擾，使得普通電視機(jī)無法收看，通過前端的尋址來控制單個(gè)用戶的解擾器開關(guān)，只有安裝了解擾器的用戶才能正常收看。第一代有條件接收系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全頻段加擾和頻道加擾，實(shí)現(xiàn)方法通常采用視頻倒相、水平同步重疊、垂直同步重疊、數(shù)字隨機(jī)視頻行抖動(dòng)等方法，他們通常對信號(hào)產(chǎn)生損耗。由于系統(tǒng)的密鑰體系依賴于設(shè)備以及解擾器，比較容易被破解和復(fù)制。

數(shù)字電視的出現(xiàn)產(chǎn)生了第二代條件接收系統(tǒng)，基本原理采用加擾控制字加密傳輸?shù)姆椒?，用戶端利用IC卡解密。由于加密系統(tǒng)以及密鑰體系和設(shè)備是分開的，它依靠IC卡的安全性來保障系統(tǒng)的安全，破解難度大數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)為有條件接收系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)與要求，賦予了其新的內(nèi)容和含義。第二代條件接收系統(tǒng)雖然采用了對加擾控制字傳輸進(jìn)行加密、用戶端采用IC卡解密的技術(shù)，但依然是只能針對視頻信息加密，對于網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)環(huán)境下的IP包及數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)加解密。除了視頻資源，更多形式的媒介內(nèi)容可以通過廣播網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、甚至光盤的傳遞送到用戶的面前。以往的有條件接收系統(tǒng)通過對傳輸?shù)募訑_來防止收費(fèi)授權(quán)信息的擴(kuò)散，但是在計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，很難防止用戶端對解擾信息進(jìn)行存儲(chǔ)復(fù)制和非法擴(kuò)散，這就需要一種新的體制能夠解決對所有格式信息內(nèi)容的保護(hù)。這種機(jī)制應(yīng)該與傳輸無關(guān)，可以使用多種形式和層次，這將是第三代有條件接收系統(tǒng)。目前第三代條件接收系統(tǒng)已有成型產(chǎn)品投入使用，一般的解決方案是與第二代系統(tǒng)合而為一，成為一個(gè)同時(shí)適合DVB/IP兩個(gè)平臺(tái)的授權(quán)控制系統(tǒng)。

2CAS的基本工作原理
CAS主要的工作是將正常的傳輸節(jié)目流加擾，使用戶在不具備授權(quán)的情況下不能正常收看播出的節(jié)目。條件接收系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，它集成了多種先進(jìn)的技術(shù)，所涉及的技術(shù)包括：系統(tǒng)調(diào)度管理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字壓縮編碼、加解擾算法、加解密算法、復(fù)用器技術(shù)、機(jī)頂盒技術(shù)、智能卡技術(shù)等，同時(shí)也涉及到用戶管理、節(jié)目管理、收費(fèi)管理等數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)。其中，CAS的性能和安全性是整個(gè)系統(tǒng)尤為關(guān)鍵的問題。

舊的模擬加擾方式主要是通過采用隨機(jī)視頻倒相的方式，使圖象產(chǎn)生無規(guī)律的黑白翻轉(zhuǎn)和彩色混亂導(dǎo)致無法收看，很容易被解擾。CAS可以針對數(shù)字節(jié)目的市場計(jì)劃制訂相應(yīng)的加擾策略，實(shí)現(xiàn)對不同的數(shù)字頻道、各數(shù)字頻道內(nèi)不同時(shí)間段內(nèi)的節(jié)目，甚至同一節(jié)目中的視頻或音頻進(jìn)行加擾。CAS也可支持OPPV、IPPV、VOD等多種靈活的商業(yè)模式。這是舊有的模擬加擾技術(shù)和路權(quán)控制技術(shù)所無法做到的。

一般地說，在MPEG-2傳輸流中，與控制字傳輸相關(guān)的有2個(gè)數(shù)據(jù)流：授權(quán)控制信息（ECM）和授權(quán)管理信息（EMM），加擾控制字（CW）是對節(jié)目流進(jìn)行解擾的鑰匙，由業(yè)務(wù)密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECM中傳遞，其中包括節(jié)目來源、時(shí)間、內(nèi)容分類和節(jié)目價(jià)格等節(jié)目信息。對CW加密的SK在EMM中傳送，并且SK在傳送前要經(jīng)過用戶個(gè)人分配密鑰（PDK）的加密處理。EMM中還包括地址、用戶授權(quán)信息，如用戶可以看的節(jié)目或時(shí)間段，用戶付的收視費(fèi)等。

PDK存放在用戶的智能卡中。在用戶端STB根據(jù)節(jié)目映射表PMT和CAT表中的CA-descriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然后從TS流中過濾出ECM和EMM，并通過智能卡接口送給智能卡，而后智能卡讀取PDK，用PDK對EMM解密，取出SK，用SK對ECM解密，取出CW，然后將CW送給解擾器將節(jié)目解擾，用戶端就可以收到優(yōu)質(zhì)的視音頻節(jié)目和數(shù)據(jù)信息了。

3兩種不同體制的CAS
基于加密的CW是否通過網(wǎng)絡(luò)傳送，市場上現(xiàn)存的CAS有基于密鑰和基于算法之分。國際、國內(nèi)市場上的CAS大部分都是基于密鑰的CA，基于算法的典型代表是NDS的CA。
這兩種不同方式的條件接收技術(shù)各有特點(diǎn)。

3.1基于密鑰的CAS
(1)能通過不斷地分發(fā)新的密鑰，迫使企圖破解智能卡的黑客提高盜版成本，使用盜版卡的用戶也得經(jīng)常更換盜版的智能卡，十分不便。(2)若有盜版克隆卡被發(fā)現(xiàn)，可通過安全機(jī)制使其失效。(3)大量的密鑰循環(huán)會(huì)占用一定的帶寬，通過采用分組控制盡量降低帶寬消耗。

3.2基于算法的CAS
(1)加密的CW不在TS流中傳送，節(jié)省了帶寬。(2)通過高強(qiáng)破解難度的算法，高性能的智能卡技術(shù)確保安全。(3)萬一被攻破，只能通過換卡或者啟動(dòng)備用算法等有效手段應(yīng)急。

4CAS如何實(shí)現(xiàn)其安全性保障
A.加密算法
算法是確保CAS安全性的重要環(huán)節(jié)。目前市場上CA所使用的算法體系有對稱DES、3DES等，非對稱RSA等。單從技術(shù)的先進(jìn)性考慮，RSA相對DES、3DES在數(shù)學(xué)難度上占有一定的優(yōu)勢。B.智能卡及密鑰的運(yùn)作智能卡是存放有PDK的IC卡，內(nèi)嵌入包含有CPU、ROM、RAM、EPROM、EEPROM的IC芯片，嵌入的CPU是綜合了一系列硬件和軟件保護(hù)的專用器件，它與外界的接口只是通過一串異步電總線聯(lián)接。它的接入口均由CPU用串行I/O鏈路控制，芯片內(nèi)尋址數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式是加密的，存儲(chǔ)區(qū)域可以形成許多獨(dú)立的安全小區(qū)，每個(gè)小區(qū)都帶有其自身的批準(zhǔn)進(jìn)入保密代碼，由卡內(nèi)的CPU對提取信息進(jìn)行鑒別以決定能否進(jìn)入該區(qū)存取。

智能卡內(nèi)PDK的生成是一個(gè)復(fù)雜、機(jī)密的過程，眾多CA廠家生成根密鑰的方式和發(fā)卡體系都不盡相同。有的廠家提供的是裸卡，根密鑰由運(yùn)營商自己掌握，自己生成PDK并寫入卡內(nèi)；有的公司自己控制主密鑰，只為運(yùn)營商提供成品卡。以上只是簡單的描述，各CA廠家各有專利，各有保密性要