【文章內(nèi)容簡介】 電視機不僅僅普及率高，使用也遠(yuǎn)比計算機簡單。因此，通過數(shù)字電視把電視機變成多媒體的信息終端，來實現(xiàn)信息化，對國家信息化有著巨大的意義，也是符合我們中國國情的舉措。通過有線電視數(shù)字化，是我們跨越數(shù)字鴻溝的一個比較有效的途徑，已得到國家各個部門的認(rèn)可。因此，政府也大力支持和推動廣播電視的數(shù)字化，中央領(lǐng)導(dǎo)多次做了批示及指示，要求加快廣播電視數(shù)字化步伐。有線電視是三網(wǎng)融合的重要平臺我國的“十一五”規(guī)劃明確提出：“積極推進(jìn)‘三網(wǎng)融合’，建設(shè)和完善寬帶通信網(wǎng)，加快發(fā)展寬帶用戶接入網(wǎng)，穩(wěn)步推進(jìn)新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，建設(shè)集有線、地面、衛(wèi)星傳輸于一體的數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)；構(gòu)建下一代互聯(lián)網(wǎng)，加快商業(yè)化應(yīng)用；制定和完善網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)互聯(lián)互通和資源共享?！庇芯€電視網(wǎng)絡(luò)在數(shù)字化之后，除電視服務(wù)之外，還可以提供寬帶接入及語音服務(wù)。如上圖所示，美國的有線電視行業(yè)目前已成為電視服務(wù)的最主要渠道；此外，其寬帶用戶也占據(jù)了美國近60%的寬帶市場份額；通過有線電視網(wǎng)使用電話服務(wù)的用戶也已有850萬，而且這個數(shù)字還在增加。在中國，“三網(wǎng)融合”已經(jīng)開始大力推動，有線電視網(wǎng)絡(luò)的帶寬及用戶覆蓋量均具備一定的優(yōu)勢，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，在向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中也具備一定的優(yōu)勢。因此，應(yīng)高度重視有線電視網(wǎng)絡(luò)在“三網(wǎng)融合”中的重要作用，為政府及整個社會提供更加便捷的融合服務(wù)。CA系統(tǒng)的組成和工作原理CA系統(tǒng)工作原理CA系統(tǒng)的有關(guān)概念條件接收系統(tǒng)：在有線電視傳輸過程中，保證有線數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)僅被授權(quán)許可接收的用戶所接收，未經(jīng)授權(quán)的用戶不能使用這一業(yè)務(wù)，其主要功能是對信號加擾，對用戶電子密鑰的加密以及建立一個確保被授權(quán)的用戶能接收到加擾節(jié)目的用戶管理系統(tǒng)?？刂谱郑–W）：用在解擾器中的密鑰。加密/解密：被用來在發(fā)送端提供一個加密信息，使被授權(quán)的用戶端解擾器能以此來對數(shù)據(jù)解密，該信息受CA系統(tǒng)控制，并以加密形式配置在傳輸流信息中以防止非授權(quán)用戶直接利用該信息進(jìn)行解擾，不同的CA系統(tǒng)管理和傳送該信息的方法有很大不同。 　　加擾/解擾：加擾是為了保證傳輸安全而對業(yè)務(wù)碼流進(jìn)行加密。通常在廣播前端的條件接收系統(tǒng)控制下改變或控制被傳送業(yè)務(wù)的某些特性，使得未經(jīng)授權(quán)的接收者不能得到正確的業(yè)務(wù)碼流。解擾是加擾的逆過程，在用戶接收端的解擾器中完成。加擾算法采用DVB通用算法，控制字（CW）在520秒內(nèi)變化可調(diào)。產(chǎn)品（Product）：CAS對數(shù)字電視節(jié)目進(jìn)行授權(quán)的最小單位。運營商在CAS產(chǎn)品的基礎(chǔ)上根據(jù)運營需要進(jìn)行打包形成運營產(chǎn)品。IC卡：Integrated Circuit Card，又稱智能卡（Smart Card）。在本文檔中，“IC卡”與“智能卡”含義相同，均指用于接收機中條件接收系統(tǒng)模塊的集成電路卡。業(yè)務(wù)( Service)：作為節(jié)目提供給用戶的一套基本流。它們通常由不同數(shù)據(jù)組成，如視頻、音頻、字幕、其它數(shù)據(jù)等，通過公共同步關(guān)聯(lián)起來。傳送流( Transport Stream)：在GB/T 《信息技術(shù) 運動圖像及其伴音信號的通用編碼 第1部分 系統(tǒng)》中定義的一種系統(tǒng)流數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同密(Simulcrypt)：指通過同一種加擾算法和加擾控制信息，使多個條件接收系統(tǒng)一同工作的技術(shù)或方式。授權(quán)控制信息（ECM）：授權(quán)控制信息是一種特殊形式的電子密鑰信號和信道尋址信息。它在發(fā)送端被加密以后與信號一道傳送，在接收端ECM 被用來控制解擾器。授權(quán)管理信息（EMM）：授權(quán)管理信息是一種授權(quán)用戶對某個業(yè)務(wù)進(jìn)行解擾的信息。它與授權(quán)控制信息一樣，在發(fā)送端被加密以后與信號一道傳送，在接收端EMM被用來打開/關(guān)閉單個解碼器或一組解碼器。條件接收表（CAT）：含有加密信息的系統(tǒng)流中必須有CAT表，CAT表中含有一個或幾個CA描述子，描述子中包含了CA 提供商的列表清單，在CA–systemID域中顯示出來，CA–systemID的值必須到標(biāo)準(zhǔn)的制定者ATSC 或ETSI處申請注冊。另外，描述子還指定了各自的EMM流的PID 值，CAT固定的PID值為0x0001。節(jié)目映射表（PMT）：對于加擾節(jié)目流，PMT包括一個或多個CA描述子，在CA描述子中定義該加擾節(jié)目流對應(yīng)的ECM流的PID 值，PMT的PID值由PAT（節(jié)目相關(guān)表）定義。MPEG2以及DVB標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)CA系統(tǒng)的規(guī)定MPEG2中與CA的有關(guān)規(guī)定 MPEG2的系統(tǒng)部分在其傳輸流（TS）數(shù)據(jù)包的語法結(jié)構(gòu)中，規(guī)定了兩個加擾控制位。在打包基本流（PES）數(shù)據(jù)包的語法結(jié)構(gòu)中，也規(guī)定了兩個加擾控制位。這使得加擾既可以在TS層實施，也可以在PES層實施。但是不論在哪一層實施，TS包的頭部信息（包括自適應(yīng)域）總是不加擾的。在PES層實施加擾時，PES 包的頭部信息是不加擾的。另外，MPEG2的PSI表總是不加擾的。 MPEG2為CAS規(guī)定了兩個數(shù)據(jù)流，即ECM和EMM。 其TSID分別是0xF0和0xF1。ECM一般用來傳輸直接解擾信息，EMM用來傳送用戶的付費情況和權(quán)限，包括對ECM進(jìn)行解密的信息。對ECM和EMM進(jìn)行加密的方法由各自CAS自由選擇。 MPEG2在PSI表中規(guī)定了CAT，其PID固定為0x0001。CAT通過一個或多個CA描述子提供一個或多個CAS與它們的EMM流以及特有參數(shù)之間關(guān)聯(lián)。CA描述子也可以出現(xiàn)在PMT中，如果位于programinfolength之后，則其CAPID域指出的是解擾整個節(jié)目的ECM；如果位于ESinfolength之后，則其CAPID域指出的是解擾相應(yīng)基本流的ECM。DVB中與CA的有關(guān)規(guī)定 DVB標(biāo)準(zhǔn)在MPEG2的基礎(chǔ)上進(jìn)一步規(guī)定了一些傳輸規(guī)范。首先，DVB規(guī)定了兩個加擾控制位的含義（在TS層和在PES層一樣）：00表示未加擾；01表示保留；10表示使用偶密鑰；11表示使用奇密鑰。 一個靈活的廣播系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠在PES層事實加擾。為了避免客戶端的解擾設(shè)備太復(fù)雜，DVB對在PES層事實加擾做了一些限制，它們是：加擾不能同時在兩個層次上實施；加擾的PES包頭不能超過184字節(jié)；出了最后一個TS包外，攜帶加擾PES包的TS包不能有自適應(yīng)域。 當(dāng)廣播數(shù)據(jù)跨越廣播媒體邊界（例如從衛(wèi)星到有線）的時候，經(jīng)常需要用新的有線運營商CA信息替代原有衛(wèi)星的CA信息。為了靈活高效地實現(xiàn)CA信息的替換，DVB運用了如下規(guī)定： 某個CA描述子的CAPID所對應(yīng)的TS包只能攜帶本CA信息，不能攜帶其他信息。另一方面，CA信息也只能存在于CA描述子的CAPID所對應(yīng)的TS包中，不能出現(xiàn)在其它地方。在同一個TS中，兩個CA提供商不應(yīng)使用相同的CAPID。CA系統(tǒng)的組成按照位置，可以認(rèn)為CA系統(tǒng)由前端（廣播）和終端（接收）兩個部分組成。前端完成廣播數(shù)據(jù)的加擾和授權(quán)信息以及解擾密鑰的加密等工作；終端完成解擾和解密，一般是一個解擾器（外加一個智能卡）。按照功能，CA系統(tǒng)由兩個對立的部分組成，即加解擾部分和接收控制部分。加擾是在CA系統(tǒng)控制下將被傳送節(jié)目數(shù)據(jù)由明文改為密文，使這些數(shù)據(jù)對未授權(quán)用戶無用。接收控制是向授權(quán)用戶提供解擾用得信息。該信息以加密的形式復(fù)用到MPEG2的傳送流中。授權(quán)用戶對它進(jìn)行解密可以得到解擾密鑰。不同的CA系統(tǒng)管理和傳送該信息的方法有很大不同。按照結(jié)構(gòu)，CA系統(tǒng)由加擾器、解擾器、加密器、控制字產(chǎn)生器、節(jié)目信息管理、用戶授權(quán)系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)和條件接收子系統(tǒng)等部分組成。其工作原理及組成如圖所示： 條件接收系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)各部分功能如下：節(jié)目信息管理系統(tǒng)節(jié)目信息管理系統(tǒng)的主要功能是為即將播出的節(jié)目建立節(jié)目表，其中包括將要播出的各個節(jié)目的CA信息。節(jié)目管理信息被SI發(fā)生器用來生成SI和PSI信息，被節(jié)目控制系統(tǒng)來控制節(jié)目的播出，被CA系統(tǒng)用來做加擾調(diào)度和產(chǎn)生ECM。用戶管理系統(tǒng)用戶管理系統(tǒng)主要對用戶和智能卡進(jìn)行管理，包括管理和編輯用戶信息，所有客戶端的地址、智能卡號、證書和用戶設(shè)備信息，同時還處理用戶的節(jié)目預(yù)定信息，用戶授權(quán)信息，財務(wù)信息并將這些信息轉(zhuǎn)成授權(quán)管理信息。加擾解擾器加擾時CA系統(tǒng)的重要組成部分。所謂加擾就是在前端CA系統(tǒng)的控制字的控制下，連續(xù)不斷地對被傳送的視頻、音頻或輔助數(shù)據(jù)及進(jìn)行有規(guī)律的擾亂，如果直接顯示將是雜亂無章的畫面，只有經(jīng)過解擾處理后才能恢復(fù)原始圖像，而未授權(quán)的接收者無法進(jìn)行解擾。數(shù)字電視CA系統(tǒng)通常使用偽隨機序列對原始序列做運算，得到了加擾的視音頻信號。解擾則是在接收端使用相同的偽隨機序列和已經(jīng)加擾的數(shù)據(jù)序列做相同的運算，將會恢復(fù)原始序列?？刂谱职l(fā)生器控制字（CW）是用于加擾的控制信息，解擾的關(guān)鍵是要掌握偽隨機序列發(fā)生器的初始條件，初始條件受控于控制字，有了控制字就可以恢復(fù)加擾時使用的偽隨機序列，對信號解擾。這個控制字可以說是一把鑰匙，又稱密鑰。因此控制字的安全傳送是CA系統(tǒng)的關(guān)鍵，為了保證安全，控制字每個520秒就要改變一次。授權(quán)控制信息發(fā)生器授權(quán)控制信息（ECM）是一種專用條件接收信息。它攜帶了控制字的加密編碼和接收參數(shù)（如節(jié)目說明級接收節(jié)目所需的條件）等信息。ECM在發(fā)送端被加密后與信號一道傳送到接收端，ECM用來控制解擾。授權(quán)控制信息發(fā)生器從節(jié)目管理系統(tǒng)獲得節(jié)目標(biāo)識信息、節(jié)目收視條件、節(jié)目加解擾算法及節(jié)目提供商信息等，同時從控制字發(fā)生器獲得加擾控制字，然后按照一定的數(shù)據(jù)編碼格式將上述信息生成一個完整的ECM數(shù)據(jù)包經(jīng)過加密后送到復(fù)用器中。授權(quán)管理信息發(fā)生器授權(quán)管理信息（EMM）是一種授權(quán)用戶對某個業(yè)務(wù)進(jìn)行解擾的信息。它攜帶了用戶訂購節(jié)目信息，指定了用戶對業(yè)務(wù)的授權(quán)登記，授權(quán)管理信息發(fā)生器從用戶管理系統(tǒng)中獲得基本用戶授權(quán)信息包括用戶的唯一標(biāo)識，智能卡號，用戶的授權(quán)信息等，同時還有業(yè)務(wù)密鑰（SK）和用戶端的公鑰，然后按照一定的編碼格式將上述信息生成EMM數(shù)據(jù)包經(jīng)過加密后送到接收端。CA系統(tǒng)的工作原理CA系統(tǒng)采用多重密鑰傳送機制將控制字安全地傳送到經(jīng)過授權(quán)的客戶端。在信號的發(fā)送端，首先根據(jù)節(jié)目播放的授權(quán)要求，由控制字發(fā)生器通過安全算法去產(chǎn)生控制字（CW），由它來控制加擾器對來自復(fù)用器的MPEG2傳送流進(jìn)行加擾。CW的字長一般為60比特，為了保證安全，CW每隔5～20s改變一次，控制字就是加擾所用的密鑰。ECM發(fā)生器收到來自控制字發(fā)生器的控制字后，加密器根據(jù)用戶授權(quán)系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)密鑰（SK）對控制字和控制參數(shù)進(jìn)行加密運算，其輸出即為經(jīng)過加密以后的控制字和控制參數(shù)，它稱為授權(quán)控制信息（ECM），用戶端的解碼器只有在得到現(xiàn)行有效的業(yè)務(wù)密鑰，才能夠?qū)CM解密得到控制字，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的解擾。業(yè)務(wù)密鑰在送給ECM發(fā)生器的同時也提供給EMM發(fā)生器。用戶管理系統(tǒng)提供的用戶地址信息，用戶授權(quán)信息等和業(yè)務(wù)密鑰一起被送入EMM發(fā)生器，加密器利用分配密鑰對這些信息進(jìn)行加密運算，其輸出即為經(jīng)過加密以后的業(yè)務(wù)密鑰和用戶授權(quán)信息，它稱為授權(quán)管理信息（EMM）。用戶端的解碼器只有在得到現(xiàn)行有效的分配密鑰后，才能夠?qū)MM解密得到業(yè)務(wù)密鑰，從而實現(xiàn)對控制字的解擾。ECM和EMM信息被送至MPEG2復(fù)用器中與送入復(fù)用器的圖像，聲音和數(shù)據(jù)信號比特流一起打包成MPEG2傳送流，加擾器對復(fù)用后的MPEG2傳送流進(jìn)行加擾運算。分配密鑰的傳遞一般通過非常安全的渠道傳遞給用戶，其中智能卡是一種方便的方法。將分配密鑰固化在智能卡中并以加密的形式存儲，用戶需提供口令才能供解密使用。在接收端，由于ECM和EMM被置于MPEG2傳送流包的固定位置，因此，解復(fù)用器便很容易解出ECM和EMM信號，機頂盒首先從解復(fù)調(diào)后得到的傳送流中得到ECM和EMM信息，其次在智能卡中完成用分配密鑰對EMM解密得到業(yè)務(wù)密鑰SK，然后業(yè)務(wù)密鑰對ECM解密，得到控制字和控制參數(shù)，恢復(fù)出CW，并將它送至解擾器進(jìn)行解擾?？梢?，整個數(shù)字電視CA系統(tǒng)的安全性得到了三重保護(hù)，如下圖所示。圖 72 CA系統(tǒng)的三重保護(hù)第一重保護(hù)：利用控制字對圖像、聲音和數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾。對圖像、聲音和數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾使沒有得到授權(quán)的用戶的接收機無法進(jìn)行解擾，不能收看正常節(jié)目。第二重保護(hù)：利用業(yè)務(wù)密鑰對授權(quán)控制信息ECM加密。控制字的安全傳送依靠業(yè)務(wù)密鑰，用戶端的機頂盒只有在得到現(xiàn)行有效的業(yè)務(wù)密鑰后，才能對ECM解密，從而獲得控制字CW。這樣控制字在傳送給用戶過程中即使被盜，盜竊者也無法對加密鑰的控制字進(jìn)行解密。第三重保護(hù)：利用分配密鑰對授權(quán)管理信息EMM加密對EMM加密使得整個系統(tǒng)安全性更強。非授權(quán)用戶即使得到了加密的授權(quán)管理信息，但由于得不到分配密鑰，無法對EMM解密，得不到業(yè)務(wù)密鑰，也無法得到控制字，仍舊無法解出并獲得正常信號。CA系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)涉及多項技術(shù)，主要包括加擾、解擾技術(shù)，加密、解密技術(shù)，同密、多密技術(shù)，編碼技術(shù)，復(fù)用技術(shù)，智能卡技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，接收技術(shù)，此外還涉及到用戶管理、節(jié)目管理、收費管理等信息技術(shù)。下面重點介紹其中的幾項關(guān)鍵技術(shù)。加擾、解擾技術(shù)在數(shù)字電視條件接收中，加擾與解擾技術(shù)至關(guān)重要。加擾是為了保證傳輸安全而對業(yè)務(wù)碼流進(jìn)行的特殊處理，通常在廣播前端的條件接收系統(tǒng)控制下改變或控制被傳送業(yè)務(wù)碼流的某些特性，使得未經(jīng)授權(quán)的接收者不能得到正確的業(yè)務(wù)碼流。解碼則是加擾的逆過程，在用戶接收端的解擾器中完成。下面討論在數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)中加擾如何實現(xiàn)以及解擾如何恢復(fù)加擾前的視頻與音頻數(shù)據(jù)。在發(fā)送端，將偽隨機發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機碼與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運算，得到加擾的視頻和音頻數(shù)據(jù)。在接收端用相同的偽隨機發(fā)生器，如果其起始點與發(fā)送端一樣，則產(chǎn)生的偽隨機碼也與發(fā)送端完全一樣，利用這個偽隨機碼和已經(jīng)加擾的視頻、音頻數(shù)據(jù)同樣做異或運算，即可得到與加擾前相同的信號。上述解擾過程表明，解擾的關(guān)鍵是要掌握偽隨機碼發(fā)生器的起始點。由于加、解擾發(fā)生器結(jié)構(gòu)相同，只要二者起始點一樣，即初始化一樣，產(chǎn)生的偽隨機碼就相同。這個初始值作用很關(guān)鍵，稱為控制字，未授權(quán)者只要掌握這個控制字，同樣可以實現(xiàn)解擾?？刂谱峙c授權(quán)密鑰加密技術(shù)數(shù)字電視條件接收技術(shù)是現(xiàn)代信息加密技術(shù)在數(shù)字電視領(lǐng)域的具體應(yīng)用，一方面實現(xiàn)了節(jié)目及業(yè)務(wù)信息的分類和管理，另一方面也實現(xiàn)了節(jié)目的條件接收。控制字加密在實現(xiàn)數(shù)字電視條件接收時非常重要，為使未授權(quán)者不容易掌握控制字，要使控制字經(jīng)常變動，而且要變化很快，這樣即使破譯了個別字，由于變化太快也無法解擾。對于