有條件接收系統綜述
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一、有條件接收基本原理
CAS的組成包括有：用戶(hù)管理系統SMS、業(yè)務(wù)信息生成系統SIG、節目管理PMS/SI編輯系統、節目調度處理EIS、用戶(hù)授權管理系統SAS、條件接收CA等。主要有兩大塊：一塊是管理用戶(hù)的SMS，一塊是管理節目的CA。CA主要分為兩大部分：一是信號加擾部分，它是通過(guò)一個(gè)隨機碼發(fā)生器所產(chǎn)生的隨機碼（稱(chēng)為控制字CW）來(lái)控制加擾器對信號的加擾；二是加密部分，要使加擾的信號在接收端成功地解擾，接收端也必須要有和加擾端一模一樣的控制字來(lái)控制解擾器，所以，要將前端的CW傳送到接收端，如果直接傳送會(huì )很容易被黑客截獲而使CAS失去作用，為此，要對CW進(jìn)行加密傳送，這種加密是一種多層加密機制，從而增加CW傳送的安全性，直接對CW加密的第一層所產(chǎn)生的密文稱(chēng)為授權控制信息ECM，通過(guò)復用器與加擾的碼流一起傳送，ECM還含有時(shí)間、節目?jì)r(jià)格、節目授權控制等信息，因此ECM是面向節目的管理信息。對CW加密的密鑰稱(chēng)為工作密鑰SK，SK通常又叫月密鑰，每月?lián)Q一次，每換一次SK，系統都要從新對所有用戶(hù)進(jìn)行授權。第二層加密是用稱(chēng)為節目密鑰PDK對SK進(jìn)行加密，所產(chǎn)生的密文和從SMS獲取的授權指令通過(guò)SAS生成的授權信息組成授權管理信息EMM，EMM還含有智能卡號、授權時(shí)間、授權等級等用戶(hù)授權信息。這些信息主要是完成對用戶(hù)的授權，因此EMM是面向用戶(hù)的管理信息，EMM對用戶(hù)在什么時(shí)間看、看什么頻道進(jìn)行授權，它也通過(guò)復用器與加擾碼流一起傳送，以上這些組成了CA最基本的加密系統。
為了防止密鑰在傳送中被黑客截獲，一般采用雙密鑰法，對每一用戶(hù)分配一對密鑰，其中一個(gè)是使用者本人掌握的密鑰稱(chēng)為私有密鑰，它只用于解密，通常這個(gè)密鑰都存儲在用戶(hù)智能卡中。另一個(gè)是公開(kāi)密鑰，它只用于加密，兩個(gè)密鑰通過(guò)算法結成一一對應的關(guān)系，只有通過(guò)對應的私有密鑰才能解開(kāi)用公開(kāi)密鑰所加的密。這樣我們根本不需直接傳送密鑰，因此具有很高的安全性，這是一種稱(chēng)為數字簽名的認證過(guò)程。一般私有密鑰（PDK）都存儲于用戶(hù)的智能卡中，所以在接收端，EMM的解密是唯一的，即一個(gè)智能卡只能解密與其有關(guān)的EMM信息，解密后就可以得到用于解ECM的所有信息，再通過(guò)解密ECM得到CW，將CW送到機頂盒內的解擾器完成解擾工作，這些解密過(guò)程都在智能卡中的解密系統完成。授權采用中心尋址與智能卡共用的方式，其過(guò)程如下：
機頂盒檢測到DVB碼流如果是加擾碼流，則驅動(dòng)讀卡器工作，將智能卡管理程序調入中央處理器啟動(dòng)運行，將智能卡的卡號讀出。在傳送流中尋找PSI，在PSI中找到條件接收表CAT，根據CAT表中給出的EMM包標識碼（PID），找到相應的EMM信息，然后將智能卡的卡號與EMM內的授權信息中的卡號進(jìn)行校對，也就是進(jìn)行尋址比較操作，如果校對無(wú)效，在屏幕上將有提示你還未經(jīng)授權不能收看的相關(guān)信息顯示。如果校對成功則將ECM和EMM傳送給智能卡，在智能卡內調用解密程序（為了增強CAS的安全性，整個(gè)解密過(guò)程都在智能卡里進(jìn)行），用智能卡中的私有密鑰（PDK）對EMM、ECM進(jìn)行逐層解密得到SK并得到CW，將CW送回機頂盒完成對節目碼流的解擾（如圖1和圖2所示）。同時(shí)將密鑰SK存儲在智能卡中，今后的解密和解擾就直接調用卡中的SK就可以了，不需要重復執行授權過(guò)程，此時(shí)系統只需傳送ECM就行了（因為一般來(lái)說(shuō)每5---10秒CW就換一次，所以ECM也要每5--10秒發(fā)送一次），只有當運營(yíng)商要更新SK時(shí)才開(kāi)始一個(gè)新的授權過(guò)程，通常每更新一次SK，運營(yíng)商都要用幾天的時(shí)間（具體可根據用戶(hù)的多少來(lái)確定）不斷發(fā)送EMM給用戶(hù)進(jìn)行授權，如果有些用戶(hù)由于其他原因在授權期間沒(méi)有開(kāi)機，可通過(guò)電話(huà)聯(lián)系，由前端確認后，向該用戶(hù)發(fā)送專(zhuān)用的EMM。
改變授權有以下方式：
1、 在前端的SMS發(fā)現某用戶(hù)時(shí)間已到，則向CA發(fā)出指令關(guān)閉授權，通過(guò)發(fā)送EMM來(lái)更新SK并重新授權。
2、利用智能卡中儲存的授權時(shí)間與下行信號中的時(shí)間（此時(shí)間信息在ECM中）進(jìn)行比較，如果下行信號的時(shí)間不在授權時(shí)間的區間內，則撤消授權。
3、 利用智能卡中儲存的授權信息與ECM中的附加參數進(jìn)行比較，如果不符合節目接入條件，則撤消授權。
為給用戶(hù)在節目訂購方面提供更多的選擇，CAS除了最基本的節目定期預訂(Subscription)外還提供了分次付費收視PPV(Pay-per-View)、即時(shí)付費收視IPPV(Impulse PPV)和計時(shí)付費等多種授權方式，這些授權方式都附于節目上，并用附加參數來(lái)描述(預約類(lèi)型、PPV費用、預覽時(shí)間等)，一般，它們像控制字那樣被攜帶于ECM信息中。在智能卡中存有多個(gè)私有密鑰，每個(gè)密鑰都對應一種授權方式，每一種的授權方式都對應一種EMM。
綜觀(guān)整個(gè)授權的過(guò)程，CAS的安全性取決于智能卡的保密性，智能卡必須要具有可靠的防復制性能。
對于不同的節目產(chǎn)品包(由單個(gè)或多個(gè)節目組成的一個(gè)或多個(gè)TS流)，就有不同的ECM和EMM與之對應，每一個(gè)節目產(chǎn)品包對應一個(gè)ECM和多個(gè)EMM（視訂購的用戶(hù)而定，對于每一個(gè)產(chǎn)品包來(lái)說(shuō)，有多少個(gè)訂戶(hù)就有多少個(gè)EMM），可分為單播和多播形式。
單播是將單個(gè)節目作為一個(gè)產(chǎn)品包，用戶(hù)可以任意選購一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品包，所以，對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)選擇非常靈活多樣，但它的授權信息量較大。設每個(gè)EMM的數據量是100個(gè)字節，現有用戶(hù)60萬(wàn)，共有節目60套，也即有60個(gè)節目產(chǎn)品包，每6個(gè)產(chǎn)品包占用一個(gè)傳輸信道（調制在一個(gè)QAM調制器上），如果每個(gè)用戶(hù)都購買(mǎi)全部產(chǎn)品包（這是極端的情況），那么所產(chǎn)生的ECM數量有60個(gè),智能卡必須能存儲60個(gè)不同的SK，在解密時(shí)通過(guò)不同的節目標識來(lái)啟用不同的SK。EMM總數據量是：600000*100*8*60=28800Mb，龐大的數據會(huì )使授權時(shí)間變長(cháng)，從而影響用戶(hù)的正常收看。
多播是將多個(gè)節目捆綁在一起組成一個(gè)產(chǎn)品包，以套餐的形式供用戶(hù)選擇購買(mǎi)，這種方式多用于數字電視發(fā)展的初期，向用戶(hù)提供類(lèi)似“買(mǎi)一送二”的優(yōu)惠政策，在這種方式下，ECM和EMM的數據量都將減少。同樣，設每個(gè)EMM的數據量是100個(gè)字節，用戶(hù)60萬(wàn)，共有節目60套，每6套節目組成一個(gè)產(chǎn)品包，共有10個(gè)產(chǎn)品包，每個(gè)產(chǎn)品包占用一個(gè)傳輸信道（調制在一個(gè)QAM調制器上），如果每個(gè)用戶(hù)同樣都購買(mǎi)全部產(chǎn)品包，那么所產(chǎn)生的ECM還是60個(gè)，EMM總數據量是：600000*100*8*10=4800Mb，可見(jiàn)數據量比單播方式少多了。
為了減少每次授權的時(shí)間，我們可以通過(guò)合理地分配信道帶寬或采用一些調度算法來(lái)加以解決。例如在64QAM、6.875Mb/s符號率的調制方式下,每個(gè)信道可得到（6.875*6*188）/204=38Mb/s(64QAM的理論頻譜效率為6bits/s/hz、188,204是RS編碼的結構，204個(gè)字節中188個(gè)有效數據，16個(gè)冗余字節，用于糾錯編碼)的數據帶寬。我們可以為EMM、SI及其它信息預留約5Mb/s的帶寬，剩下的33Mb/s帶寬傳輸的電視節目不宜超過(guò)6套。這時(shí)視頻碼率維持平均5Mb/s左右，在這種碼率下，肉眼感覺(jué)不到圖像質(zhì)量的下降。
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