DVB数字电视CA系统

1、成都万发 万发数字电视CA系统技术方案DVB数字电视CA系统1 CA系统简介1.1 DVB条件接收系统的有关概念 接收控制系统/条件接收系统：该系统的任务是保证DVB业务仅被授权接收的用户所接收，其主要功能是对信号加扰，对用户电子密钥的加密以及建立一个确保被授权的用户能接收到加扰节目的用户管理系统。 条件接收子系统：它是解码器的一部分，其作用是对电子密钥进行解码并恢复出用来控制解扰序列所需的信息。 控制字(CW)：它是用在解扰器中的密钥。 加密：加密是指为了加扰信号而进行的连续不断的改变电子密钥的处理。电子密钥一般通过信道安全地传送给用户。 授权控制信息(ECM)：授权控制信息是一种特殊形式的

2、电子密钥信号和信道寻址信息。它在发送端被加密以后与信号一道传送，在接收端ECM被用来控制解扰器。 授权管理信息(EMM)：授权管理信息是一种授权用户对某个业务进行解扰的信息。它与授权控制信息一样，在发送端被加密以后与信号一道传送，在接收端EMM被用来打开/关闭单个解码器或一组解扰器。 盗收：它是指对控制节目进行非授权的接收。常指使用伪造的智能卡和解扰器，从而绕过整个或部分条件接收系统的不正当接收方法。 加扰：它是指连续不断地改变广播电视信号形式的方法，以使得不用恰当的解码器和电子密钥就不能接收到正确的信号。 解扰：它与加扰相反，是加扰的逆过程。 用户授权系统：它在用户管理系统的指导下，负责对E

3、CM和EMM数据流进行组织，使之序列化并传输到用户管理中心。 用户管理系统：它是向用户发放电子密钥，寄送帐单及收费的商业中心。用户管理中心的主要任务是建立用户信息、解码器序列号以及管理哪种业务被订购、接收的信息数据库。 1.2DVB条件接收系统的组成和工作原理 条件接收系统由加扰器、解扰器、加密器、控制字产生器、用户授权系统、用户管理系统和条件接收子系统等部分组成。 在信号的发送端，首先由控制字发生器产生控制字(CW)，将它提供给加扰器和加密器A。控制字的典型字长为64bit，每隔230s改变一次。加扰器根据控制字发生器提供的控制字，对来自复用器的MPEG2传送比特流进行加扰运算。此时，加扰器

4、的输出结果即为经过扰乱了以后的MPEG2传送比特流，控制字就是加扰器加扰所用的密钥。加密器接收到来自控制字发生器的控制字后，则根据用户授权系统提供的业务密钥对控制字进行加密运算，加密器A的输出结果即为经过加密以后的控制字，它被称为授权控制信息(ECM)。业务密钥在送给加密器A的同时也被提供给了加密器B，加密器B与加密器A稍有不同，它自己能够产生密钥，并可以用此密钥对授权控制系统送来的业务密钥(Service Key)进行加密。加密器B的输出结果为加密后的业务密钥，这被称为授权管理信息(EMM)。经过这样一个过程产生的ECM和EMM信息均被送至MPEG2复用器或复用器，与被送至同一复用器的图像、

5、声音和数据信号比特流一起打包成MPEG2传送比特流输出。 在此需要指出的是，在MPEG2系统标准中，对在数据包中放置条件接收控制信息及密钥的位置有规定，所以，ECM和EMM信息均可以打入MPEG2数据包中。另外，在发送端还有用户管理系统和用户授权系统，用户管理系统是根据用户订购节目和收看节目的情况，一方面向授权控制系统发生指令，决定哪些用户可以被授权看那些节目或接受那些服务；一方面它还可以向用户发送帐单。用户授权控制系统则是根据用户授权管理系统的指令，产生哪些用户该授权哪种收看、哪些信息接收权利的信息 ，即产生出业务密钥。 在信号的接收端，将经过解调后的加扰比特流(控制字还没有恢复出来以前)，

6、通过解复用器而送至解扰器。由于ECM和EMM信号被放置于MPEG2传送比特流包头的固定位置，因此，解复用器便可很容易地解出ECM和EMM信号。再从解复器出来的ECM和EMM信号，被分别送至智能卡(Smart Card)中的解密器A与解密器B，它们与智能卡中的安全处理器共同工作，从而恢复出控制字(CW)，并将它送至解扰器。恢复控制字的过程十分地短暂，一旦在接收端恢复出正确控制字以后，解扰器便能正常解扰，将加扰比特流恢复成正常比特流。 从上面所述 ，我们可以看出整个DVB条件接收系统的安全性得到了三层保护。第一层保护是用控制字对复用器输出的图像、声音和数据信号比特流进行加扰，扰乱正常的比特流，使得

7、在接收端如不解扰就无法收看、收听到正常的图像、声音及数据信息并且控制字在一定周期（230秒）内就要变化一次；第二层是通过对控制字用业务密钥加密，这样即使控制字在传送给用户的过程中被盗，被盗者也无法对加密后的控制字进行解密；第三层保护是对业务密钥的加密，它使得整个系统的安全性更强，使非授权用户在即使得到加密业务密钥的情况下，也不能轻易解密。因为解不出业务密钥就解不出正确的控制字，没有正确的控制字就无法解出并获得正常信号的比特流。 1.3 DVB对条件接收系统的要求 (1)用户的方便性 条件接收系统必须让用户在从订购节目到收看节目的任何阶段承受最小的负担，在尽量减少接收机成本和减小接收机体积的情况

8、下，容易地实现条件接收。理想的情况应该是将整个系统集成到电视机中去，用户可以通过这样的接收机订购任何节目和业务。 (2)安全性 条件接收系统必须能够有效地防止盗收。尽管没有任何条件接收技术能够提供绝对的安全性，但整个系统应能够结合恰当的反盗收立法和防范措施使得盗收足够地困难或不经济，从而使盗收的范围很小。支付卡必须能够防止篡改，特别对于按次付费业务，应有指示剩余钱数的计费机制，并且必须做到未被授权的群体或个人不能重新设转。 (3)接收机的开放市场 用户应该能够在一个开放的市场中，通过对许多相互竞争的厂家生产的接收机进行选择而获益，即接收机市场应该是一个开放的市场。这样的市场要求除条件接收系统以

9、外，整个传输网络系统能够由权威组织(如ETSI或ISO)制订开放式标准，标准中的任何知识产权都必须由相应的标准组织制订规范。 对条件接收系统人们是不期望标准化的，但是可为条件接收系统提供灵活公用接口，以保证在同一个传输通道中，可以同时采用多个不同的条件接收系统。 (4)节目业务的开放市场 授权的节目业务必须能够由提供业务的运营商授权用户并由符合标准的接收机或机上变换器接收。这个开放的市场能够保证所有被批准的业务运营商能够公平地进入合适的传输系统。 (5)低资金投入和运营成本 建立和运营条件接收系统的成本可能较大，但是不能对运营造成抑制性，特别在用户群很小时，它必须能够调节到被允许的较低建立成本

10、。 另外，整个系统应该对最终被寻址的用户数目没有限制，这个数目可以达到上千万户。运营商通过选用恰当而可靠的条件接收系统，应该能够较方便地花费较少的资金对条件接收系统进行升级并在安全性遭到破坏时进行安全性的恢复。 综上所述，DVB条件接收系统最终要达到的目的是：在妥善兼顾目前市场上已有的条件接收系统的不同目的用途的同时，在技术上找到可行的具有最大共同性的系统，这个“最大共同性”将通过达到以上列出的“DVB对条件接收系统的要求”而实现，理想情况下，应该做到即使不同的节目采用不同的条件接收系统，在用户端也不必使用多个解码器或机上变换器来接收各种节目。1.4 万发CA系统WF-DragonCrypt

11、CAS的特点 符合DVB同密（Simulcrypt）标准。 最基本的授权方式：按流和（或者）按节目授权，并且每个流（或节目）可以有不同的起始时间和截止时间；在此基础上，可以用不同的组合而生成各种授权信息。 EMM、ECM的加密算法选用密钥长度128bit的3DES为基本算法再加上我公司的一个特有算法，密钥有多个，支持机卡配对。 EMM 产生速度：200个EMM/秒。寻址速度：单个寻址，10万户/18秒/通道（每个通道每用户有6条授权）。 选用符合“中国金融交易卡”安全要求的大容量智能卡为授权卡，保证足够的安全性，最多可存350条授权，为未来业务的扩展留有足够的空间。 用户信息管理系统软件（SM

12、S），包括授权信息产生，授权管理，用户基本信息管理，帐务统计分析，IC卡管理，节目管理，用户可定制的帐单、报表打印，写卡日志，系统日志、操作员管理等功能；还可以根据用户需求即时定制，以满足不同用户的特殊需求。 2 万发CA系统WF-DragonCrypt CAS 2.1 万发CA系统系统设计的原则2.1.1基本需求分析我公司从中国国情出发，满足我国大部分中小系统资金和运营的能力，系统能实现： 符合DVB标准，接口规范 以简单实用为原则，完成数字电视基本功能，以实现低资金投入和低运营成本 采用多种模式加扰和不同系统不同加密算法的方式确保系统安全 开放的CA，可植入符合DVB标准的机顶盒 兼容符合

13、DVB标准的硬件设备，运营商可灵活选择设备 采用独立的标准同密加扰机，系统可平滑升级 机顶盒可在线升级，不改造硬件系统即可更新为全新的另外的CA系统 操作简单而功能足够的管理系统，有利于地市广播局的使用2.1.2从实际出发，分步实施：根据我国有线电视的实际状况，要一步到位的实现多功能双向的数字电视是不现实的，投入和运营难以成功运作，以此我们提出分步实施方案：一期工程首先建立单向数字电视传输系统，通过智能卡实现授权管理、收费、增值节目等功能，提升图像质量，增加节目套数，开展增值业务，完成智能收费；二期开发以电话为回传路径的双向系统，与SDH数字电视光纤环网融合，增加视频服务器和网管系统，实现VO

14、D等功能；三期工程与国家有线电视骨干网联接，共享各种资源，开拓多功能和高清电视(HDTV)业务。2.1.3数字CA系统的兼容与升级：我公司开发的CA系统，采用符合DVB标准的加密算法，具有自主知识产权，掌握了核心技术，能与符合DVB-C标准的国内外厂家的设备兼容。加扰机采用通用的进口独立加扰机，能适应符合DVB-C标准的国内外各种CA系统。机顶盒程序可完全升级更新，并能提供第三方的软硬件兼容接口。在系统组建中，不仅应考虑到有线电视目前各种业务实际要求，还应充分考虑将来业务种类增长的需求。从实用性、经济性出发，着眼于近期目标和长远的发展，选用先进设备，进行最佳性能组合，构造一个性能最佳的实用性系

15、统。因此，我们不建议采用非标的数据扰乱式加扰（安全性差，无法升级和兼容），也不建议采用象中央台那样的功能齐全、价格昂贵、系统复杂的CA系统。因为数字电视技术发展迅猛，软硬件价格呈几何下降，因此我们建议采用可升级、能兼容的硬件设备，具有操作简单、方便实用的CA系统和管理系统，并提供第三方软件兼容。2.1.4数字设备的实用性和兼容性：本系统采用成熟的国产化的数字卫星接收、复用、QAM调制等设备，加扰机采用进口的独立加扰机以完成符合DVB标准的CA，并可实现与符合DVB同密标准的第三方CA兼容。这些设备在以后的本系统升级或在有线电视数字化建设中均可正常使用。2.1.5系统的标准化和开放性：系统设计中

16、采用的系统、设备、应用软件等都符合中华人民共和国国标及广电总局制定的相关行业标准，如无相应国标，则遵循相关国际标准。系统设计遵循的部分标准如下：国内规范： GY/T 170-2001 有线数字电视广播信道编码与调制规范 GY/Z 174-2001 数字电视广播业务信息规范 GY/Z 175-2001 数字电视广播条件接收系统规范 GB/T 16649- 1999智能卡接口规范 中华人民共和国国家广播电影电视总局 数字电视广播中文业务信息规范国际规范： 系统与视音频压缩ISO/IEC 13818；ISO/IEC 11172 通用加扰算法DVB-CSA ETR-289； 同密DVB-SIM TS1

17、01 197.1； 业务信息DVB-SI使用以上规范，以保证系统的开放性，能够与符合标准的第三方厂家设备进行互联、互通，支持多种接口协议，支持广泛的节目信源。2.2 万发CA系统在网络中的应用下面是实际的4频点数字电视系统的构成： WF-DragonCrypt CAS条件接收系统采用智能卡与接收设备配合完成EMM、ECM的解密工作，实现对用户的控制。首先数字节目以及增值业务的数据通过复用器复用成传输流（TS流）。WF-DragonCrypt CAS条件接收系统ECMG通过交换机连接到复用器的ECMI接口上。加扰机中的DVB标准的控制器产生器CWG产生控制字CW，加扰机使用控制字CW对选中的节目

18、（或服务）进行加扰。加扰机通过DVB同密标准接口协议与WF-DragonCrypt CAS条件接收系统ECMG通讯，把控制字CW传送给ECMG。通过WF-DragonCrypt CAS条件接收系统ECMG产生相应的ECM流，并经过加扰机的ECMI接口把生成的ECM流注入到传输流（TS流）中。用户管理系统（SMS）通过WF-DragonCrypt CAS条件接收系统的用户管理系统接口（SMS-I）向WF-DragonCrypt CAS条件接收系统的用户授权系统（SAS）发送授权请求，用户授权系统（SAS）响应请求产生一个用户授权信息EMM。用户授权系统（SAS）生成的EMM通过EMM-INJEC

19、TOR注入器按照DVB同密标准接口协议把EMM注入到复用器和加扰机中。复用器或加扰机接收到的用户授权信息EMM复用到传输流（TS流）中。用户端机顶盒（STB）中的智能卡在接收到用户授权管理信息（EMM）后，产生授权。智能卡中有了授权后，才能正确地解开用户控制信息（ECM）中加密了的控制字（CW）。由于智能卡和用户端机顶盒（STB）之间的通信是加密的。所以STB在接收到通信的数据，要再次解密才能得到智能卡解出控制字。STB把控制字写入DVB标准的解扰芯片中，就可以还原被加扰的视音频或者数据了。2.3 万发CA条件接收系统2.3.1万发CA 系统原理行内人士都知道，大型CA都有被破解的记录，因为使

20、用范围广和营运商升级成本高，让盗版有利可图。本CA系统摒弃了庞杂的加密算法，采用可操作性的智能卡免费升级方式和各系统加密算法不同的方法保证系统安全，支持分级加密授权、NVOD、系统升级、用户管理等核心功能，暂不支持IP网关、中间件、银行结算等高投入而实用价值不大的功能。 我公司根据国内的实际情况自主研发的CA系统，遵循务实的原则，以DVB标准为核心，去繁就简、实用性强，兼容符合DVB标准的硬件并开放与第三方软件的接口，系统可平滑升级，对网络的数字化起步和可持续发展提供了有力支持，是一套切实可行的方案。本系统采用汤姆逊公司的独立数字加扰机平台，我公司自主研发的数字CA系统。本CA系统符合DVB-

21、C的公共加扰算法。独立数字加扰机两路ASI输入（自动热备份），两路SPI和两路ASI输出。本CA系统分WF-DragonCrypt CAS（同密）和WF-FixCrypt CAS（固定密钥）两种。本CA系统设计时采用欧洲电信标准委员会的DVB同密（Simulcrypt）标准，这也是其它常见同密CA系统，如爱迪德（Irdeto）、NDS、CANAL+、清华同方、中视联等所采用的基本架构，对节目内容加扰的加扰算法均为DVB公共加扰算法（DVB-CSA）。各CA系统在硬件平台的构成上都大同小异。复用器(MUX)同密同步器(SCS)加扰控制字生成器(CWG)授权控制消息生成器(ECMG)授权管理消息生

22、成器(EMMG)加扰器(Scrambler)独立加扰机CWCW智能卡(SmartCard)用户信息管理系统（SMS）生成器(EMMG)TSECMEMM授权信息授权信息注：1 EMM：授权管理消息2 ECM：授权控制消息3 CW：加扰控制字CW用户授权系统(SAS)用户授权系统(SAS)的功能是接收SMS发出的请求，产生并离散EMM，然后按优先级，分别存储EMM；注册所有的智能卡，管理密钥和EMM，定义产品、管理授权。SAS包括EMM发生器、EMM加密处理器、SMS接口和SAS用户界面。EMM生成器EMM插入器的功能：将从SAS中产生的EMM数据插入到加扰机中去。可远程连接SAS；全自动操作；可

23、处理长期订户和单次付费用户的EMM；可将EMM数据送入多个加扰机。ECM生成器ECM发生器的功能： 根据传入ECM的参数完成ECM计算(控制字+服务规范信息)；产生对应的ECM数据；将ECM 信息插入加扰机； 管理控制加密ECM的密钥集。智能卡(SmartCard)智能卡内嵌入包含有微处理器(CPU)、存储器(ROM，EPROM，RAM，EEPROM)的IC芯片，嵌入在智能卡中的微机芯片是综合了一系列硬件和软件保护以及保密微处理器(Security processor)的专用器件，它与外界的接口只是通过异步总线联接，芯片内的存储器不能直接从外部访问，因而可以有效的防止非法攻击者的进入。智能卡的

24、软件设计包括以下几个部分：基本COS功能的设计，标准通讯接口的设计，ECM处理，EMM处理，解扰控制字生成等.WF-DragonCrypt CAS（同密）的特点：l 符合DVB同密（Simulcrypt）标准。l 授权方式：按流和（或者）按节目授权，可以有不同的起始时间和截止时间。l 加密算法：选用密钥长度168bit的 3DES为基本算法再加上我公司的一个特有算法，密钥有多个，支持机卡配对。l EMM 产生速度：200个EMM/秒。 寻址速度：单个寻址，10万户/18秒/通道。l 智能卡：符合“中国金融交易卡”安全要求，最多可存350条授权。l 支持我公司的SMS并开放与第三方软件接口。WF

25、-FixCrypt CAS（固定密钥）：固定加扰，不支持同密。它和WF-DragonCrypt的区别是它没有ECMG，因此也不需要独立加扰机的SCS和CWG模块；所有授权信息均保存于智能卡中，但可以有EMMG以达到前端授权的目的，这样可以降低独立加扰机的价格和免去其它CAS前端设备的开销。这是我公司为初级应用提供的CAS，具有极高的性价比。2.3.2 与加扰器的集成控制字序列由加扰器产生，CAS使用自己的加密方法对控制字结合其它参数进行加密形成ECM流，进行同步处理后对服务使用进行加扰；EMM流中的数据作为各自产生的授权数据复用进复用器。所以CAS的EMMG和ECMG是两个重要的接口，它们与复用器进行接口连接，WF-DragonCrypt CAS严格遵守DVB的同密标准，所以可以与任何只要符合DVB同密标准的复用加扰器进行集成。2.3.3与SMS的集成用户管理系统（SMS）通过WF