有线数字电视CA系统的研究与应用

【摘要】 广电网络用复用器对提供的节目进行管理，用用户管理系统对每个用户的要求实现记录、统计和管理，在用户端用机顶盒来实现系统提供的各种多媒体服务。而条件接收系统则贯穿在这三部分构成的整个系统之中，根据每个用户申请的服务将相应的码流构成完善的加解扰系统，使每个用户在按时交费的基础上得到相应的服务，使广电网络真正成为一个能够自我积累发展的产业。本文便对条件接收系统的原理与应用进行一个详细的阐述。

【关键词】 条件接收系统 CA CW ECM EMM

为了能开播更多的节目和多媒体服务，并鼓励节目制作商以及供应商提供更多更好的节目，广播电视要保证其持续不断的发展，最终要靠提供各种有偿的扩展和增值业务来保证，这其中关键技术是条件接收技术。

条件接收系统，即CA系统，是通过节目的加密控制，使得只有缴费的用户才能够获得授权解密收看。条件接收系统经历了模拟和数字两代。模拟第一代特征是以设备为基础，一般用于模拟系统。第二代是随着数字电视的出现而产生的，基本原理采用加扰控制字加密传输的办法，用户端利用IC卡解密。由于采用的数字技术，对信号没有损耗，同时系统的保密性能，可靠性均大提高。

一、条件接收系统的构成和总体要求

典型的条件接收系统由用户管理系統，节目信息管理系统，加密和解密系统，加扰和解扰系统组成。其中各系统部件之间通过相关接口进行通讯和数据传输，其中主要包括以下接口：节目信息管理接口，用户信息管理接口，复用器接口，智能卡接口等。

为了便于对全国条件接收系统进行统一规划管理，对全国条件接收系统的标识号进行了定义。主标识用于区分不同条件接收系统供应商的系统，辅标识由条件接收系统供应商自定义。

CA的总体要求主要有：基本功能，节目管理，用户管理，应急广播要求，智能卡要求，智能卡与接收机通讯和安全认证，系统安全性，回传信道的需求，同密与多密，管理体系和发卡体系这十个大的方面，碍于篇幅就不再一一详细介绍了。

二、条件接收系统的原理和保障措施

2.1系统的原理

从实现过程可以基本了解集成一个条件接收系统所需的基本技术。首先是记录用户授权情况的数据库系统，其次是记录服务授权控制情况的数据库系统，这是节目管理系统；及服务加扰/解扰控制的系统；密钥的管理和传输系统技术、智能卡读写技术等。这些都是集成一个CA系统必不可少的技术，其中对信息加密、解密以及密码管理传输是CA系统的核心，对信息的加/解密的过程将上述所有涉及的技术都紧密连接起来而成为一个CA系统。

常用的CA系统一般有3层的加密体制。

首先是对音视频、数据流的加扰，他是扰码序列对信息流进行加密处理的过程。扰码序列是伪随机二进制序列，他具有近似随机序列的功率谱特征，不同的是他具有周期，但周期很长，一般是数小时甚至是数天。生成器的初始条件受控于控制字（CW），在初始条件已知的情况，可以推测出生成的扰码序列。根据这个原理，只要在接收端有一个相同的扰码生成器，同时将CW发送给接收端用于控制他，运用对应的解扰算法就可以对相应的信息流解扰恢复原始信号。在这里CW起到了“种子”的作用，只要获得了CW，系统就被破解了。所以如何将CW安全送到接收端，就成了CA系统的核心。后面的两重加密过程便是为实现CW的安全传送并达到授权控制的目的。

为实现保密，使用授权密钥KS对控制字CW加密形成授权控制信息（ECM），复用到传送流当中。同时使用分配密钥KD对授权密钥KS加密形成授权管理信息（EMM），也复用到传送流当中。分配密钥KD通常是固化在智能卡中，用户通过购买智能卡方式获得，避免广播方式的信道传送有被窃取的可能。如果将授权密钥KS通过安全通道分配给用户，一样也能起到保护控制字的效果，为什么要再加一层加密操作呢？这种体制是为实现授权控制的目的。例如用户对某一业务授权期限到了（如没有按时缴费），系统通过用户管理系统的确证，将该业务的授权密钥KS修改成KS1，但对用户发送的仍然是KS经KD加密而成的授权管理信息EMM，用户虽然可以解密获得KS但还是不能享受该业务。

2.2 CA系统的安全保障措施

安全性是条件接收的灵魂，CA系统在原理的设计不仅体现运行安全体系同时也体现系统破解后可使用的应对方案。这种稳健安全体制表现在3方面： CW的变换机制，SK的升级体制，智能卡的电路设计。

没有一种加密算法是永不被破解的。现阶段许多国外著名的CA系统有被破解的记录，基本上都是第二和第三种方式的攻击，现在最有效的做法是更换智能卡，彻底更新两种加密算法。这种做法虽花费比较大，即是最有效增大破解周期的做法。

三、CA系统发展现状

目前国际上的条件接收系统主要有荷兰爱迪德公司的M_Crypt系统和π_s ys系统，法国电信公司的Viaccess系统，英国NDS公司的NDS系统，以及Nagra系统等。国内主要有永新同方，中视联，算通科技等。国外的CA系统经历多年的发展，技术比较成熟并形成一定市场，国内的CA系统研究起步比较晚，起点比较高，同时借鉴了国外的经验，发展很快，已经形成了颇具规模的国内市场，同时积极开展与国外CA系统实现同密。这种竞争并同步发展的形势在国内数字电视界已经形成。事实上，数字电视中条件接收系统正以特有的方式推动中国广播电视事业的发展。

四、总结

近年来，我国数字媒体条件接收服务如数字付费节目，付费卫星电视、VOD点播等取得了较大发展，全数字广播系统逐渐成为现实，条件接收服务的需求也会越来越大。这些现实的需求将成为推动数字媒体有条件接收技术发展的强大动力。这种动力将推动相关技术的发展和突破。

作者简介：高峰超，男，1985年1月生，助理工程师。工作于山东省广电网络公司东营分公司，中国传媒大学通信工程专业，大学本科学历，地址山东省东营市南一路260号东营市广播电视台网络中心技术部，邮编是257091