數(shù)字電視有條件接收系統(tǒng)原理
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我國廣播電視的經(jīng)營體制幾十年來一直是一種粗放式的經(jīng)營體制，所謂粗放式經(jīng)營就是播出端不間斷地播出，以接收端收到的信號為目標，兩端之間沒有必然的聯(lián)系。也就是說，用戶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)營體制的后果就是資源的浪費和效益水平低下。然而，這種體制形式是中國國情所決定的，我國在五十年代大辦廣播電視的時候，主要是解決解決群眾的電視普及問題，辦廣播電視是國家計劃行為。另外，建立集約式的經(jīng)營體制需要很大投資，國家在當時也投不起，因此粗放式經(jīng)營是個必然的過程。但在今天，人類將進入網(wǎng)絡(luò)媒體時代，粗放式經(jīng)營已經(jīng)不適應形勢的發(fā)展了。在有線電視、衛(wèi)星電視大發(fā)展尤其是電視數(shù)字化成為必然趨勢的今天，粗放式經(jīng)營造成了資源的極大浪費，廣播電視集約式經(jīng)營已成為必然的趨勢。
廣播電視的集約經(jīng)營，成為健康發(fā)展的國家重要產(chǎn)業(yè)，主要表現(xiàn)在三個方面：第一是將廣播電視的頻率資源在全國范圍內(nèi)更精細合理地分配使用；第二是針對用戶的不同需求盡可能多地輸送不同的業(yè)務，并對這些業(yè)務進行與效益相關(guān)的管理；第三是對每一個用戶進行個性化管理，使他們能夠各取所需，按需分配，同時也能夠保證實現(xiàn)經(jīng)營者的收益。
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：其一，廣電網(wǎng)絡(luò)的信息是從點（前端）到面（終端）的傳輸，只要用戶符合接收條件就可以收到由前端送來的服務（目前一般是電視和廣播節(jié)目）信號；其二，網(wǎng)絡(luò)是公用的，亦即是最不安全的，誰都可以對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行長期的研究分析。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)是對廣電網(wǎng)絡(luò)進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）用復用器對提供的節(jié)目或稱為服務進行管理，用用戶管理系統(tǒng)（Subscriber Management System，簡稱SMS）對每個用戶的要求實現(xiàn)記錄、統(tǒng)計和管理，使整個系統(tǒng)提供的服務精確到每個終端，在用戶端用機頂盒來實現(xiàn)系統(tǒng)提供的各種多媒體服務。CA系統(tǒng)貫穿在這三部分構(gòu)成的整個系統(tǒng)之中，目的就是根據(jù)每個用戶申請的服務將相應的碼流構(gòu)成完善的加解擾系統(tǒng)，使每個用戶在按時交費的基礎(chǔ)上可以得到相應的服務，使廣電網(wǎng)絡(luò)真正成為一個能夠自我積累發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。
在介紹整個系統(tǒng)之前我們先澄清兩個在CA設(shè)備中很容易混淆的概念：一個是加解擾（Scrambling – Descrambling），另一個是加解密（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)標準中是獨立性很強的兩個部分：加解擾技術(shù)被用來在發(fā)送端CA系統(tǒng)的控制下改變或控制被傳送的服務（節(jié)目）的某些特征，使未被授權(quán)的用戶無法獲取該服務提供的利益；而加密技術(shù)被用來在發(fā)送端提供一個加密信息，使被授權(quán)的用戶端解擾器能以此來對數(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)用戶直接利用該信息進行解擾，不同的CA系統(tǒng)管理和傳送該信息的方法有很大不同。
在目前各種標準組織提出的有條件接收標準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標準的數(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)目來源、時間、內(nèi)容分類和節(jié)目價格等節(jié)目信息。對CW加密的SK在EMM中傳送，SK在傳送前要經(jīng)過用戶個人分配密鑰PDK （Personal Distribute Key）的加密處理，EMM中還包含地址、用戶授權(quán)信息。這是一種三層加密機制，那為何要用如此復雜的系統(tǒng)來完成在廣播網(wǎng)絡(luò)上的安全和控制機制呢？
為了使訂戶能得到相應的服務，要對傳輸碼流進行加擾，其過程就是在發(fā)端將原始信息由偽隨機序列進行實時擾亂控制，偽隨機序列的產(chǎn)生則由上圖中的控制字發(fā)生器來進行控制。接收端也有一個和發(fā)端結(jié)構(gòu)相同的偽隨機序列產(chǎn)生器，只要收發(fā)兩端間的序列同步（即用同一個初始值啟動），接收端的偽隨機序列（解擾序列）就可用來將加擾信息恢復為原始信息，為了達到同步要求，必須由發(fā)端向收端發(fā)送一個去同步偽隨機序列的起始控制字（是一個隨機數(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變更（1秒可能變化幾次），但還不夠安全，因為CW是隨加擾信息一起通過公用網(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，那么整個系統(tǒng)就癱瘓了，所以必須予以保護。為此對CW本身（以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的其它部分）要用一個加密密鑰通過加密算法對它進行加密保護，這個加密密鑰只是一個用來變化加密算法結(jié)果的任意數(shù)。固定這個密鑰是不適用的（安全性差），應當采用變化密鑰，通過CA控制器用人工的或其它自然方式產(chǎn)生新的隨機數(shù)。
在具體應用中，這個密鑰可以按網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營商要求經(jīng)常加以改變，通常由服務提供商產(chǎn)生用來控制其提供的服務，所以把它稱為業(yè)務密鑰SK（Service Key）。SK的使用和用戶付費條件有關(guān)，一般情況下用戶可以一個月付一次費，SK也按月變化，在有些特定系統(tǒng)中也被稱為月密鑰。業(yè)務密鑰的時限是由服務提供的時限確定的，在網(wǎng)絡(luò)運營商提供的特殊服務中，如單次付費收視PPV（Pay-per-View）和即時付費收視IPPV（Impulse PPV）中SK的時限就可能只是幾個小時。
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