詳解數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)的安全性

目前國內(nèi)推出的數(shù)字電視（DTV）條件接收系統(tǒng)（CAS）在接收端基本上都是采用 “一機一卡，機卡配對”的智能卡進(jìn)行管理，服務(wù)器端不能及時了解用戶端的情況，如果用戶端的智能卡被破解，整個系統(tǒng)就形同虛設(shè)，造成服務(wù)商巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著數(shù)字電視的普及，這個問題的解決也變得越來越迫切。

1當(dāng)前條件接收系統(tǒng)的安全性分析

目前的條件接收系統(tǒng)采用3層加密系統(tǒng)，進(jìn)行擾亂，使非授權(quán)用戶無法接收信號；而授權(quán)用戶在接收端通過同樣的CW控制解擾器對信號解擾，恢復(fù)出能接收的信號。

加密：因為CW必須通過公用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮斩耍仨殞ζ溥M(jìn)行加密保護(hù)。首先通過服務(wù)密鑰（SK）對CW加密形成授權(quán)控制信息（ECM）；然后，通過個人分配密鑰PDK對SK進(jìn)行加密形成授權(quán)管理信息（EMM）。解密時通過智能卡中的本地密鑰逐步解出上層密鑰，最后得到CW。

當(dāng)前流行的CAS系統(tǒng)看似非常安全，通過3層加密，有的甚至更多層加密，但系統(tǒng)畢竟由多個環(huán)節(jié)組成，黑客能根據(jù)不同系統(tǒng)的特點，采用不同的攻擊方法。

（1）對CW進(jìn)行攻擊。CW是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是條件接收系統(tǒng)的核心，如果CW被破解，其他一切加密措施也就失去了意義。CW一般比較長，且變化頻率比較快，破譯CW非常困難，即使破譯了一個CW，往往已過了有效期。不過，CW的整個周期序列如果全部破解，對整個系統(tǒng)是災(zāi)難性的。

（2）對ECM，EMM進(jìn)行攻擊。在系統(tǒng)傳輸過程中截獲ECM，EMM密鑰及數(shù)據(jù)破解，同時制造假冒消息和盜版卡，達(dá)到破譯的目的。

（3）對用戶智能卡進(jìn)行攻擊。用戶智能卡作為加密控制鑰匙散發(fā)到電視觀眾中去，黑客同樣能購買到合法用戶卡，因此用戶智能卡遭受攻擊的機會非常多。黑客能通過使用標(biāo)準(zhǔn)的智能卡研發(fā)測試工具，試探讀取內(nèi)部密鑰數(shù)據(jù)、授權(quán)數(shù)據(jù)及應(yīng)用程式，制作盜版卡或仿真卡；黑客利用先進(jìn)的技術(shù)測試卡內(nèi)硬件的結(jié)構(gòu)和電信號，破譯卡的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，制作盜版卡。

2安全防范措施

2.1針對CW的攻擊，采用安全性較高的CW產(chǎn)生器

CW產(chǎn)生器是在芯片內(nèi)部實現(xiàn)：他是以可預(yù)置線性反雷數(shù)需求互質(zhì)，每個LFSR的反饋多項式需求是本原的，這樣產(chǎn)生的偽隨機序列具有最大周期?？偩€是控制碼發(fā)生器（一個偽隨機序列發(fā)生器）產(chǎn)生的選擇器控制碼，有8個抽頭并行輸出，每兩位對應(yīng)一個選擇器的選擇端。每個選擇器的輸出是選出的4個LFSR反饋之一，作為和之相連的LFSR時鐘。這是Gollmann級聯(lián)的改進(jìn)型，通過數(shù)據(jù)選擇消除了Gollmann級聯(lián)易受鎖定攻擊的缺點。4個LSFR輸出的異或（當(dāng)輸入奇數(shù)個1時輸出為1），除去LFSR的線性影響，通過數(shù)字選擇器選取這些異或后的輸出之一作為CW產(chǎn)生器串行序列的輸出，通過串轉(zhuǎn)并輸出作為CW。數(shù)字選擇器濾除了CW 產(chǎn)生器的代數(shù)特性避免相關(guān)（線性代數(shù)）攻擊。這樣產(chǎn)生的CW周期性長，相關(guān)性小，安全性高。

選擇碼生成器是個偽隨機產(chǎn)生序列，通過他產(chǎn)生的序列碼去控制選擇器的選擇輸入端。因為用戶管理信息需要計算機管理，所以能在計算機中產(chǎn)生序列碼作為選擇碼生成器的初始值和LFSR的初始值。計算機中的軟件容易修改，初始值能隨時改動，如果黑客破解了當(dāng)時的CW序列，由于初始值的改動，又生成了新的CW序列，避免了整個系統(tǒng)的毀滅性打擊。

2.2針對智能卡和ECM，EMM攻擊的策略，采用一種“機卡分離”方案

無論是對智能卡還是對ECM，EMM攻擊，目的都是制造盜版卡，造成服務(wù)商的損失。既然機卡配對的管理方式有這么大的安全隱患，為什么目前流行這種方法呢？這是因為截止到目前，國內(nèi)數(shù)字電視還沒有普及，數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有確定，這種方式管理簡單，成本低。并且，對于黑客來說，他們花那么大的本錢去破解可能得不償失，因為目前的數(shù)字電視只是起步，用戶較少，等他們破解了系統(tǒng)，可能由于標(biāo)準(zhǔn)的制定，服務(wù)商又采用了新的系統(tǒng)。所以這種管理系統(tǒng)目前來說還比較安全。

不過，隨著數(shù)字電視普及和條件接收系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，再使用一機一卡、機卡配對的方式管理，遭受攻擊的可能性就大大增加。所以說這種管理方式只是從模擬電視條件接收系統(tǒng)到數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)的過渡產(chǎn)物。隨著數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，將來的條件接收系統(tǒng)的主流必然是“機卡分離”的方式，完全解決一機一卡易受攻擊的缺點。

采用的方法是借鑒目前的國際互連網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)卡技術(shù)，每個用戶的用戶ID都是不同的，PDK是用戶ID和其他信息的一個函數(shù)，不同的是他采用了盜版防護(hù)機制，即使黑客通過高科技制造出一模相同的盜版，通過回傳綁定機制也能發(fā)現(xiàn)。具體方法如下：用戶ID加密后存放在ROM中，用戶觀看次數(shù)加密后存放在EEPROM中(如果電路有回傳線路可選)，其他的解密、解擾電路和算法都存放在用戶端的主芯片中。IC卡和目前流行的“一機一卡，機卡配對”內(nèi)有解密電路的智能卡完全不同，在他里面只保存IC卡號和IC卡密碼（如果沒用回傳線路，里面更有余額）等，就像目前的電話IC卡相同，用戶在什么地方買卡都能，只要是播放本節(jié)目的服務(wù)商發(fā)行的卡都能用，實行機卡分離。

用戶買到IC卡后，首先通過回傳系統(tǒng)或電話通知服務(wù)端，使IC卡號和接收機用戶ID進(jìn)行綁定。一般來說，用戶為了避免買到偽造卡，買卡時就像手機充值相同，拿到卡后就即時打電話通過服務(wù)端進(jìn)行認(rèn)證和綁定。用戶的舊卡的余額也轉(zhuǎn)移到新綁定的卡上（有回傳通路的）。綁定后，服務(wù)端就用IC卡號和用戶ID的函數(shù)一起生成PDK，通過這樣的PDK對SK加密。通過IC卡綁定，還能發(fā)現(xiàn)偽造的接收電路，因為，當(dāng)有不同的IC卡去綁定同一個用戶ID時，就會被發(fā)現(xiàn)，接收電路的真假通過用戶資料馬上就可辨別。再說，就是偽造接收電路，還要買接收卡，達(dá)不到免費接收的目的，黑客不會去花費功夫制作偽造電路的。

接收時用戶必須插入IC卡，安全處理器首先對IC卡識別真?zhèn)?。識別后，如果是沒有回傳線路的系統(tǒng)，安全處理器讀取IC卡的余額，如果余額較多，讀取IC卡的卡號和ROM內(nèi)的用戶ID對SK解密；如果余額不足，通知用戶及時換卡。換卡后，電視就按新卡序號進(jìn)行加密。用戶端能設(shè)計有保存余額的存儲器，把里面保存的舊卡余額加到新卡中去。沒有回傳線路的這類系統(tǒng)，面對黑客的攻擊主要是對IC卡的余額讀取的攻擊。針對這類攻擊，在讀取余額時和上次余額進(jìn)行比較，如果沒有換卡且卡上余額大于存儲器中保存的上次觀看后的余額，IC作廢。而余額讀取的電路和算法在主芯片中，對主芯片的破解難度一般較大。即使這樣，也不能說完全安全，采用IC卡有一定的使用期限的方法降低對余額讀取攻擊的風(fēng)險。

在有回傳線路的系統(tǒng)中，就不會面臨讀余額的攻擊。因為用戶的余額保存在服務(wù)端，用戶的IC卡只有卡號和密碼，用戶每開一次機和關(guān)一次機，用戶ID和用戶IC卡號加密 （加密方式和ID存儲在ROM內(nèi)的加密方式不同）后傳到服務(wù)端。服務(wù)端根據(jù)用戶的開關(guān)機情況計算接收費用和卡上余額，當(dāng)余額不足時，用戶屏幕上會出現(xiàn)通知用戶及時充值的信息。對于黑客攻擊來說，同時仿制出接收電路和接收IC卡的可能性非常小，就是有，過一段時間后，IC卡的余額就會用完，對整個系統(tǒng)的影響非常小。如果需求更高的安全性，能把用戶接收次數(shù)加密后同時傳到服務(wù)器端，服務(wù)端和上一次接收的次數(shù)比較，能查出是不是非法用戶。PDK能使用上次接收次數(shù)、用戶ID和IC卡號的函數(shù),增加保密性。

經(jīng)上述處理后，整個系統(tǒng)的安全性就主要看對SK和CW的加密強度，及CW的周期序列長度和易變性。CW的周期長度靠CW產(chǎn)生器確保，前面介紹了一種安全性較高的實現(xiàn)方法。至于對SK和CW的加密方法，目前都比較成熟。由于CW變化比較快，能選擇加密強度較高，加密較快的DES，IDEA等算法；SK變化比較慢，能選擇加密強度更高，加密較慢的RSA等方法，目前這些加密算法依舊比較安全，用于條件接收系統(tǒng)中能抵御黑客的攻擊。

3可行性分析

機卡分離的管理方式的安全性高于目前流行的“一機一卡，機卡配對”的管理方式，并且實現(xiàn)并不復(fù)雜。特別是，隨著數(shù)字電視的發(fā)展，用戶追求個性化服務(wù)，必然會實現(xiàn)服務(wù)端和用戶的交流，比如實現(xiàn)節(jié)目預(yù)定，通過回傳知道電視的收視率，改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量等，那么，通過回傳方式的機卡分離管理用戶并沒有增加太多成本。

對于目前的單通道數(shù)字電視系統(tǒng)，增加一條信道會增加非常多成本， 可 以采用沒有回傳通路的用戶ID和IC卡序號綁定的方式代替目前的在內(nèi)部有解密系統(tǒng)的智能卡，他的成本比智能卡的管理方式成本并沒有增加非常多，并且機卡分離的IC卡損壞或丟失比內(nèi)部有解密系統(tǒng)智能卡損失小得多，機卡分離的IC卡丟失，用戶能買取新卡，把余額轉(zhuǎn)入新卡，對用戶來說并沒用所有損失。

4結(jié)論

由以上分析可知，目前流行的機卡配對管理模式存在著非常大的安全隱患，而機卡分離的管理方式安全性就高得多,并且機卡分離方式實現(xiàn)成本不是非常高，方便用戶付費。隨著數(shù)字電視的普及，機卡分離的管理模式必然成為數(shù)字電視條件接收的主要管理方式。