數(shù)字電視有條件接收系統(tǒng)原理
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時(shí)間：2012-11-01
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
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我國(guó)廣播電視的經(jīng)營(yíng)體制幾十年來(lái)一直是一種粗放式的經(jīng)營(yíng)體制，所謂粗放式經(jīng)營(yíng)就是播出端不間斷地播出，以接收端收到的信號(hào)為目標(biāo)，兩端之間沒(méi)有必然的聯(lián)系。也就是說(shuō)，用戶(hù)收與不收和收什么都不需要與播出端建立確定的關(guān)系。這種經(jīng)營(yíng)體制的后果就是資源的浪費(fèi)和效益水平低下。然而，這種體制形式是中國(guó)國(guó)情所決定的，我國(guó)在五十年代大辦廣播電視的時(shí)候，主要是解決解決群眾的電視普及問(wèn)題，辦廣播電視是國(guó)家計(jì)劃行為。另外，建立集約式的經(jīng)營(yíng)體制需要很大投資，國(guó)家在當(dāng)時(shí)也投不起，因此粗放式經(jīng)營(yíng)是個(gè)必然的過(guò)程。但在今天，人類(lèi)將進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)媒體時(shí)代，粗放式經(jīng)營(yíng)已經(jīng)不適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展了。在有線電視、衛(wèi)星電視大發(fā)展尤其是電視數(shù)字化成為必然趨勢(shì)的今天，粗放式經(jīng)營(yíng)造成了資源的極大浪費(fèi)，廣播電視集約式經(jīng)營(yíng)已成為必然的趨勢(shì)。
廣播電視的集約經(jīng)營(yíng)，成為健康發(fā)展的國(guó)家重要產(chǎn)業(yè)，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：第一是將廣播電視的頻率資源在全國(guó)范圍內(nèi)更精細(xì)合理地分配使用；第二是針對(duì)用戶(hù)的不同需求盡可能多地輸送不同的業(yè)務(wù)，并對(duì)這些業(yè)務(wù)進(jìn)行與效益相關(guān)的管理；第三是對(duì)每一個(gè)用戶(hù)進(jìn)行個(gè)性化管理，使他們能夠各取所需，按需分配，同時(shí)也能夠保證實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)者的收益。
廣電網(wǎng)絡(luò)要形成產(chǎn)業(yè)，就要考慮到廣播電視傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：其一，廣電網(wǎng)絡(luò)的信息是從點(diǎn)（前端）到面（終端）的傳輸，只要用戶(hù)符合接收條件就可以收到由前端送來(lái)的服務(wù)（目前一般是電視和廣播節(jié)目）信號(hào)；其二，網(wǎng)絡(luò)是公用的，亦即是最不安全的，誰(shuí)都可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行長(zhǎng)期的研究分析。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)背景下，廣播性服務(wù)有條件接收，也就是CA（Conditional Access）系統(tǒng)，已成為使傳統(tǒng)的廣電網(wǎng)絡(luò)從福利性設(shè)施轉(zhuǎn)化為向多媒體服務(wù)提供設(shè)施的關(guān)鍵性設(shè)備。
二、系統(tǒng)原理
1. 加解擾與加解密
廣播網(wǎng)絡(luò)有條件接收系統(tǒng)是對(duì)廣電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集約式管理的基礎(chǔ)設(shè)施。集約式管理是指在廣電多媒體寬帶分配網(wǎng)絡(luò)的頭端（Head-end）用復(fù)用器對(duì)提供的節(jié)目或稱(chēng)為服務(wù)進(jìn)行管理，用用戶(hù)管理系統(tǒng)（Subscriber Management System，簡(jiǎn)稱(chēng)SMS）對(duì)每個(gè)用戶(hù)的要求實(shí)現(xiàn)記錄、統(tǒng)計(jì)和管理，使整個(gè)系統(tǒng)提供的服務(wù)精確到每個(gè)終端，在用戶(hù)端用機(jī)頂盒來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提供的各種多媒體服務(wù)。CA系統(tǒng)貫穿在這三部分構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)之中，目的就是根據(jù)每個(gè)用戶(hù)申請(qǐng)的服務(wù)將相應(yīng)的碼流構(gòu)成完善的加解擾系統(tǒng)，使每個(gè)用戶(hù)在按時(shí)交費(fèi)的基礎(chǔ)上可以得到相應(yīng)的服務(wù)，使廣電網(wǎng)絡(luò)真正成為一個(gè)能夠自我積累發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。
在介紹整個(gè)系統(tǒng)之前我們先澄清兩個(gè)在CA設(shè)備中很容易混淆的概念：一個(gè)是加解擾（Scrambling – Descrambling），另一個(gè)是加解密（Encryption – Decryption）。這兩種技術(shù)是CA系統(tǒng)重要的組成部分，有著密切的聯(lián)系，在技術(shù)上也有相似之處。但在CA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中是獨(dú)立性很強(qiáng)的兩個(gè)部分：加解擾技術(shù)被用來(lái)在發(fā)送端CA系統(tǒng)的控制下改變或控制被傳送的服務(wù)（節(jié)目）的某些特征，使未被授權(quán)的用戶(hù)無(wú)法獲取該服務(wù)提供的利益；而加密技術(shù)被用來(lái)在發(fā)送端提供一個(gè)加密信息，使被授權(quán)的用戶(hù)端解擾器能以此來(lái)對(duì)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(hù)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。
在目前各種標(biāo)準(zhǔn)組織提出的有條件接收標(biāo)準(zhǔn)中加擾部分往往力求統(tǒng)一，而在加密部分則一般不作具體規(guī)定，是由各廠商定義的部分。這在后文中將作具體介紹。
2. 系統(tǒng)原理
在采用MPEG 2標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電視系統(tǒng)中，與節(jié)目流有條件接收系統(tǒng)相關(guān)的有兩個(gè)數(shù)據(jù)流：授權(quán)控制信息ECM（Entitle Control Message）和授權(quán)管理信息EMM（Entitle Manage Message）。由業(yè)務(wù)密鑰SK（Service Key）加密處理后的CW在ECM中傳送，ECM中還包括節(jié)目來(lái)源、時(shí)間、內(nèi)容分類(lèi)和節(jié)目?jī)r(jià)格等節(jié)目信息。對(duì)CW加密的SK在EMM中傳送，SK在傳送前要經(jīng)過(guò)用戶(hù)個(gè)人分配密鑰PDK （Personal Distribute Key）的加密處理，EMM中還包含地址、用戶(hù)授權(quán)信息。這是一種三層加密機(jī)制，那為何要用如此復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)完成在廣播網(wǎng)絡(luò)上的安全和控制機(jī)制呢？
為了使訂戶(hù)能得到相應(yīng)的服務(wù)，要對(duì)傳輸碼流進(jìn)行加擾，其過(guò)程就是在發(fā)端將原始信息由偽隨機(jī)序列進(jìn)行實(shí)時(shí)擾亂控制，偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生則由上圖中的控制字發(fā)生器來(lái)進(jìn)行控制。接收端也有一個(gè)和發(fā)端結(jié)構(gòu)相同的偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器，只要收發(fā)兩端間的序列同步（即用同一個(gè)初始值啟動(dòng)），接收端的偽隨機(jī)序列（解擾序列）就可用來(lái)將加擾信息恢復(fù)為原始信息，為了達(dá)到同步要求，必須由發(fā)端向收端發(fā)送一個(gè)去同步偽隨機(jī)序列的起始控制字（是一個(gè)隨機(jī)數(shù)）。
起始控制字（CW）作為解擾密鑰使用。解擾密鑰是系統(tǒng)安全的基本要素，該值雖在不斷地隨機(jī)變更（1秒可能變化幾次），但還不夠安全，因?yàn)镃W是隨加擾信息一起通過(guò)公用網(wǎng)傳送的，任何人都可讀取研究它，一旦CW被竊密者讀取破解，那么整個(gè)系統(tǒng)就癱瘓了，所以必須予以保護(hù)。為此對(duì)CW本身（以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的其它部分）要用一個(gè)加密密鑰通過(guò)加密算法對(duì)它進(jìn)行加密保護(hù)，這個(gè)加密密鑰只是一個(gè)用來(lái)變化加密算法結(jié)果的任意數(shù)。固定這個(gè)密鑰是不適用的（安全性差），應(yīng)當(dāng)采用變化密鑰，通過(guò)CA控制器用人工的或其它自然方式產(chǎn)生新的隨機(jī)數(shù)。
在具體應(yīng)用中，這個(gè)密鑰可以按網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)商要求經(jīng)常加以改變，通常由服務(wù)提供商產(chǎn)生用來(lái)控制其提供的服務(wù)，所以把它稱(chēng)為業(yè)務(wù)密鑰SK（Service Key）。SK的使用和用戶(hù)付費(fèi)條件有關(guān)，一般情況下用戶(hù)可以一個(gè)月付一次費(fèi)，SK也按月變化，在有些特定系統(tǒng)中也被稱(chēng)為月密鑰。業(yè)務(wù)密鑰的時(shí)限是由服務(wù)提供的時(shí)限確定的，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的特殊服務(wù)中，如單次付費(fèi)收視PPV（Pay-per-View）和即時(shí)付費(fèi)收視IPPV（Impulse PPV）中SK的時(shí)限就可能只是幾個(gè)小時(shí)。
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