模式匹配在條件接收系統中的應用

馮燕強

（廣西廣電網絡公司 加密系統部，廣西 南寧 530028）

模式匹配在條件接收系統中的應用

馮燕強

（廣西廣電網絡公司 加密系統部，廣西 南寧 530028）

通過前端條件接收系統，可以向用戶發送授權指令、郵件、公告等信息，同時前端條件接收系統還會接收來自營業廳的催繳費信息、加授權或者減授權的指令，即前端系統對外是具有一定的開放性。因此，對郵件、公告信息、催繳費信息等內容建立審查機制是十分必要的，而這些內容大多數為文字，使用模式匹配算法來建立自動審查機制是一個好的選擇。主要介紹文本過濾在條件接收系統中的重要性、如何將模式匹配算法加入到條件接收系統中。

條件接收；模式匹配；數字電視

條件接收系統（Conditional Access System，CAS）是付費數字電視的核心技術，是對數字電視內容的一種保護手段，保證用戶只有在滿足一定的條件下才能正常收看特定的內容[1]。通過CA技術可以決定某項業務能被使用的前提是用戶必須有授權，對于沒有授權的用戶是不允許使用的，這就保證了合法用戶的權益以及運營商的權益。在CA系統中是通過加擾和加密來實現條件接收這一功能，將聲音、圖像、數據流按某種方式打亂即加擾，這樣就能夠讓用戶不能正常收看節目，而加擾的關鍵就是控制字；而加密則是對控制字進行保護的處理過程。經過加密處理的控制字和加擾的節目信號一同發送到機頂盒，機頂盒則對加密過的控制字進行解密，然后使用控制字對加擾的信號進行解擾，從而還原出原始的聲音、圖像，這樣用戶才能正常收看節目。這是CA系統最重要的功能，但根據需要，CA系統還有發送郵件、屏幕顯示（On-Screen Display，OSD）等功能。

屏幕顯示（OSD）在現行廣電系統的主要作用是菜單顯示、催繳費、升級提示、天氣預警等。其中催繳費、升級提示、天氣預警類的OSD顯示只起到提示作用不影響用戶正常收看節目，菜單顯示又可以分為兩類：顯示類和帶操作類。

1 模式匹配的可行性分析

在客戶端中，CA消息在機頂盒上顯示是要經過一系列的判斷、轉換。這就表明從CA系統中下發的郵件、OSD消息會最終作用于用戶的機頂盒，這就隱藏著一種可能，如果CA系統下發的消息是非法的、反動的或者其他影響社會安定團結的內容，會造成不好的社會影響。因此，在發送端中建立消息審查，從而過濾這類消息，嚴格控制了CA系統下發的消息，這就能從源頭杜絕這類安全播出事故的發生，也能杜絕不管是有意還是誤操作造成的事故，實現自動審查的功能。

模式匹配：是指在給定長度為n的目標串T=T1，T2，…，Tn中查找長度為m的模式串P=P1，P2，…，Pm的首次出現或多次出現的過程。這里Ti(1≤i≤n)，Pj(1≤j≤m)∈Σ（字符集），若P在T中出現1次或多次，則稱匹配成功，否則稱匹配失敗[2]。上述的消息都是以文字的形式存在，所以使用經典的模式匹配算法對這類消息進行過濾是行之有效的方法。郵件和OSD類消息從各個地方匯聚到CA數據庫之后，由CA系統調用模式匹配算法對這類數據進行檢查，對于內容與指定的模式不匹配的數據可以進行刪除等操作，這樣就能實現自動審查，這是一種強制檢查的行為，可以在一定程度上防止不合法的不良言論在數字電視網絡中傳播。

2 模式匹配算法的實現

首先是將模式串和文本串左對齊，匹配的方向是從模式串的右邊開始，即從右向左匹配，當出現失配的情況下，會使用壞字符規則和好后綴規則來決定下一個匹配的位置，即使用這兩個規則來決定模式串右移的距離，直到文本串的末尾或者匹配成功。

壞字符規則分兩種情況：

1）如果模式串P中不存在字符x，則字符x之后的文本字符串不會與模式串P產生匹配，因此跳過字符x使得模式串P的首字符與字符x的下一位字符相對齊[3]，具體體現如圖1所示。

圖1 壞字符規則1

2）如果字符x存在于模式串P中，則把字符x與字符x在模式串P中最右的位置相對齊[3]，如圖2所示。

圖2 壞字符規則2

好后綴規則是利用已經匹配的字符串來進行跳躍，分如下兩種情況：

1）如果模式串P中存在與已經匹配成功的字符串 p′相匹配的子串，并且該子串是符合條件的最右子串，則移動模式串P，使得該子串與已經匹配的字符串p′對齊[3]，如圖3所示。

2）如果模式串P中不存在與 p′相匹配的子串，則在 p′中查找最長后綴，該后綴必須與模式串P的前綴完全匹配，即符合條件 p′[m-s…m]=P[0…s][3]，如圖4所示。

圖3 好后綴規則1

圖4 好后綴規則2

3 模式匹配應用于CA系統

CA廠家很多，但大多數的CA系統在郵件和OSD之類的消息都有字數限制，一般消息長度為150個字符，這就意味著文本串的長度最長為150個字符。數據從各個地方匯聚到CA系統的接口，最后插入到數據庫中。在插入數據庫之前，會調用模式匹配算法的程序對這類數據進行檢查，只有匹配失敗的郵件和OSD消息（即不存在非法的、敏感詞之類的存在）才能插入到數據庫中去。前端CA系統的數據流向如圖5所示，模式匹配算法的具體流程圖如圖6所示。

圖5 CA系統數據流圖

圖6 算法流程圖

從圖5可以看出，數據流來源于CA系統開放給外部的接口，通過互聯網傳到CA的數據庫中，EMMG服務負責不斷從CA數據庫中取數據，然后生成EMM數據流發給加擾機，加擾機對EMM數據流進行加擾后傳給調制器，調制器將加擾后的數據調制成特定的信號后通過HFC網絡傳到用戶中，這樣就完成了整個EMM流傳播。由此可見，在數據進入數據庫之前就把非法的數據信息攔截，就能防止非法數據被下發到數據傳播網絡中，也能在不影響EMMG服務各項正常動作的前提下，對這類數據信息進行檢查。

例如：“尊敬的用戶，您的收視費即將到期，請到營業廳或工、農、交、建、中行及移動手機繳費”是最常用的催繳費信息，以該信息作為文本串，而以“移動”作為模式串，對模式匹配算法如何應用于CA系統中進行說明，同時驗證了模式匹配算法在CA系統中是不是可行的。

第一步是計算出模式串中每個字符在模式串中最右的位置，這個位置是當出現不匹配的情況下模式串應該右移的距離。第二步將文本串和模式串左對齊之后開始進行匹配。匹配開始的方向為模式串的右邊開始，而“敬”字與“動”不匹配，而且“敬”在模式串中不存在，符合壞字符規則1，按壞字符規則1來移動模式串，這時候“移動”和文本串中的“的用”對齊；不斷重復這個過程，直到“移動”與“及移”對齊才與前面的匹配過程不相同。當“動”字和文本串中的“移”字不匹配的時候，因為“移”位于模式串中而且位置為1，所以該模式串只右移一個位置，移動之后，模式串與文本串的“移動”對齊。再次進行匹配之后就檢測到匹配成功，這時后面的匹配就沒有必要進行下去了，匹配成功之后說明該信息存在該過濾的內容，則直接刪除該消息不讓其被發送到傳輸鏈路中。這樣就達到對敏感詞進行過濾的功能。

模式匹配算法獨立于CA系統之外，只有在數據要進入CA數據庫的時候才會調用該算法對數據進行檢測，這樣就不會影響CA的正常工作，也能在需要的時候對模式匹配算法進行升級和改進。在日常工作中，發送該類消息都有固定格式，這就讓員工在發送消息時有所松懈，稍不注意就會將不該發送的信息發送給用戶，在沒有模式匹配加入的自動檢查機制中，員工作發送操作的下一瞬間，用戶就會收到不該收到的信息，這在廣電系統中輕則被定義為擾民行為，造成的影響輕微，而如果消息具有煽動性，則會影響社會穩定，情節更嚴重。

4 結束語

CA系統作為廣播電視行業中的核心技術，在保證合法用戶的權益以及運營商權益的工作中起到非常重要的作用。廣播電視是現代人獲取外界信息的來源之一，和人們的生活息息相關，而CA系統則和人們的距離是比較近的，CA系統發出的信息影響著人們對國家、社會的看法，使用先進技術嚴格把控CA系統所發出的信息，避免不良影響的情況出現，這都是CA系統不可或缺的。

[1]鄭思嫻.數字電視條件接收系統適配層的研究與實現[D].長沙：湖南大學，2005.

[2]嚴蔚敏，吳偉民.數據結構[M].北京：清華大學出版社，1997.

[3] DONALD E K，JAMES H M，JR VAUGHAN R.Fast pattern matching in stings[J].SIAM J.COMPUT，1977，6（2）：323-350.

Application of Pattern Matching in Conditional Access System

FENG Yanqiang
（Encryption System Department，Guangxi Radio and TV Network Company，Nanning 530028，China）

Through the front end of conditional access system,which can be authorized to the user instructions,email, announcements and information,at the same time,the front system can also accept conditional access system to place business hall of payment information,add authorization or subtract instruction,authorized by the front-end system of foreign is open.Therefore,a review system of the mail information,announcements and push payment information is very necessary to establish and most of the content for the text,using pattern matching algorithm to set up automatic review mechanism is a good choice.This paper mainly introduces the importance of text filtering in conditional access system,how to join the conditional access system pattern matching algorithm.

conditional access system;pattern matching;digital TV

TN949.197

A

10.16280/j.videoe.2015.04.002

2014-10-17

【本文獻信息】馮燕強.模式匹配在條件接收系統中的應用[J].電視技術，2015，39（4）.

馮燕強（1987—），廣電工程師，主要從事CA系統的開發及維護。

責任編輯：薛 京