針對CA及高級安全特性的解決方案及實(shí)現方式

摘要： CA及高級安全特性是數字電視在便攜領(lǐng)域中開(kāi)展的難題，本文針對此問(wèn)題提出了一種解決方案及其實(shí)現方式。并介紹了基于此方案的各種產(chǎn)品應用，及其對整個(gè)產(chǎn)業(yè)的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵字： CA, 高級安全特性，CMMB，安全廣播，安全芯片

數字電視全面進(jìn)軍便攜設備市場(chǎng)

近年來(lái)數字電視產(chǎn)業(yè)一直高速發(fā)展，除了在傳統的機頂盒和一體機領(lǐng)域繼續高歌猛進(jìn)外，現在已經(jīng)很明顯的看出數字電視正全面進(jìn)軍便攜設備市場(chǎng)。電視無(wú)處不在的概念，似乎已成廠(chǎng)家與消費者的共識。電腦，手機，PMP，GPS……只要有屏幕的地方就可以開(kāi)展數字電視業(yè)務(wù)，隨著(zhù)中國移動(dòng)多媒體廣播(CMMB)和地面國標數字電視(DTMB)的全面鋪開(kāi)，這個(gè)市場(chǎng)變的更加火熱和迫切。

CA及高級安全帶來(lái)新難題

便攜市場(chǎng)是個(gè)很大的蛋糕，同時(shí)也是一個(gè)全新的陣地。雖然以公益為目的，部分節目會(huì )以清流的形式傳送，但是如何在便攜市場(chǎng)進(jìn)行CA移植與商業(yè)化開(kāi)發(fā)仍是整個(gè)產(chǎn)業(yè)共同關(guān)心的話(huà)題。便攜設備中的軟硬件環(huán)境與機頂盒里的完全不一樣，在技術(shù)層面上，我們可以分為兩種典型情況：其一，以USB為接口，PC作為解碼和播放主體的電視棒形式;其二，以設備中多媒體芯片或應用處理器(AP)作為解碼和播放主體的形式，手機，PMP，GPS等都屬于這一類(lèi)。如果把CA集成在PC上，顯然是不可行的，因為PC過(guò)于靈活的環(huán)境無(wú)法保證其安全性。而通常的USB接口芯片也沒(méi)有能力很好的完成CA工作的。同樣在手機和PMP中，主芯片在設計之初沒(méi)有充分考慮將來(lái)要進(jìn)行CA集成，有的不支持，有的支持的不好，特別是不能滿(mǎn)足CA廠(chǎng)家的一些高級安全特性。

此外，如何支持無(wú)線(xiàn)廣播的安全接收(例如CMMB安全廣播)，以及業(yè)務(wù)開(kāi)展中的通信安全、內容版權保護等都是今后會(huì )面臨的新課題。

高級安全芯片呼之欲出

面對這樣的現狀，我們需要一座能連接原有的CA及安全系統與便攜設備的橋梁，這個(gè)橋梁就是一顆高級安全芯片。如圖1所示，它是一個(gè)小型的SoC芯片，具備CPU，安全模塊，各種接口等功能，以此實(shí)現以下特性：

可支持各種CA集成

芯片可運行嵌入式操作系統，以支持各種CA庫的集成。 配備ISO7816接口，可與smart card進(jìn)行通信和密鑰傳輸。再加上一個(gè)靈活的解復用和解擾模塊，完成信息提取和節目解擾，即可實(shí)現普通的CA系統。

具有高級安全特性

在普通的CA系統基礎上，為了防止CA破解、共享等問(wèn)題，CA廠(chǎng)家通常提出了很多高級安全特性。為此芯片設計中包含了多標準的硬件加解密引擎，支持AES/DES/3DES/MULT2/SMS4等各種加解密標準及衍生算法。同時(shí)進(jìn)行全面的安全接口和通路設計，包括安全JTAG,安全啟動(dòng)，關(guān)鍵數據防捕獲等各種手段，確保CA系統牢不可破。

接口靈活多樣

針對便攜市場(chǎng)上各種各樣的產(chǎn)品和應用，多樣化的接口必不可少。一方面支持各種信道解調器的接入，另一方面將解擾后的內容輸出到各種終端，包括電腦、手機、MP4、GPS等。

低功耗、低成本

在原有的便攜設備中增加數字電視模塊后，如何降低整機功耗和成本是大家都迫切想解決的問(wèn)題。在這顆安全芯片中，采用了先進(jìn)的多級時(shí)鐘門(mén)控，頻率動(dòng)態(tài)調整，超級休眠等技術(shù)，將動(dòng)態(tài)功耗和待機功耗都降到了較低的水平;同時(shí)竭力控制面積和封裝尺寸，使整機成本增加有限。

圖1：高級安全芯片的整體結構圖。

全面助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展

憑借著(zhù)這樣一顆芯片，我們在便攜市場(chǎng)遇到的很多問(wèn)題便可以迎刃而解，同時(shí)各種差異化的應用也都清晰可見(jiàn)。下面將對各種可能的應用方式進(jìn)行闡述：

多制式的USB PC電視

筆記本電腦或普通臺式PC，擁有強大的解碼能力及較大的屏幕，可實(shí)現高清播放、視頻錄制等各種高端應用，是收看電視的優(yōu)秀平臺。CMMB或DTMB無(wú)線(xiàn)接收，更是筆記本電腦的絕配。針對目前CMMB的CA系統，不論是Nagravision還是永新視博，這樣一顆安全芯片都能輕松集成和完美支持，而且是采用成本更低的SMD或多芯片封裝方式。借助芯片的多標準接口，甚至可以組成一個(gè)CMMB和DTMB雙模電視棒，兩個(gè)制式的信號和節目互補，解決目前節目源少和信號覆蓋的問(wèn)題。

一旦高級安全芯片解決了CA問(wèn)題，其他各種制式的數字電視也可以進(jìn)入PCTV領(lǐng)域。特別是擁有豐富節目源的有線(xiàn)電視和衛星電視，雖然不能移動(dòng)，但作為家庭電視的一種補充，可以吸引更多的消費群體購買(mǎi)。

圖 2 多種制式的USB PCTV應用示意

手機電視、車(chē)載電視、PMP

PC的觀(guān)看效果雖然好，但要實(shí)現隨時(shí)隨地收看電視，則是手機，PMP，GPS等設備的天下。高級安全芯片可以和信道接收芯片形成獨立的模組，也可進(jìn)行多芯片封裝，這樣主芯片看到的就是一個(gè)簡(jiǎn)單的數據接口，通常為SPI或SDIO，只要給出簡(jiǎn)單的控制命令就可以接收到清流節目。這將大大簡(jiǎn)化手機、PMP、GPS等廠(chǎng)家的工作，只需要芯片公司提供這樣的套片或模組，然后做簡(jiǎn)單的驅動(dòng)移植即可幫助普通的手機、PMP、或GPS實(shí)現

一旦高級安全芯片解決了CA問(wèn)題，其他各種制式的數字電視也可以進(jìn)入PCTV領(lǐng)域。特別是擁有豐富節目源的有線(xiàn)電視和衛星電視，雖然不能移動(dòng)，但作為家庭電視的一種補充，可以吸引更多的消費群體購買(mǎi)。

圖2：多種制式的USB PCTV應用示意。

* 手機電視、車(chē)載電視、PMP

PC的觀(guān)看效果雖然好，但要實(shí)現隨時(shí)隨地收看電視，則是手機，PMP，GPS等設備的天下。高級安全芯片可以和信道接收芯片形成獨立的模組，也可進(jìn)行多芯片封裝，這樣主芯片看到的就是一個(gè)簡(jiǎn)單的數據接口，通常為SPI或SDIO，只要給出簡(jiǎn)單的控制命令就可以接收到清流節目。這將大大簡(jiǎn)化手機、PMP、GPS等廠(chǎng)家的工作，只需要芯片公司提供這樣的套片或模組，然后做簡(jiǎn)單的驅動(dòng)移植即可幫助普通的手機、PMP、或GPS實(shí)現數字電視功能(如圖3所示) 。

圖3：手機、GPS、PMP等設備中的數字電視接收。

* CMMB安全廣播

在2009年1月，廣電總局頒布了《移動(dòng)多媒體廣播第10部分：安全廣播》，正式定義了CMMB業(yè)務(wù)中的安全廣播協(xié)議。它通過(guò)在移動(dòng)多媒體廣播信號中插入安全廣播信息，使得終端設備能夠鑒別當前業(yè)務(wù)的接收合法性，以此來(lái)阻止非法分子私自發(fā)射非法信號來(lái)獲得不良目的。

CMMB安全廣播非常之重要，但現在并沒(méi)有全面進(jìn)行開(kāi)展，這與當前大部分終端不支持安全廣播復雜的運算及要求不無(wú)關(guān)系。而通過(guò)這樣的一顆安全芯片，憑借高效的加解密引擎和強勁的CPU，可以在CA接收的同時(shí)進(jìn)行安全廣播的簽名校驗和運算(256位橢圓曲線(xiàn)DSA算法)。如此一來(lái)，在不增加成本的情況下，就對CMMB安全廣播進(jìn)行了支持，對安全廣播在全國的開(kāi)展起到很大的促進(jìn)作用。

* 無(wú)卡CA

為了增加安全性和降低成本，無(wú)卡CA的方式在很多機頂盒中得到了應用。在便攜領(lǐng)域，同樣可以用安全芯片實(shí)現無(wú)卡CA，使用集成的OTP存儲器，每個(gè)設備都有唯一的ID號，再使用加解密引擎進(jìn)行CW解密及碼流解擾，整個(gè)過(guò)程全部在芯片內部完成，既安全又經(jīng)濟。

* 增值服務(wù)

除了基礎的電視廣播服務(wù)外，我們也可以在便攜設備中開(kāi)展各種增值服務(wù)。像CMMB中就定義了“擴展業(yè)務(wù)平臺”，它可根據不同消費需求向用戶(hù)提供擴展廣播電視服務(wù)和綜合信息服務(wù)。這其中的關(guān)鍵在于，我們要解決電子錢(qián)包和雙向網(wǎng)絡(luò )授權問(wèn)題，而通過(guò)安全芯片可實(shí)現賬戶(hù)管理，內容授權等操作，再利用PC或便攜終端的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行雙向安全通信和交互。

這樣就可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訂購，實(shí)現視頻點(diǎn)播，信息投遞等服務(wù)。像每日新聞，天氣預報等視頻節目可進(jìn)行定制，每天只要用戶(hù)開(kāi)機就準時(shí)自動(dòng)傳遞到終端。也可以進(jìn)行綜合信息實(shí)時(shí)播報，像股市行情，外匯期貨牌價(jià)，球賽戰況等可實(shí)時(shí)授權投遞。

通過(guò)賬戶(hù)授權和綁定，更可進(jìn)行電子支付。用戶(hù)使用與移動(dòng)電視綁定的賬號在網(wǎng)絡(luò )或商店進(jìn)行消費，通過(guò)回傳通道提交消費金額和內容，經(jīng)主機和客戶(hù)端授權驗證后，扣除賬戶(hù)費用，非常的方便實(shí)用。

全文小結

數字電視在便攜領(lǐng)域的開(kāi)拓才剛剛開(kāi)始，本文針對目前的實(shí)際情況，提出了一種解決方案。希望能給整個(gè)產(chǎn)業(yè)從業(yè)者帶來(lái)一些啟發(fā)，共同克服當前的一些困難，走出一片新的天地。使得“數字電視無(wú)處不在”的美好愿望早日實(shí)現。