數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)

　　條件接收系統(tǒng)(Conditional Access System)是指用來控制訂戶(Subscriber)對廣播服務或者節(jié)目進行接收的系統(tǒng)，即訂戶只能收看經(jīng)過授權的廣播服務或者節(jié)目。它是實現(xiàn)個性化服務的關鍵�；�本目的是在電視臺電視系統(tǒng)中對用戶進行授權控制及授權管理，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)的有償服務。
　　條件接收系統(tǒng)(CAS)能實現(xiàn)電視臺各項業(yè)務的統(tǒng)一管理授權和控制。從技術角度看，該系統(tǒng)又是一個綜合性的系統(tǒng)，集成了多種先進技術，包括系統(tǒng)調(diào)度管理、 網(wǎng)絡技術、數(shù)字壓縮編碼、加解擾技術、加解密技術、復用器技術、調(diào)制解調(diào)技術、機頂盒技術、智能卡技術等。同時也涉及到用戶管理、節(jié)目管理、收費管理等數(shù) 據(jù)庫方面的應用技術。
　　1 條件接收系統(tǒng)的歷史
　　國際上有條件接收系統(tǒng)的運行已有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)實施，由于種種原因進展不如預期大。
　　第一代有條件接收系統(tǒng)的特征是以設備為基礎，一般用于模擬系統(tǒng)。在頭端將模擬信號進行加擾，使得普通電視機無法收看，通過前端的尋址來控制單個用戶的解擾 器開關，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)可實現(xiàn)全頻段加擾和頻道加擾，實現(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)字隨機視頻行抖動等方法，他們通常對信號產(chǎn)生損耗。由于系統(tǒng)的密鑰體系依賴于設備以及解擾器，比較容易被破解和復制。
　　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)字技術的出現(xiàn)以及計算機技術突飛猛進為有條件接收系統(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 行加密、用戶端采用IC卡解密的技術，但依然是只能針對視頻信息加密，對于網(wǎng)絡以及計算機環(huán)境下的IP包及數(shù)據(jù)無法實現(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、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_來防止收費授權信息的擴散，但是在計算機和互聯(lián) 網(wǎng)絡環(huán)境下，很難防止用戶端對解擾信息進行存儲復制和非法擴散，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。這種機制應該與傳輸無關，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，成為一個同時適合 DVB/IP兩個平臺的授權控制系統(tǒng)。
　　2 CAS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)是一個綜合性的系統(tǒng)，它集成了多種先進的技 術，所涉及的技術包括：系統(tǒng)調(diào)度管理、網(wǎng)絡技術、數(shù)字壓縮編碼、加解擾算法、加解密算法、復用器技術、機頂盒技術、智能卡技術等，同時也涉及到用戶管理、 節(jié)目管理、收費管理等數(shù)據(jù)應用技術。其中，CAS的性能和安全性是整個系統(tǒng)尤為關鍵的問題。
　　舊的模擬加擾方式主要是通過采用隨機視頻倒相的方式，使圖象產(chǎn)生無規(guī)律的黑白翻轉和彩色混亂導致無法收看，很容易被解擾。CAS可以針對數(shù)字節(jié)目的市場計 劃制訂相應的加擾策略，實現(xiàn)對不同的數(shù)字頻道、各數(shù)字頻道內(nèi)不同時間段內(nèi)的節(jié)目，甚至同一節(jié)目中的視頻或音頻進行加擾。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和路權控制技術所無法做到的。
　　一般地說，在MPEG-2傳輸流中，與控制字傳輸相關的有2個數(shù)據(jù)流：授權控制信息（ECM）和授權管理信息（EMM），加擾控制字（CW）是對節(jié)目流進行 解擾的鑰匙，由業(yè)務密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECM中傳遞，其中包括節(jié)目來源、時間、內(nèi)容分類和節(jié)目價格等節(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)過用戶個人分配密鑰（PDK）的加密處理。EMM中還包括地址、用戶授權信息，如用戶可以看的節(jié)目或時間段，用戶付的收視費等。
　　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-des criptor，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各有特點。
　　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)，可通過安全機制使其失效。
　　(3) 大量的密鑰循環(huán)會占用一定的帶寬，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) 通過高強破解難度的算法，高性能的智能卡技術確保安全。
　　(3) 萬一被攻破，只能通過換卡或者啟動備用算法等有效手段應急。
　　4 CAS如何實現(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。單從技術的先進性考慮，RSA相對DES、3DES在數(shù)學難度上占有一定的優(yōu)勢。
　　B. 智能卡及密鑰的運作
　　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)的存儲格式是加密的，存儲區(qū)域可以形成 許多獨立的安全小區(qū)，每個小區(qū)都帶有其自身的批準進入保密代碼，由卡內(nèi)的CPU對提取信息進行鑒別以決定能否進入該區(qū)存取。
　　智能卡內(nèi)PDK的生成是一個復雜、機密的過程，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，各有保密性要求，涉及到智能卡、密鑰等的敏感性問題，廠商是不會多作介紹的。
　　C. 機房的保密性
　　主要是說CA以及SMS（用戶管理系統(tǒng)）中有關用戶密鑰、私有信息的部分要加強管理，最好放到一個單獨的機房，此機房對安全性要求非常高。有一些廠家為保證運營的安全性，對運營商的機房設計管理有特殊要求。
　　5 CAS的開放性
　　一個CAS系統(tǒng)的安全性往往與其開放性成反比，因此CAS的開放性是非常有限的。
　　CAS與其他系統(tǒng)之間的接口主要有SMS接口、STB接口、節(jié)目管理系統(tǒng)接口、復用加擾器接口等。CA與其他子系統(tǒng)的集成一般比較容易；CA與CA基于同密、多密的集成由于涉及到各方的機密，廣泛與多家CA實現(xiàn)同密的CA產(chǎn)品目前還比較少。
　　6 CAS的同密與多密
　　A. 同密
　　同密技術是兩個或更多個CA對同一套節(jié)目流進行加擾，含有任一種CAS的STB均可收看該節(jié)目的技術。同密應用中擾碼器是共用的，不同的CA1、CA2對 加擾其產(chǎn)生的同一個CW進行加密，產(chǎn)生不同的ECM1、EMM1和ECM2、EMM2，用戶STB含CA1的用相應的智能卡對EMM1解密取得SK1，用 戶STB含CA2的用相應智能卡對EMM2解密取得SK2，最終都可以收看到這套數(shù)字電視節(jié)目。
　　B. 多密
　　多密技術是指將兩個或多個CAS分別對不同的節(jié)目流進行加擾，但在用戶的一個STB中所有節(jié)目均可收看的技術。支持多密的STB需要有各個CAS的CI （公用接口）模塊，用戶只要在各CI模塊插入該CA的智能卡就可以收看相應的節(jié)目，收看其它部分節(jié)目時須換用其他智能卡。多密STB的成本較高，增加了用 戶支出，在國內(nèi)可應用性不大。
　　優(yōu)秀的同密或多密設計方案應可以實現(xiàn)多級加密的功能。
　　7 CAS的預防與應急補救
　　一個系統(tǒng)的安全性保證，不但要看其預防能力如何，還要看其應急補救是不是快捷及時。
　　CAS被破解有多種可能，盜版者一般通過破解智能卡內(nèi)的用戶密鑰或空中截取業(yè)務密鑰來破解系統(tǒng)，通過銷售盜版卡獲取利潤。CAS的破解必須借助專業(yè)且昂貴的系統(tǒng)才可能成功，非一般組織可以完成。
　　若是業(yè)務密鑰破解，由于業(yè)務密鑰是周期變化的，所以周期到達業(yè)務密鑰更新后，盜版卡將自動失效。若用戶密鑰被破解，基于多層密鑰的CAS可在前端將此卡列 入黑名單，所有是該號的盜版卡將自動失效；如果是基于算法的CAS則通過更換預置的算法，使盜版卡失效。若是在卡的生產(chǎn)和個性化過程出現(xiàn)內(nèi)部失密導致SK 泄漏，通過密要更新可以使盜版卡失效。
　　在技術保障的同時，輿論和法律是預防打擊盜版活動強大的后盾。付費媒體供應商可以通過法律保護自己的利益，在遭受盜版侵權時，給盜版者以嚴厲的制裁。

• 通信詞典解釋