有線數字電視CA系統的研究與應用

【摘要】 廣電網絡用復用器對提供的節目進行管理，用用戶管理系統對每個用戶的要求實現記錄、統計和管理，在用戶端用機頂盒來實現系統提供的各種多媒體服務。而條件接收系統則貫穿在這三部分構成的整個系統之中，根據每個用戶申請的服務將相應的碼流構成完善的加解擾系統，使每個用戶在按時交費的基礎上得到相應的服務，使廣電網絡真正成為一個能夠自我積累發展的產業。本文便對條件接收系統的原理與應用進行一個詳細的闡述。

【關鍵詞】 條件接收系統 CA CW ECM EMM

為了能開播更多的節目和多媒體服務，并鼓勵節目制作商以及供應商提供更多更好的節目，廣播電視要保證其持續不斷的發展，最終要靠提供各種有償的擴展和增值業務來保證，這其中關鍵技術是條件接收技術。

條件接收系統，即CA系統，是通過節目的加密控制，使得只有繳費的用戶才能夠獲得授權解密收看。條件接收系統經歷了模擬和數字兩代。模擬第一代特征是以設備為基礎，一般用于模擬系統。第二代是隨著數字電視的出現而產生的，基本原理采用加擾控制字加密傳輸的辦法，用戶端利用IC卡解密。由于采用的數字技術，對信號沒有損耗，同時系統的保密性能，可靠性均大提高。

一、條件接收系統的構成和總體要求

典型的條件接收系統由用戶管理系統，節目信息管理系統，加密和解密系統，加擾和解擾系統組成。其中各系統部件之間通過相關接口進行通訊和數據傳輸，其中主要包括以下接口：節目信息管理接口，用戶信息管理接口，復用器接口，智能卡接口等。

為了便于對全國條件接收系統進行統一規劃管理，對全國條件接收系統的標識號進行了定義。主標識用于區分不同條件接收系統供應商的系統，輔標識由條件接收系統供應商自定義。

CA的總體要求主要有：基本功能，節目管理，用戶管理，應急廣播要求，智能卡要求，智能卡與接收機通訊和安全認證，系統安全性，回傳信道的需求，同密與多密，管理體系和發卡體系這十個大的方面，礙于篇幅就不再一一詳細介紹了。

二、條件接收系統的原理和保障措施

2.1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，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。

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。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。

2.2 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，SK的升級體制，智能卡的電路設計。

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。

三、CA系統發展現狀

目前國際上的條件接收系統主要有荷蘭愛迪德公司的M_Crypt系統和π_s ys系統，法國電信公司的Viaccess系統，英國NDS公司的NDS系統，以及Nagra系統等。國內主要有永新同方，中視聯，算通科技等。國外的CA系統經歷多年的發展，技術比較成熟并形成一定市場，國內的CA系統研究起步比較晚，起點比較高，同時借鑒了國外的經驗，發展很快，已經形成了頗具規模的國內市場，同時積極開展與國外CA系統實現同密。這種競爭并同步發展的形勢在國內數字電視界已經形成。事實上，數字電視中條件接收系統正以特有的方式推動中國廣播電視事業的發展。

四、總結

近年來，我國數字媒體條件接收服務如數字付費節目，付費衛星電視、VOD點播等取得了較大發展，全數字廣播系統逐漸成為現實，條件接收服務的需求也會越來越大。這些現實的需求將成為推動數字媒體有條件接收技術發展的強大動力。這種動力將推動相關技術的發展和突破。

作者簡介：高峰超，男，1985年1月生，助理工程師。工作于山東省廣電網絡公司東營分公司，中國傳媒大學通信工程專業，大學本科學歷，地址山東省東營市南一路260號東營市廣播電視臺網絡中心技術部，郵編是257091