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数字电视条件接收系统技术及智能卡机卡分离技术的研究 摘要 众所周知，从模拟电视到数字电视的过渡是我国广播电视行业必然的发展趋势。模拟电视 用户可以购买新的数字电视接收机或机顶盒接收数字电视，其中机顶盒是多数老百姓的主要选 择。条件接收系统作为数字电视技术中的核心设备，通过对所播出的节目进行加扰，管理和控 制用户收视的权限，保障了节目供应商和运营商的利益，也为发展新的增值服务提供了一个安 全可控的综合管理业务平台。然而，目前国内开通数字电视试用方案的“机顶盒”和“条件接收系 统”机卡绑定产品体系结构，形成了运营商选择条件接收系统产品、终端制造商接运营商订单为 其定制生产、运营商垄断销售机项盒的畸形产业格局。 针对机卡绑定的种种弊端，信息产业部及时提出。机卡分离”的产业技术政策并作为“电子 发展基金颂目招标，支持机卡分离产品的研究开发，意在为机项盒制造商解决规模生产的外部 瓶颈和给机顶盒用户带来实惠，梳通广电运营商、家电企业和c a 厂商之间的产业链关系。 本文结合作者参与信产部电子发展基金项目“智能卡机卡分离系统”的研发工作，全面研究 了智能卡机卡分离条件接收系统解决方案中的关键技术问题，全文的内容安捧和研究成果为： 首先，分析数字电视条件接收系统的基本原理和核心技术。从现有条件接收系统的工作原 理、一般实现架构、接收端条件接收系统内核功能及工作机制、条件接收系统的同步技术几个 方面剖析条件接收系统，实现了一套条件接收前端系统的软件仿真试验平台。基于以上对c a 的 剖析以及与c a i - 商的实际讨论结果，明确定义智能卡机卡分离的前提条件和衡量标准，为智能 卡机卡分离方案奠定技术上的可行性基础。 其次，基于实现的条件接收软件仿真平台，对条件接收技术的用户授权管理和利用m p e g 2 编码特性的加扰技术进行研究。通过对已有的密钥分配机制进行学习分析，基于d n a o r 满二叉 树的“完备子集法”和“子集差分法”两种子集覆盖算法，提出一种改进的条件接收系统四级密钥分 配机制，新机制有效地减少密钥更新需要占用的数据带宽。 迸一步对d v b 、a t s c 、i p c a 加扰算法的实现进行分析，着重研究利用m p e g 2 视频压缩编 码特性的透明加扰算法，提出一种支持码率下变换的透明加扰系统结构，并给出参考算法对透 明加扰效果进行主客观比较。 接着，详细阐明智能卡机卡分离总体设计方案和系统架构，并对所有关键技术的应用背景、 研究内容进行详细论述，智能卡机卡分离的关键技术具体包括机卡分离通信协议、虚拟消息滤 波机制、枧卡认涯机制和安全通道机制。针对机卡分离插件的安全杌镪，提出了基于“离散对数 机制”和“基于椭圆曲线”的两套完整的安全协议实现机卡认证、安全通道和机卡配对的功能，并 对它们进行了安全分析。 最后，描述了智能卡机卡分离接收机和智能卡的实现：为更加充分发挥机卡分离对我国数 字电视产业发展的推动作用和运营商的实际市场需求，结合目前广电部门推行的中央地方两级 c a 模式，提出“多服务供应商+ 单一网络运营商+ 一张机卡分离智能卡”的新型业务模式并给出 实现方案。 综上所述。智能卡枫卡分离方案是一种新箭“一卡”通用条件接收系统解决方案，与现有的 私有智能卡条件接收子系统相比，它在开放塑、安全性和易升级维护性上具有明显的优势。同 时，它的成本也大大低于p c 卡条件接收子系统使用的p c 卡费用。 对机顶盒制造商，智能卡机卡分离解决了因为一款机顶盒通常只绑定一个c a 系统造成的 生产瓶颈，制造商大量生产基本功能的机项盒产品，而不需要获得c a 公司的授权。 对运营商而言，一个明显的好处就是它可以较方便地更换加密付费电视采用的c a 系统， 或者便利地升级已使用的c a 系统，这些完全在他的掌握之中。 广大渭费者可以受益予机顶盒大规横生产。可以在可接收的价格范甬内买自己喜欢品牌的 机顶盒。同时，用户可以更换自己的付费电视供应商，代价至多就是购买一张新的智能卡。 对c a 公司来说，智能卡机卡分离实现的“一卡”通用c a 系统以更低的成本获得与a 模块 相同的易替换性。同时，新方案的开放性和可交互操作性可使c a 公司的产品在市场上更具有 竞争力。 关键词：条件接收密钥分配透明加扰机卡分离 s t u d i e s0 nt h et e c h n o l o g i e so fc o n d l t i o n a l a c c e s sa n ds m a r t c a r d b a s e dc af u n ( 了u o n a l a b s t r a c t a si sk n o w nt oa l l , t h ec o n v e r s i o nf r o ma n a l o gt vt od i g i t a lt vi st h ei n e x o r a b l et r e n d a n a l o gt vu s e r sc a ne i t h e rb yn o wd i g i t a l t e l e v i s i o n so rb y 瞅t o pb o x e st ow a t c hd i g i t a l p r o g r a m s , w h i l et h es t bi sap r e f e r r e dc h o o s eo ft h em a s s b e i n gak e r n e le q u i p m e n to fd t 、， t e c h n o l o g y , c o n d i t i o n a la c c e s sc a nm a n a g ea n dc o n t r o lt h ec n s t o m a r s e n t i t l e m e n t s , g u a r a n t e et h e i n t e r e s t so fs e r v i c ep r o v i d e r sa n dn e t w o r ko p e r a , o r , a n ds e tu pas a f ep l a t f o r mo fp r o v i d i n gn c w s e r v i c e sb ye n c r y p t i n gt h ep r o g r a m s h o w e v e r , t h ec u r r e n te x p e r i m e n t a lo p e r a t i n go fd t vi sa b u n d l i n gm o d eo f t h es t ba n dt h es m a r tc a r d , w h i c hl e a d st oa na b n o r m a li n d u s t r i a ls t n v z t u r et h a t t h ec a b l en e t w o r ko p e r a t o rc h o o s eac o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m , t h es t bm a n u f a c t u r e rh a v es t b s c o s t c m - m a d sf o ro n eo p e r a t o r , a n dt h eo p e r a t o rm o n o p o l i z et h es e l lo f s t b s t os o l v et h ed i s a d v a n t a g e so ft h eb u n d l e dm o d e , t h em i n i s t r yo fi n f o r m a t i o ni n d u s t r yb r i n g s 叩t h e “c o n d i t i o n a la c c e s sf u n c t i o n a ls e p a r a t i o n ”a ni n d u s t r i a lp o l i c y , a n dc a l l sf o rb i d a p r o j e c ts u p p o r t e db y “e l e c t r o n i cd e v e l o p m e n tf u n 扩i no r d e rt oe n c o u r a g et h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t t h ea p p l i c a t i o no fc af u n d i o n a ls e p a r a t i o na i ee x p e a 2 t e dt or e m o v et h eb o t t l e n e c k o fs t b m a s s - p r o d u c t i o nf o rm a n u f a c t u r e r , t ob e n e f i tt h ec u s t o m e r s , a n dt oc o m bu pt h ei n d u s t r i a l c h a i n a m o n g c a t v o p e r a t o r s ，d t v m a n u f a c t u r e s a n d c a s y s t e m p r o v i d e r s b a s e do nt h ew o r ko ft h ea c t u a lr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t , t h ed i s s e r t a t i o np r e s e n t sa l lt h e k e yt e c h n o l o g i e so f t h e “s m a r t - c a r d - b a s e dc a f u n c t i o n a ls e p a r a t i o n ”i ti sa r r a n g e da s ： f i r s t l y ，t h ep r i n c i p l e sa n dk e r n e lt e c h n o l o g yo fc o n d i t i o n a la 。e s sa 地a n a l y z e d t h e c o n d i t i o n a la c o e s st e c h n o l o g yi ss t u d i e df r o mr e l a t e dc a w o r k i n gm e c h a n i s m , c o m m o ns t r n c t u r e , c ak e r n e ls t r u c t u r ea n dw o r k i n gm e c h a n i s mo nt h er e c e i v e rs i d e , a n dt h es y n c h r o n i z a t i o n a s o f t w a r es i m u l a t i o no fh e a d - e n dc as y s t e mi s i m p l e m e n t e d t h ea l l - r o u n ds t u d y o fc a t e c h a o l o # e sb u i l d saf e a s i b i l i t yf o u n d a t i o no fs m a r t - c a r d - b a s e dc af u n c t i o n a ls e p a r a t i o n s e c o n d l y , b a s e d0 1 1t h ei m p l e m e n t e ds wc as y s t e mp l a t f o r m , t h e r ea r e8 0 i ! ! er e s e a r c ho n k e yd i s t r i b u t i o na n dm p e g 2s c r a m b l i n gt e c h n o l o g y b a s e d0 1 1d n a o r sc o m p l e t es u b t f e e a l g o r i t h ma n ds u b s e td i f f e r e n c ea l g o r i t h mf o rf u l lb i n a r yf i f e , an e wf o r e - l e v e lk e ym a n a g e m e n t s c h e m ei sp r e s e n t e dw h i c h 啪d 3 r n 卸血a n ye n t i t l et h ec u s t o m e r sa n dg r e a t l ys a v et h eb a n d w i d t h o s a g e m o i v 盱 w i t ht h ea n a l y s i so fd v b , a t s ca n di p c as c r a m b l i n ga l g o r i t h m am e c h a n i s mi s i l l u s t r a t e dw h i c hc o m b i n e sw i t ht h em p e g 2 e n c o d i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n ds u p p o r t sd o w n b i t - r a t e 虹a p 嘏毗蚶枷m i a n d t h er e f e r e n c e 始妯虹s 辑u s e d os h o wt h es u 蜒e c t i v e 商嘲c c i 谨 e f f e c t s s u b s e q u e n t l y , t h eo v e r a l ld e s i g na n ds y s t e ma r c h i t e c t u r eo fs m a r t - c a r d - b a s e dc af u n d o n a l s e p a r a t i o n 扭p r o p o s e d ，a l lt h ek 咚t e c h n o i o g i c sa r ed e s c r i b e d 纽a p p l i c ，e t i o ab a 管a u b 6 ，潮c f e t e c o n t e n t ，a n di m p l e m e n t a t i o nm e t h o d t h ek e yt e c h n o l o g i e si n c l u d et h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ， t h ev i r t u a lc a m e s s a g ef d t e r i n g , t h ei d e n t i f i c a t i o nm e t h o d , a n dt h es a f e t yc h a n n e lf u n c t i o n t o i m p l e m e n tt h es a f e t ym o d u l e , 主d l v - b a s e ds 蝴f i 主了p l 。t 。 怂吐f i l le c c - b a s e ds e c u r i t yi 商o t o c o t a r ep r e s e n t e dt oc a r r yo u tt h es m a r t - c a r da u t h e n t i c a t i o n , s a f e t yc h a n n e la n ds t b - s m a r t c a r dp a i r i n g , w h i c ha r ef o l l o w e db ys e c u r i t ya n a l y s i s c o n s e q u e n t l y , a f t e rt h ei n 吣d u c t 两o ft h ec a 勘d 科i o d a ：l 雠p a f a b 如r e c e i v e ra n ds m a r tc a r d i m p l e m e n t a t i o n ，an e wb u s i n e s sm o d e l m u l t i s e r v i c ep r o v i d e r s4 - s i n g l en e t w o r ko p e r a t o r + o o e c af u n c t i o n a ls e p a r a t i o nc a r d i sp r o p o s e d t h ei m p l e m e n t a t i o ns c h e m ef o rt h ef l e wm o d ei s p r e s e n t e db a s e do n 船c ah n c f i o n a ls e p m a t i o np l a t f o r m a n di tc a nb r i n gs m a r t - c a r d b a s e dc a f u n c t i o n a ls e p a r a t i o n i n t o 砌p l a y a n d w i t h t h e c o m b i n a t i o n o f t h ec u r r e n t t w o - l e v e l c a m o d e w ep r o p o s e da “啡c a r d ”c a s ss o l u t i o nw h i c hi sm o r eo p e n , s e c u r e a n de a s yt ou p d a t e c o m p a i e dw i t ht h ee x i s t i n gp t o p n e t a r ys m a r t - c a r d - b a s e dc a s g m e a n w h i l e ，t h ec o s ti sm u c hl e s s t h a naap c m c i a r o o d u l b t h em | r k c tb e n e f i t sf r o mt h ep r o p o s e ds y s t e ma tl e a s tf r o mt h ef o l l o w i n gf o u ra s p e c t s f o r t h e 研bm a n u f a c t u r e r s , t h cm a n u f a c l m i o gb o t t l e n e c kc a u s e db y l o r t i n gd i f f e r e n tk i n 出d f p r o p r i e t a r yc a s s i sb r o k e n m a n u f a c t u r e r sa r ea b l et om a s s - p r o d u c es t a n d a r dd e c o d e r sw i t hn o n e e df o rp e r m i s s i o nf r o ma n yc a s y s t e mv e n d o r s f o rt h es e r v i c ep r o v i d e r s ，t h e yc a ne a s i l ys w i t c hf r o mo n ec as y s t e mi oa n o t h e ra n du p d 批 t h e i rs y s t e m s a l lo f t h e s e w i l l b ee n t k e l y u n d e r t h e i r c o n t r 0 1 i v f o rc u s t o m e r s , t h e yc a l lb u ys t b so f w h a t e v e rb r a n d st h e yl i k ei nam o l ea f f o r d a b l em a i m s r , o rc h a n g et h e i rs e r v i c ep r o v i d e ra tt h ec o s to fn om o r et h a ni tn e ws m a r tc a r d f o rt h ec a v e n d o r s t h e “o c a r d c a s ss o l u t i o ns a v e st h ec o s tc o m p a r i n gt oac ip cc a r d t h eo p e n n e s sa n dh i g hi n t e r o p e r a b i l i t yo ft h en e ws o l u t i o nm a k e sac av e n d o r sp f o d u c tm o r e c o m p e t i t i v ei nt h em a r k e t k e y w o r d s ：c o n d i t i o n a la c c e s s , k e yd i s t r i b u t i o n , t r a n s p a r e n ts c r a m b l i n g , c a f u n c l i o n a ls e p a r a t i o n v 英文缩略语表 a t s c ( a d v a a c u it e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) c a s ( c o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m ) c a t ( c o n d i t i o n a l a c c e s st a b l e ) c a t v ( c a b t ct c l e v i s i o n ) c a m ( c o a d i t i o n l a la c c e s sm o d u l 曲 c l ( c o m m o ni n t e r f a c e ) c s a ( c o m m o ns c r a m b l ea l g o r i t h m ) c r p ( c h a l g i 瞎t i m e p 鲥呻 c w ( c o u t t o l w o r d ) d a v l c ( d i # t a ia u d i o - v i s u a lc o n c ) d e s ( d a t ae n c r y p t i o ns 口n d 硼 d l p ( d i s c r e l el o g a r i t h mp r o b l e m ) d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t ) p _ c c ( e 蛔cc r v ec r y p t o g r a p h y ) e c m ( e n t i t l e m e n tc o n t z o lm s 喀。) e c m g ( e n t i l l e m e n tc o t r o lm e s s a g eg e n e l a t o r ) e m m ( e n t i t l c m e n tm a n a g e m e n tm a s a 萨) e m m g o e n t i d e m e n tm a n a g e m e n tm e s s a g eg e n e r a t o r ) g o p ( g r o u po f p i c t u r e ) m p e g ( m o v i a g p i c t u r ee x p e r t sc r o u p ) p c m c i a ( p c r s o u a lc o m p u t e rm e m o r yc a r di a t e r n a t i o n a la s s o c l a t i o n ) p d k ( p e r s o n a ld i s t n b u t i o z zk e y ) p e s ( p a c k e t i s e de l e m e n t a r ys t r c a 曲 p i d ( p “：k e ti d e n t i f i e r ) p m t ( p r o g r a mm 颦t a b l e ) p o d ( p o i n t o f d e p l o y m e 矾 p p c _ ( p a yp e rc h a n n e l ) p p v ( p a y p e r v i e w ) p s n r f f e a ks i g n a l - t o n o i s er a t i 曲 s a s ( $ u b s c r i b e r a u t h o r i z a t i o n s y s t e m 、 s k ( s e r v i c e k e y ) s m s ( s u b - i b e r m a n a g e m e n t s y s t e 曲 t s ( t r a n s p o r ls t r e a m ) v i 先进电视系统委员会 条件接收系统 条件访问表 有线电视 条件接收模块 通用接口 通用加扰算法 收费周期 控制字 数字音视频协会 数据加密标准 离散对数问题 数字视频广播 椭圆曲线 授权控制信息 授权控制信息发生器 授权管理信息 授权管理信息发生器 图象组 运动图像专家组 个人计算机存储卡国际协会 个人分配密钥 打包基本流 包标识符 节目映射表 配置点 按频道付费 按次付费 峰值佑噪比 用户授权系统 业务密钥 用户管理系统 传输流 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：。h 7 年月毋日 ， 桫 lr，li z 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密叭 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：莨辛1 袍 l 指导挪签名：锄锯 日期；如7 年，月妇日期：。加7 年，d 月 第一章绪论 第一章绪论 髓着2 0 0 4 年全国性的数字有线电视广播市场已经开始启动，我国各个省市级电视台纷 纷开始了有线电视运营网从模拟到数字的整体平移工作。实现全国1 亿多有线电视用户从接 收模拟电视到数字电视的过渡，是今后近1 0 年广播电视行业的主要产业化工作 整体平移的实践过程中，出现了很多需要研究解决的新婀题和制约因素，其中制约机项 盒大规模生产的最主要因素是“条件接收系统”和“数字电视接收终端( 机顶盒) ”绑定的产品 体系结构，也就是一种“机卡不分离”的绑定关系。这种由运营商选择条件接收系统产品， 终端制造商接运营商订单为其定制生产、运营商垄断销售机顶盒的产业格局，一方蟊导致各 地的机顶盒不能兼容流通，机项盒制造商被不同条件接收系统的授权和移植等问题制约，大 规模生产遭遇瓶颈；另一方面，运营商采取向用户赠送机顶盒的方式来达到启动市场的耳的， 增加了运营商的负担，同时也剥夺了消费者选购机顶盒的权利。这些障碍都严重影响了相关 产业的健康发展 针对这种机卡不分离模式的种种弊端，信息产业部及时提出“机卡分离”的产业政策，意 在推动数字电视产业的正常发展理顺数字电视行业的产业关系。目前我国市场上的机顶盒 基本上都是采用智能卡条件接收系统，因此研究并实现基于智能卡的机卡分离具有非常重要 的现实意义。 i i 数字电视条件接收技术 条件接收技术( c o n d i t i o n a l a c c e s s t e c h n o l o g y ) 是用以控制用户对广播业务和节目进行 接收的技术，实现只有已经付费并经过授权允许之后的用户才能接收事先预订的电视节目和 服务业务，而未付费的用户则无法获取。其基本目的是通过对用户的授权控制和管理，实现 数字广播系统的有偿服务，在为运营商带来经济回报的同时，也能为用户提供更多，更高质 量的服务内容。 数字电视条件接收系统涉及密码学、智能卡技术、网络管理、数据库管理等多方面的学 科和技术。一个好的条件接收系统需要满足几点要求：1 ) 很高的安全性；2 ) 与第三方c a 有良好的兼容性；3 ) 较低的用户终端成本：4 ) 易于扩展和升级，以使用新的技术和满足新 的业务需求。 第一章绪论 1 9 9 4 年m p e g - 2 1 1 1 数字压缩国际标准的出台，为条件接收系统从模拟加解扰系统向数 字条件接收系统奠定了基础：1 9 9 7 年欧洲d v b 2 - t | 条件接收标准的推出和广泛采纳，真正 兴起了数字条件接收系统的开发和商业应用；其后，美国肖的莎8 以d v b 为基础，对其中 加扰算法等一些内容做了修改，d a w c m 也提出了c a 0 c a l 规范。 条件接收系统包括前端和终端两大部分阻1 “6 1 。目前，条件接收系统接收端的主要产品 是机顶盒( s e tt o pb o x ) ，一个机顶盒一般是由通用的接收功能模块和c a 模块这两个模块 组成：通用的接收功能模块主要包括调谐器、信道解码部分、解复用器、主控c p u ，音视 频解码以及o s d 、遥控器等组件 两c a 模块随实现解扰和解密方案的不同而有所区别。 目前有三种实现方案：嵌入式( e m b e d d e d ) 、智能卡方式( s r n a r t c a r d ) 、公共接口模块方式 ( c o m m o n i n t e r f a c e m o d u l e ) 。 ( ”嵌入方式( e m b e d d e d ) ：将解密和、耀扰模块都集成在规顶盒中，嵌入式困为将解密和 解扰集成在一起，所以是三种方法中安全性最高的、成本最低的方案，但它也失去了灵活性， 机顶盒的条件接收部分和视频处理部分无法分离；同时，加密和加扰的方案通常被固定，因 此造成c a 都分升级或更换通靠需要更换整个桃顶盒，导致成本较高。这种隽案的原理框图 如下图1 1 。 圈l i 嵌入方式 f 龟1 1e m b e d d e dm o d e ( 2 ) 智能卡方式( s m a r tc a r d ) ：这种方式是同密系统的接收端c a 模块的典型实现方法。 e c m 和e m m 信息的解密由智能卡完成，在某个广播网络中的所有c a 系统采用相同的解 扰算法和共享控制字，因此解扰器是通用的并放置在机顶盒内部，目前大多数机项盒厂商 将解扰器和解复用器作成一个专用芯片，它的原理框图如下图1 2 。 2 第一章绪论 圈1 0 智能方卡式 飚1 2s m a r t - c a r dm o d e ( 3 ) 公共接口模块方式( c o m m o ni n t e r f a c em o d u l e ) ：c l m 方式是目前真正完全意义上的机 卡分离方式，典型的代表就是d v b 的p c m c l a 大卡渊和a t s c 的p o d 卡f 2 ”。它将解密和 解扰完成从机顶盒中分离出来，机项盒只保留通用接口( c o m m o ni n t e r f a c e ) 给c a 模块。 通用接口包括两个部分；t s 流接口，负责接收来自机项盒的加扰码流，解扰模块根据主机 命令来对码流的相关节目进行解扰，解扰后的码流碣接口在返回主机；命令接口，负责完 成解扰模块和机顶盒之间的通信功能，这些功能包括：多模块支持、主机和解扰器之间的复 杂的功能组以及高层次扩展功能等。原理框图如下图t 3 。 圈1 3 公共接口模块方式 隐1 3c o m m o ni n t e r f a c em o d e 机项盒条件接收模块实现方式的选择是节目运营商对其业务大小、客户对象、运营成 本等因素的综合考虑。下面我们从安全性、成本和交互性三个方面比较这三种方案，比较结 果如下表一所以： - 3 第一苹绪论 表一机顶盒条件接收模块的三种实现方案比较 安全缝成本 交互性 高 低 低 嵌入方式解密和解扰都集无须考虑下面两种方式 没有下面两种方式灵 成在枫璜盒内部鹤接口部分，残本最低 活，可以舟在两密和 多密系统中 低中 中 解密后的控制字智能卡接口遵循 智能卡可拔插，但解 智能卡方式 回传给机顶盒，暴1 5 0 7 8 1 6 标准接口和智 扰部分在机顶盒中 露了控制字能卡的成本较低 各c a 系统必须遵循 相同的解扰算法 凼 高高 尽管c a 模块可拔解密、解扰以厦和机顶盒 整个c a 模块可拨插， 公共接口模块插和 i s 流在通用 之间的通信都被做在一因此只需更换a m 就 方式接口上传输，但 个可拔插的p c m c i a 卡可以更换c a 服务商 c a 攘息没有在接 孛。接口和卡魄成本均较 口上暴露高 数字电视发展的出路是建立专业频道、收费电视以多元化的收费方式促进电视的 发展，建立收费渠道，其中关键性的技术是要有条件接收技术的支待，通过条件锾收系 统的信息加密技术及制定严格的法规，从技术和法律的角度维护收视者的合法权益，保 证运营者的利益。 1 2 智能卡机卡分离的必要性、含义和意义 ( 1 ) 智能卡机卡分离的必要性 我国有线电视广播从模拟到数字整体平移需要的巨大资金投入和较长的投资回报周期 决定了运营商需要想尽办法降低接收终端机顶盒的成本，因此，现有已经开始整体平移工作 的运营商全部采用了如图l 2 所示的智能卡终端条件接收系统，这样从条件接收技术上裁决 定了是一种机项盒需要和前端紧密对应的一种产品关系；同时。由于从八十年代开始，我国 电视广播网络建设已经形成了“四级办台”的格局，使得有线电视机顶盒的市场进一步被划 分成一个个独立的小块。现实的状况是各地的机顶盒不能流通兼容，机顶盒开发商和制造商 企业必须根据各城市不同的标准分区生产大规模生产遇到瓶颈，另外还涉及到专利费问题， 4 第一章绪论 种种障碍严重阻碍了相关产业的发展全国这么多电视台，这样产业关系无疑给机顶盒提供 商制造了困难，更不符合大规模生产的需要。 ( 2 ) 智能卡机卡分离的含义 条件接收技术引入了智能卡，运营商选择的条件接收系统将机顶盒、智能卡和条件接收 前端紧密地绑定在一起，形成一种机卡不分离的产品关系。 因此，“机卡分离”就是要打破这种数字电视接收机终端与条件接收控制卡( 智能卡或 p c m c l a 卡) 的绑定关系，其本质上要实现接收端的数字电视信号接收解码处理功能与条 件接收功能的分离。它的技术要点在于用开放的接口和协议分离接收机与条件接收控制卡 顾名思义，“基于智能卡的机卡分离”，就是要将智能卡条件接收终端系统的机顶盒和智 能卡在功能上分离开，同一机顶盒可以和不周c a 厂商的智髓卡进行通信，实现终端条件接 收功能。 实现智能卡机卡分离出现很多新的研究课题： 首先整体上如何合理划分在智能卡机卡分离实现中机顶盒和智能卡各自的功能。机 顶盒端为实现机卡分离所承当的功能必须通用化标准化，即机顶盒中机卡分离的功能模块 不仅仅服务于某家条件接收智能卡，而是可以和不同机卡分离智能卡通信的平台；同时， 不涉及和限制智能卡上各家c a 公司的功能定义和实现方式。保留各家c a 公司的私密性 和安全性； 在机卡通信的层面， 如何以智能卡i s o7 8 1 6 协议为基础。定义智能卡机卡分离的应用层通信协议； 定义新的通信协议，需要保证通信的安全性，由此引入的密码学研究课题有： 研究机卡分离智能卡合法性的认证机制； 建立公共安全通道协议的密钥协商和通信加密机制； 机卡配对机制； 对于机卡分离的机项盒端， 还需要定义新的条件接收消息的虚拟滤波机制； 统一定义底层驱动移植接口和上层c a 应用程序接口； 在机卡分离的智能卡端 研究机卡分离条件接收智能卡的实现模型； ( 3 ) 机卡分离的意义 “机卡分离”作为信息产业部主抓数字电视产业的一项技术政策，具有战略意义，不仅 s 第一章绪论 为机顶盒制造商解决了规模生产的外部瓶颈和给机顶盒用户带来了实惠，而且梳通了广电运 营商、家电企业和c a 厂商之间的产业链关系。广电运营商不必要将机顶盒作为一个负担强 行推销给用户，或由自己背负。运营商将更多的精力用于发展数字电视业务、发展用户和提 供用户多种多样的服务，降低c a 系统的成本；机顶盒产品的生产力由于打破了垄断而大大 地得到解放，可以规模生产，进一步降低成本；有利于国内的c a 厂商在同步起点上与国外 的c a 厂商的竞争，同时还新增加了国内的c a 卡产业。同样可以从中褥到巨大的利益和发 展空间。 “机卡分离”的思想同样对解决机顶盒核心技术研发起积极的推进作用。研制和开发具有 自主知识产权的机卡分离技术标准和产品，对市场的培育和发展起积极促进作用，使机顶盒 制造商能够有更多的资金和人员投入到核心技术的突破之中，使国内的c a 企业和i c 卡企 业有机会参与c a 技术和产品的竞争。 l 3 现有机卡分离的三种方案 2 0 0 3 年，信息产业部“机卡分离”作为电子发展基金支持研究项目进行招标，智能卡 ( 小卡) 方案和u s b 2 0 大卡方案最终获得以产业化为目标的研发支持。同时，深圳国微公 司使用欧l l ld v b 组织定义的c o i l l i i l o ni l l t e f f a x ：e t 9 * 1 2 1 标准作为实现方案，实现基于p c m c i a 接口的公共安全模块中解扰，解复用等模块芯片的国产化，目前，一张d v bc i 的大卡在外 的成本在4 5 美元以上，深圳国微公司已宣布将把成本控制在1 0 0 2 0 0 元人民币。概括起来， 实现机卡分离可以分为智能卡( 小卡) 方案、u s b 2 0 大卡方案和目前已有d v bc i 等国际 标准采用的p c m c i a 大卡方案。 目前，国内有线电视网络实际推广的机顶盒产品基本都没有公共接口的p c m c i a 物理 插槽，因为相比不断压缩的机项盒成本( 目前已到2 4 0 元) ，一张大卡在国外4 5 美元以上的 成本更本让国内运营商根本无法接受。 三种方案都有各自的优缺点，总的说来： i ) 、小卡方案成本优势明显，国内市场上绝大部分使用的机顶盒都是采用了智能卡方式 的条件接收系统，能实现基于智能 机卡分离方案，更有利于推进整体平移的推进但是需 要重新制定机卡的通信协议承j 建立安全接口等等新的研究内容，同时需要c a 公司的参与。 协调难度大，不易操作； 2 ) 、u s b 2 0 方案9 8 1 采用u s b 2 0 接口取代d v bc i 采用p c m c l a 接口，这样做一方 - 第一章绪论 面是可以有我国的自主创新内容。另一方面传输层以上的协议可以沿用d v bc l 的相关部 分，缺点是除成本仍然较高之外，需要在现有的机顶盒中增加u s b 2 0 接口芯片，同时处理 节目流和控制指令的复用等问题难度也较大； 3 ) 、采用d v bc 1 标准| 9 - 1 2 1 的p c m c i a 大卡方案的研发重点是大卡关键芯片的国产化， 其优点是这种方案国外已有大量成熟产品和应用，深圳国微公司已开发出样品，并宣布整体 成本不超过2 0 美元，p c m c l a 大卡方案能否在我国广泛应用还需时间检验。 1 4 本文的研究内容 直观上说，智能卡机卡分离就是实现机顶盒制造商生产的机顶盒能在全国统一销售，而 不需再为具体的运营商定制；消费者可以到市场上选购自己喜欢品牌和不同性能要求的机顶 盒，只要向运营商再买一张机卡分离条件接收智能卡，插入机顶盒就能收看自己定购的加密 节目了。 从研究开发的角度，智能卡机卡分离的核心是要研究并实现一套机卡分离机项盒和机卡 分离智能卡之间的开放式公共安全接口。研究并实现智能卡机卡分离，首先必须对条件接收 系统技术有深入的理解和掌握，因此，本文的研究内容概括为两大部分：第一，条件接收技 术的完整系统和关键技术研究；第二，智能卡机卡分离技术的研究、实现和应用模式。 两大部分的具体的研究内容和实现的关键技术包括为： ( 1 ) 条件接收部分的研究内容 条件接收系统前端和接收端技术的完整学习，实现一套前端加扰和终端解扰的 软件仿真系统，提供对条件接收的核心密码学研究的仿真平台； 条件接收系统核心的密钥管理分配机制研究； 利用m p e g 2 视频压缩编码特性的透明加扰技术研究。 ( 2 ) 智能卡机卡分离部分的研究内容有： 智能卡机卡分离总体方案；