CN100499470C - 移动多媒体广播中实现预付费业务的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开移动多媒体广播中实现预付费业务的系统和方法，所述系统包括卡、接收机、内容/加密管理服务器、媒体服务器，卡用于控制节目的接收和计费，存储单元存储有一个或多个与内容/加密管理服务器共享的主密钥，以及收视过的节目信息、预付费金额和已经发生的费用，处理单元用于对节目控制消息进行解密，根据节目属性信息和计费算法进行计费，接口单元用于与接收机进行通信；接收机用于对节目内容进行解密和输出；内容/加密管理服务器用于对节目进行控制和分发，生成节目加密密钥，对节目内容进行加密，生成节目控制消息，用一个或多个与卡共享的主密钥和加密算法对节目控制消息进行加密保护；媒体服务器用于产生节目内容和节目属性信息。

Description

移动多媒体广播中实现预付费业务的系统和方法

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，尤其涉及移动多媒体广播系统预付费业务的系统和方法。

背景技术

目前，手机电视的技术标准主要有欧洲的DVB-H、韩国的T-DMB和美国高通的MediaFLO，前两种技术标准已有商用，最后一种技术标准已有实验网，技术和系统正趋于成熟。但是，系统控制业务合法收看所使用的条件接收系统，基本沿用了数字电视条件接收系统的安全架构和思想，即通过个人主密钥保证用户的合法性；通过业务密钥，实现对用户预订业务的控制；通过控制字，实现业务的保密性，确保只有合法用户才能有效地收看自己预订的业务。在具体实现中，系统通过定期向用户发送使用用户个人主密钥加密的新的授权管理消息(EMM)实现对业务密钥和业务使用权限的下发，通过随业务下发的频繁更新的授权控制消息(ECM)实现对业务的保密性。在无线广播环境下，如果存在大量用户，例如上千万或上亿用户，如果再沿用上述数字电视的条件接收技术，则要求有专门的广播信道来下发大量的用户的授权管理消息，必将浪费大量珍贵的无线频率资源，很难实际实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种移动多媒体广播中实现预付费业务的系统，实现移动多媒体广播业务安全有效地收视，同时节约无线频率资源。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种移动多媒体广播中实现预付费业务的系统，包括卡、接收机、内容/加密管理服务器、媒体服务器，其特征在于：

所述卡，用于控制节目的接收和计费，每张卡有一个唯一的卡号并对应一个开关口令，包括存储单元、处理单元和接口单元，所述存储单元存储有一个或多个与内容/加密管理服务器共享的主密钥，以及收视过的节目信息、预付费金额和已经发生的费用，所述处理单元用于对节目控制消息进行解密，根据节目属性信息和计费算法进行计费，所述接口单元用于与接收机进行通信；

所述接收机，用于对节目内容进行解密和输出；

所述内容/加密管理服务器，用于对节目进行控制和分发，生成节目加密密钥，对节目内容进行加密，生成节目控制消息，用一个或多个与卡共享的主密钥和加密算法对节目控制消息进行加密保护；

所述媒体服务器，用于产生节目内容和节目属性信息。

进一步地，所述卡存储单元还存储有一个或多个用于对节目控制消息进行完整性校验的完整性密钥，所述卡处理单元对节目控制消息进行完整性校验；所处内容/加密管理服务器还存储有一个或多个用于对节目控制消息进行完整性校验的完整性密钥，与完整性算法一起对节目控制消息进行完整性保护。

进一步地，所述系统还包括一卡充值系统，包括卡充值装置和卡管理中心，所述卡充值装置用于对卡进行充值，读取已经发生的费用信息，传往所述卡管理中心，所述卡管理中心用于对卡的信息进行管理和统计。

进一步地，所述节目属性信息包括节目种类、时间、计费方式；所述节目控制消息包括主密钥标识和节目控制消息加密算法标识、节目加密算法标识、节目加密密钥、与节目内容对应的节目属性信息。

进一步地，所述节目属性信息还包括完整性密钥标识和完整性算法标识和完整性校验码。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种移动多媒体广播中实现预付费业务的方法，实现移动多媒体广播业务安全有效地收视，同时节约无线频率资源。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种移动多媒体广播中实现预付费业务的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)接收机和卡认证通过后，媒体服务器将节目内容和相应的节目属性信息传给内容/加密管理服务器；

(b)内容/加密管理服务器收到媒体服务器发送的节目内容和节目属性信息后，对节目内容进行加密，用节目属性信息生成节目控制消息，选用一个与卡共享的主密钥，与加密算法一起对节目控制消息进行加密保护，并将经过加密的节目内容和具有加密保护的节目控制消息发送给接收机；

(c)接收机将具有加密保护的节目控制消息发送给卡；

(d)卡收到节目控制消息，校验通过后，用存储的与内容/加密管理服务器共享并选择的主密钥和节目控制消息中标识的密码算法对节目控制消息进行解密，将解密获得的节目加密密钥和解密算法标识发送给接收机；

(e)接收机用收到的节目加密密钥和标识的算法对节目内容进行解密，输出节目内容。

进一步地，所述步骤(a)中，所述接收机和卡的认证过程包括以下步骤：(i)当用户准备使用卡接收节目时，卡向接收机发送卡口令请求消息；(ii)用户通过接收机输入卡口令，接收机将卡口令通过卡口令消息返回给卡；(iii)卡收到接收机返回的卡口令消息后，验证口令的正确性，如果正确，返回确认信息，如果在规定的次数内口令仍不正确，则锁卡。

进一步地，在步骤(b)中，在对所述节目控制消息进行加密保护之前，所述内容/加密管理服务器用完整性密钥和完整性校验密码算法对节目控制消息进行完整性保护；在步骤(d)中，所述卡对节目控制消息进行解密后，再对节目控制消息进行完整性验证。

进一步地，所述内容/加密管理服务器对节目控制消息进行完整性保护包括：用完整性密钥和完整性校验密码算法对节目控制消息进行完整性保护，生成完整性校验码，附加在节目控制消息中；所述卡对节目控制消息进行完整性验证包括：使用节目控制消息中标识的完整性密钥和标识的算法对节目控制消息中的完整性保护部分重新计算完整性校验码，与节目控制消息携带的完整性校验码进行比较，若相同，则完整性验证成功。

进一步地，所述步骤(b)进一步包括：内容/加密管理服务器生成节目加密密钥，通过加密算法对节目内容进行加密，将节目加密密钥、加密算法标识和节目属性信息构成节目控制消息的数据部分，用与卡共享的主密钥和加密算法对其进行加密，构成具有加密保护的节目控制消息。

进一步地，所述节目控制消息包括节目控制消息头、主密钥标识和节目控制消息加密算法标识、完整性密钥标识和完整性算法标识、节目加密算法标识、节目加密密钥、与节目内容对应的节目属性信息，所述内容/加密管理服务器用所述节目控制消息中标识的完整性密钥和完整性算法对所述节目控制消息进行完整性保护，产生完整性校验码，作为所述节目控制消息的一部分，再用所述节目控制消息中标识的主密钥和加密算法对所述节目控制消息进行加密保护，构成具有完整性保护和加密保护的节目控制消息。

进一步地，所述步骤(d)中，卡完成对节目控制消息的解密后，确定节目，根据计费算法从卡内预存金额中扣除节目收视费用。

进一步地，所述卡的充值过程包括：(A1)卡的合法性和口令验证通过后，卡管理中心通过卡充值装置向卡发送充值消息，消息中包含有充值的金额，同时向卡发送收视请求消息，请求卡内已经发生的费用信息；(A2)卡收到充值消息和收视请求消息后，修正卡上预存金额，并将已经发生的费用信息通过卡充值装置返回给卡管理中心。

进一步地，所述步骤(A1)中，所述卡的合法性验证包括：(a1)卡插于卡充值装置后，卡管理中心向卡发送卡号请求和询问消息；(a2)卡将卡号和响应消息发送给卡管理中心；(a3)卡管理中心根据卡号和卡的响应消息内容，判断卡的合法性，若合法，则进行卡口令验证。

本发明基于更广泛的移动多媒体广播系统，给出了一种基于卡的、预付费的条件接收系统和方法，实现移动多媒体广播业务安全有效地收视，本发明的安全性保证主要基于卡和加密管理服务器之间共享的秘密K_SC来保证，采取可保存多个K_SC的情况，是为了进一步提高安全性。另外，通过完整性考虑，保存的一个或多个完整性密钥，可进一步提高安全保证。每次收看节目时，通过K_SC获取随节目下发的加密密钥CK，不必进行密钥合法性验证。另外本发明对计费的控制在卡上就可以实现，而不需要在网络侧的计费中心实现。

附图说明

图1是包含本实施例系统的地面移动广播多媒体系统及卫星移动多媒体广播系统架构图；

图2是本实施例系统工作流程图；

图3是本实施例系统的卡充值流程图；

图4是本实施例系统的节目控制消息格式组成图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为包含本实施例地面移动广播多媒体系统及卫星移动多媒体广播系统架构图。如图1所示，本实施例中的移动广播多媒体系统包括卡100、接收机101、内容/加密管理服务器103、媒体服务器104。

卡100，用于控制节目的接收和计费，每张卡有一个唯一的卡号并对应一个开/关口令(由系统初设，用户可自行修改)。卡内有处理单元、存储单元和接口单元。

存储单元，用于存储用户使用移动多媒体业务时所需要的密钥，包括：

一个或多个主密钥K_SC，用于解密获取节目加密密钥CK和节目属性信息(例如节目种类、时间、计费方式等)，K_SC是在运营商内容/加密管理服务器103和卡100之间共享的主密钥；

一个或多个用于对节目属性信息进行完整性校验的完整性密钥IK；

除此以外，存储单元还存储有：预付费金额、收视过的节目信息、已经发生的费用等。

处理单元，用于对节目属性信息进行解密和完整性校验，以及根据节目属性信息和计费算法(存储在卡里)进行计费。

接口单元，用于与接收机进行通信。

接收机101，用于根据卡100返回的解密密钥CK和解密算法标识对节目内容进行解密和输出。

内容/加密管理服务器103，用于对节目进行控制和分发。用于产生节目加密密钥CK，以及通过一个或多个加密密码算法和完整性校验密码算法，对所产生的节目加密密钥CK和节目属性信息进行加密保护和完整性保护。存储有一个或多个主密钥K_SC(在运营商内容加密服务器server和卡card之间共享的主密钥)以及一个或多个用于对节目属性信息进行完整性校验的完整性密钥IK。

媒体服务器104，用于产生节目内容和有关节目属性信息(例如节目种类、时间、计费方式等)。

另外，本系统还包括一个卡充值系统，包括卡充值装置105和卡管理中心106。

卡充值装置105，用于根据卡100的卡号和开/关口令的合法性对卡100进行充值，并将卡100以往的收视信息和收视费用信息读出，传往卡管理中心，清除卡100的收视费用等信息。

卡管理中心106，用于对卡的信息进行管理和统计。

当本系统应用于无线地面广播系统和广播式手机电视系统时，此时本实施例移动广播多媒体系统还包括发射机102；当应用于卫星广播等移动多媒体广播系统时，还包括卫星设备107，如果需要地面转发，还包括增补转发设备102(在卫星广播系统中，发射机可具有增补转发功能)。发射机102或卫星107用于透传节目的加密密钥CK和节目属性信息。

本实施例移动多媒体广播中实现预付费业务的流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤200，当用户准备使用卡接收电视节目时，卡向接收机发送卡口令请求消息；

步骤201，用户通过接收机输入卡口令，接收机将卡口令通过卡口令消息返回给卡；

步骤202，卡收到接收机返回的卡口令消息后，验证口令的正确性，如果正确，则返回OK(确认)信息，接收机即可接收多媒体广播节目，如果不正确，则锁卡(在允许的规定数次后)；

以上步骤相当于一个接收机和卡的认证过程。

步骤203，媒体服务器将节目内容和相应的节目属性信息传给内容/加密管理服务器；

媒体服务器总是处于节目发送状态，只要接收机和卡通过认证，即可接收到媒体服务器发送的多媒体广播节目。

步骤204，内容/加密管理服务器收到媒体服务器发送的节目内容和节目属性信息后，加密节目内容，用节目属性信息生成节目控制消息，并对节目控制消息进行完整性保护和加密保护，并将经过加密的节目内容和具有完整性和加密保护的节目控制消息传送给接收机；

节目控制消息格式如图4所示，包含节目控制消息头400、版本号401、节目信息源和运营者标识402、主密钥标识和节目控制消息加密算法标识403、完整性密钥标识和完整性算法标识404、节目加密算法标识405、节目加密密钥406、日期和时间407、扩展部分408、完整性校验码409和错误校验码410。其中400～408部分受完整性保护，405～409部分受加密保护，整个消息进行错误校验码检测。

内容/加密管理服务器生成加密密钥CK，通过加密算法对节目内容进行加密，将加密密钥CK、加密算法标识、与该节目内容对应的节目属性信息一起构成节目控制消息主要数据部分(包括图中405、406、407和408)，此外，节目控制消息还包括将用于对其进行完整保护的完整性密钥标识和完整性算法标识404、用于对其进行加密保护的主密钥标识和节目控制消息加密算法标识403、以及添加的节目控制消息头400、版本号401、节目信息源和运营者标识402，用节目控制消息中标识的完整性密钥IK和算法对其进行完整性保护，产生完整性校验码409，附加到节目控制消息主要数据部分的后面，再用节目控制消息中标识的主密钥K_SC和加密算法对节目控制消息中的405～409部分进行加密保护，最后，在消息结尾处加上错误校验码，构成完成的具有完整性和加密保护的节目控制消息。

步骤205，接收机将具有完整性和加密保护的节目控制消息发送给卡；

步骤206，卡收到节目控制消息，校验通过后，用存储的主密钥K_SC和消息中标识的密码算法对其进行解密，进行完整性验证，成功后，确定接收节目的权限，确定选择节目，并根据计费算法，从预存金额中扣除节目收视费用(如果用户余额不足，则提示用户充值，并中断此次节目)，将解密获得的节目加密密钥CK和解密算法标识发送给接收机；

卡首先对节目控制消息进行错误校验，若有错误存在，则接收失败；若通过，则使用存储的主密钥K_SC和标识的密码算法解密节目控制消息；卡使用标识的完整性密钥IK和标识的算法对节目控制消息中的完整性保护部分重新计算完整性校验码，与节目控制消息携带的完整性校验码进行比较，若不相同，则接收失败，若相同，则完整性验证成功。

步骤207，接收机用收到的节目加密密钥CK和标识的算法对节目内容进行解密，输出节目内容；

步骤208，节目内容显示。

对消息的完整性保护是为了进一步提高安全保证，在另一实施例中也可不对节目控制消息进行完整性保护，仅进行加密保护。

本实施例的卡充值流程如图3所示，具体如下：

步骤300，卡插入卡充值装置后，卡管理中心向卡发送卡号请求和询问消息；

步骤301，卡将卡号和响应消息发送给卡管理中心；

步骤302，卡管理中心根据卡号和卡的响应消息内容，判断卡的合法性，将确认/失败消息下发给卡充值装置，若失败，拒绝充值，若成功确认，则转到步骤303；

步骤303，用户输入卡口令；

步骤304，卡充值装置将用户输入的卡口令消息传给卡；

步骤305，卡对输入口令进行验证；

步骤306，若输入口令错误，则充值失败，若正确，则向卡充值装置返回OK(确认)信息，同时，转发给卡管理中心，通知卡已做好充值准备；

步骤307，卡管理中心通过卡充值装置向卡发送充值消息，消息中包含有充值的金额，同时向卡发送收视请求消息，请求以往收视信息和收视费用信息；

步骤308，卡收到充值消息和收视请求消息后，修正卡上预存金额，并将以往收视信息和收视费用信息(收视信息用于运营商对用户收视行为进行统计)通过卡充值装置返回给卡管理中心，并清除卡上以往收视信息和收视费用信息记录；

步骤309，卡管理中心返回确认信息。

卡的合法性是通过卡与卡管理中心的一个询问-应答机制来保证的。卡口令是确保只有卡的拥有者才能对卡进行有关操作。

Claims (14)

1、一种移动多媒体广播中实现预付费业务的系统，包括卡、接收机、内容/加密管理服务器、媒体服务器，其特征在于：

所述卡，用于控制节目的接收和计费，每张卡有一个唯一的卡号并对应一个开关口令，包括存储单元、处理单元和接口单元，所述存储单元存储有一个或多个与内容/加密管理服务器共享的主密钥，以及收视过的节目信息、预付费金额和已经发生的费用，所述处理单元用于对节目控制消息进行解密，根据节目属性信息和计费算法进行计费，所述接口单元用于与接收机进行通信；

所述接收机，用于对节目内容进行解密和输出；

所述内容/加密管理服务器，用于对节目进行控制和分发，生成节目加密密钥，对节目内容进行加密，生成节目控制消息，用一个或多个与卡共享的主密钥和加密算法对节目控制消息进行加密保护；

所述媒体服务器，用于产生节目内容和节目属性信息。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述卡存储单元还存储有一个或多个用于对节目控制消息进行完整性校验的完整性密钥，所述卡处理单元对节目控制消息进行完整性校验；所处内容/加密管理服务器还存储有一个或多个用于对节目控制消息进行完整性校验的完整性密钥，与完整性算法一起对节目控制消息进行完整性保护。

3、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一卡充值系统，所述卡充值系统包括卡充值装置和卡管理中心，所述卡充值装置用于对卡进行充值，读取已经发生的费用信息，传往所述卡管理中心，所述卡管理中心用于对卡的信息进行管理和统计。

4、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述节目属性信息包括节目种类、时间、计费方式；所述节目控制消息包括主密钥标识和节目控制消息加密算法标识、节目加密算法标识、节目加密密钥、与节目内容对应的节目属性信息。

5、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述节目属性信息还包括完整性密钥标识和完整性算法标识和完整性校验码。

6、一种移动多媒体广播中实现预付费业务的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)接收机和卡认证通过后，媒体服务器将节目内容和相应的节目属性信息传给内容/加密管理服务器；

(b)内容/加密管理服务器收到媒体服务器发送的节目内容和节目属性信息后，对节目内容进行加密，用节目属性信息生成节目控制消息，选用一个与卡共享的主密钥，与加密算法一起对节目控制消息进行加密保护，并将经过加密的节目内容和具有加密保护的节目控制消息发送给接收机；

(c)接收机将具有加密保护的节目控制消息发送给卡；

(d)卡收到节目控制消息，校验通过后，用存储的与内容/加密管理服务器共享并选择的主密钥和节目控制消息中标识的密码算法对节目控制消息进行解密，将解密获得的节目加密密钥和解密算法标识发送给接收机；

(e)接收机用收到的节目加密密钥和标识的算法对节目内容进行解密，输出节目内容。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中，所述接收机和卡的认证过程包括以下步骤：

(i)当用户准备使用卡接收节目时，卡向接收机发送卡口令请求消息；

(ii)用户通过接收机输入卡口令，接收机将卡口令通过卡口令消息返回给卡；

(iii)卡收到接收机返回的卡口令消息后，验证口令的正确性，如果正确，返回确认信息，如果在规定的次数内口令仍不正确，则锁卡。

8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，在对所述节目控制消息进行加密保护之前，所述内容/加密管理服务器用完整性密钥和完整性校验密码算法对节目控制消息进行完整性保护；在步骤(d)中，所述卡对节目控制消息进行解密后，再对节目控制消息进行完整性验证。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述内容/加密管理服务器对节目控制消息进行完整性保护包括：用完整性密钥和完整性校验密码算法对节目控制消息进行完整性保护，生成完整性校验码，附加在节目控制消息中；所述卡对节目控制消息进行完整性验证包括：使用节目控制消息中标识的完整性密钥和标识的算法对节目控制消息中的完整性保护部分重新计算完整性校验码，与节目控制消息携带的完整性校验码进行比较，若相同，则完整性验证成功。

10、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)进一步包括：内容/加密管理服务器生成节目加密密钥，通过加密算法对节目内容进行加密，将节目加密密钥、加密算法标识和节目属性信息构成节目控制消息的数据部分，用与卡共享的主密钥和加密算法对其进行加密，构成具有加密保护的节目控制消息。

11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述节目控制消息包括节目控制消息头、主密钥标识和节目控制消息加密算法标识、完整性密钥标识和完整性算法标识、节目加密算法标识、节目加密密钥、与节目内容对应的节目属性信息，所述内容/加密管理服务器用所述节目控制消息中标识的完整性密钥和完整性算法对所述节目控制消息进行完整性保护，产生完整性校验码，作为所述节目控制消息的一部分，再用所述节目控制消息中标识的主密钥和加密算法对所述节目控制消息进行加密保护，构成具有完整性保护和加密保护的节目控制消息。

12、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)中，卡完成对节目控制消息的解密后，确定节目，根据计费算法从卡内预存金额中扣除节目收视费用。

13、如权利要求6所述的方法，其特征在于，卡的充值过程包括：

(A1)卡的合法性和口令验证通过后，卡管理中心通过卡充值装置向卡发送充值消息，消息中包含有充值的金额，同时向卡发送收视请求消息，请求卡内已经发生的费用信息；

(A2)卡收到充值消息和收视请求消息后，修正卡上预存金额，并将已经发生的费用信息通过卡充值装置返回给卡管理中心。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述步骤(A1)中，所述卡的合法性验证包括：

(a1)卡插于卡充值装置后，卡管理中心向卡发送卡号请求和询问消息；

(a2)卡将卡号和响应消息发送给卡管理中心；

(a3)卡管理中心根据卡号和卡的响应消息内容，判断卡的合法性，若合法，则进行卡口令验证。

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