CN100502496C - 一种基于移动设备的数字电视用户认证系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动设备的数字电视用户认证系统，它涉及数字电视机顶盒技术领域，具体涉及到数字电视用户认证技术和无线扩频通信技术。该系统包括布置在服务器的前端系统、布置在用户家中的接收机和包含业务密钥的移动设备，前端系统包括节目管理系统、用户管理系统、数据库系统、加密设备或模块、加扰设备等，用于完成数据的加扰、加密工作；接收机相当于一部数字电视机顶盒，用于接收前端传输过来的电视节目信号，实现信道和信源解码，与移动设备终端合作完成节目信号的解扰；移动设备储存了已经授权的业务密钥，主要用于解扰电视节目。本发明实现了机卡分离，有利于机顶盒的大规模生产，成本降低，并且用户可以选择不同的品牌和性能。

Description

一种基于移动设备的数字电视用户认证系统

技术领域

本发明涉及数字电视机顶盒技术领域，具体涉及到数字电视用户认证技术，另外本发明还涉及到无线扩频通信技术领域。

背景技术

九十年代后期，由于有线电视的新增用户数量逐步饱和，用户可以通过有线电视网络，享受通讯、娱乐、信息、产品等服务，基于这种服务拓展，我们需要收取节日接收费用和信息服务费用。由于接收服务级别不同、收看电视频道不同、观看节目时间不同，如何科学地收取节目接收费用和信息服务费用，这个问题也就摆在我们面前。

纵观收费管理系统的技术发展过程，主要分为模拟技术和数字技术两个历史阶段：

第一个阶段：是以模拟技术为基础，为了实现有线电视的有效收费，在前端将模拟信号进行加扰，只有安装了解扰器的用户才能正常收看。这样的系统可以通过前端的寻址来控制单个用户的解扰器开关。系统可实现全频段加扰和频道加扰，实现的方法通常是采用视频倒相、水平同步重叠、垂直同步重叠、数字随机视频行抖动等技术，通常会对信号产生损耗和失真。

第二个阶段：随着数字技术的出现而产生的条件接收系统，基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端利用IC卡解密。由于采用的是数字技术，对信号没有损耗，系统的保密性、可靠性均大大提高。对传输流的加扰，DVB己有标准；对控制字的加密算法一般采用RSA以及3DES算法。

有线数字电视计费系统技术由于对加密体制不一样，不同厂家的系统差别很大，其技术大体有三种：

(1)可寻址用户系统。为解决有线电视系统中用户收费、网络综合管理、网络增值而设计。利用多功能系统软件，通过操作计算机控制有线电视网络中所有用户输入信号的通断，或对用户信号进行加扰，以此保证有线电视用户及时交费；通过对可寻址系统设备中寻址分配器及系统操作软件的科学设计，从而达到网络增值之目的，提高管理效率和水平。

(2)数字式加解扰系统。此系统采用了行切割旋转加扰技术方式，集成了中央控制技术，数字处理技术，集成电路技术，软件应用控制技术，使系统具备了强大而完善的管理功能和安全性。系统特点是采用集中控制授权方式，可控制到每一个用户，每一个频道收费。但兼容扩展性差，投资额大。

(3)条件接收系统。由加扰器、解扰器、加密器、控制字产生器、用户授权系统和用户管理系统部分组成。系统应能对用户实行的有效管理，确保用户按时交费，清晰反映用户的收费情况，还能实行分布式的数据库管理，以实现不同地域数据相对独立和统一。

本发明主要涉及到条件接收系统。

随着计算机应用技术的普及和国民经济信息化的发展，客户/服务器计算、分布式处理、国际互连网(Intemet)、内部网(Intranet)等技术被广泛接受和应用，计算机的联网需求迅速扩大。在诸多计算机联网技术中，无线网(Wireless Network)以其无需布线、在一定区域漫游、运行费用低廉等优点，在许多应用场合有其他联网技术不可替代的作用，而在无线通信技术中，基于扩频技术的计算机无线网具有抗干扰能力强、易于实现码分多址、安全保密、无须申请频率资源等特点，近年来在计算机联网的各个领域都得到了广泛地应用。

扩频通信具有其他方式不可比拟的优点，近年来在无线通信中得到越来越广泛地应用。扩频通信(Spread Spectrum Communications)开始出现在第二次世界大战，作为美军使用的无线保密通信技术。现在扩频技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。扩频通信是一种信息传递方式，其信号所占用的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，与所传的信息无关；在接收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息。

扩频通信具有如下特点：抗干扰性强，隐蔽性好，抗多径干扰，通信速率高(2M，8M，11Mbps)，无须申请频率资源，建网简单，网络性能好等等。与X.25和DDN相比，无线扩频网具有速率高(2Mbps，8Mbps，11Mbps)，安装简单，运行费用低(无须租费，仅投入少量维护费用)，无须申请频率资源，容易扩展投资少等优点。另外，如使用X.25或DDN作为网间互连的链路，在链路两端要使用路由器、多路复用器等设备，而无线扩频产品有网桥、路由器、调制解调器等多种选择，节省设备和投资，因此无线扩频网比X.25和DDN在几百公里范围内联网要有明显的优势。

发明内容

基于以前技术的很多不足，本发明设计一个基于移动设备的数字电视用户认证系统，也就是数字电视条件接收系统，用于管理由于用户接收的服务不同、收看电视节目不同、收看的时间段不同而带来的不同收费的问题。

一种基于移动设备的数字电视用户认证系统，它包括布置在服务器的前端系统、布置在用户家中的接收机(相当于机顶盒)以及包含业务密钥的移动设备。

所述前端系统设计主要包括节目管理系统、用户管理系统、数据库系统、加密设备或模块、加扰设备等，主要完成数据的加扰、加密工作，前端系统与电视局使用的前端系统类似。

所述接收机相当于一部数字电视机顶盒，主要包括信号处理、控制和接口几大部分，主要接收前端传输过来的电视节目信号，实现信道和信源解码，与用户使用的移动终端合作完成节目信号的解扰，从而使用户可以看到已经授权的电视节目。

所述用户使用的移动设备主要储存了已经授权的业务密钥，主要用于解扰电视节目，移动设备使用无线扩频通信技术与接收端连接，移动设备中保存着用于解扰节目的业务密钥，该密钥必须是用户在广播电视局中注册，并得到授权才能够获得的。

本发明的工作流程如下：

在前端，条件接收系统提供一个授权控制信息ECM(Entitle ControlMessage)发生器，它将接入条件和控制字结合到节目所属的ECM中。极少情况下，它也提供控制字发生器和加扰器。由运营者编辑的接入条件能由播放系统编排程序，它们能一并地组合到电子节目指南中。而且，为了将授权管理信息EMM(Entitle Manage Message)插入到传送流中，可将EMM发生器连接到前端上。EMM发生器是用户管理系统和授权管理系统的组合，前者被用户看作他们的商业接口，后者在传送流中对终端产生和广播EMM。

前端涉及到两个加密系统，一个是节目加密系统，对播出的节目内容进行加密，习惯上称为加扰，它的作用是扰乱节目信号，使得未经授权的用户不能收看加密节目。另一个加密系统是分层密钥加密系统，其目的是使用一环紧扣一环的层次加密，保护控制字的安全。对于节目的加扰，我们采用DVB Common Scrambling算法，该加扰算法使用的是基于密钥的算法，控制密钥是CW，为了保证加扰的安全可靠，CW通常5-10秒变化一次，并且保证充分的随机性，有效地抵抗黑客的攻击，由于前端采用了标准的通用加扰算法，为接收设备的统一提供了基础，只要接收设备配备了同样的解扰算法，并完成了CA系统集成，即具备了收看加扰节目的条件，如果有授权即可收看加扰节目。

接收机接收加扰节目的TS流后，按照用户使用的移动设备提供的参数过滤出ECM和EMM消息，并按照一定的规则要求将ECM和MM消息传送给移动设备。移动设备接收到ECM和EMM消息后，分别对其进行相关的处理，将授权写入移动设备的用户授权数据区，并根据授权条件及指定的密钥解出加扰控制字CW，同时将CW传送给接收端。接收端接收到CW后，将其传送给解扰器，如果解扰控制字CW正确，则可解出加扰节目，否则将收看不到节目。

用户使用的移动设备类似于原来机顶盒中的智能卡，使用无线扩频通信技术与接收端连接。移动设备(例如手机)中保存着用于解扰节目的业务密钥，该密钥必须是用户在广播电视局中注册，并得到授权才能够获得的。

本发明的最大有益效果在于：将数字电视机顶盒的智能卡功能移植到移动设备上，实现了机顶盒与智能卡的机卡分离，这样就分离了数字电视的收费管理系统和节目接收系统。由于各地方数字电视接收条件不一样，各地的机顶盒不能兼容，因此厂商不能大规模生产机顶盒，使得机顶盒成本居高不下。实现了“机卡分离”的条件接收系统，将有利于机顶盒的大规模生产，成本降低，并且用户可以选择不同的品牌和性能。

附图说明

图1为用户认证系统的总体架构图；

图2为接收机的硬件高构图；

图3为用户认证系统的节目解扰示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步阐述。

如附图1所示，整个数字电视用户认证系统包括三个主要部分：前端、接收端和移动设备。

前端系统设计主要包括节目管理系统、用户管理系统、数据库系统、加密设备或模块、加扰设备等。我们先把数字化节目通过数据串行接口传送到复用/加扰器中，为了使用户管理系统能够正常工作，必须在复用/加扰器中预先完成各项初始设置，使用户管理系统通过标准接口与复用/加扰器建立好通讯连接，并建立相关的PMT、CAT表等。

复用/加扰器开始加扰时，首先根据节目播放的授权要求，由控制字发生器通过安全算法产生控制字CW，由它来控制加扰器对来自复用器的MPEG-2传送流进行加扰。控制字CW的字长一般为60bit，为了安全起见，每5-20秒改变一次。并在使用CW加扰TS流之前，先将CW通过标准接口传送给ECMG，并等待ECMG返回ECM消息，此ECM消息已经将CW及有关节目属性信息以密文形式封装到数据包内，复用/加扰器接收到ECM包并通过SCS同步后，按照特定的时序关系将ECM插入到TS流当中，将CW传送给加扰模块，而加扰模块按照事先预定好的规则使用CW加扰相关的视音频节目。同时复用器还可将已经收到的EMM消息、SI信息插入到TS流中，并将复用好的包含ECM.EMM和SI的TS流通过ASI接口传送到调制器中，然后传送到用户端，至此完成了前端的加扰控制工作。

在用户端，主要由接收机(机顶盒)和移动设备(如手机)组成。其中接收机的结构如附图2所示，主要包括信道解码和信源解码两个模块。用户购买数字电视节目之后，将得到一个业务密钥，此密钥会被保存在移动设备的存储卡里面。当用户准备收看电视时，首先使用移动设备通过无线扩频技术连接到接收机。

接收机接收加扰节目的TS流后，按照用户移动设备提供的参数过滤出ECM和EMM消息，并按照一定的规则要求将ECM和EMM消息传送给移动设备。移动设备接收到ECM和EMM消息后，分别对其进行相关的处理，将授权写入移动设备的用户授权数据区，并根据授权条件及指定的密钥解出加扰控制字CW，同时将CW传送给接收机。接收机接收到CW后，将其传送给解扰器，如果解扰控制字CW正确，则可解出加扰节目，否则将收看不到节目。

在接收机接收信号的时候，由于ECM和EMM信号被放置于MPEG-2传送流包的固定位置，因此，解复用器便很容易解出ECM和EMM信号。接收机首先从解调后得到的传送流中取得ECM和EMM信息，其次在移动设备中完成用分配密钥对；EMM解密得到业务密钥SK，然后用业务密钥对ECM解密，得到控制字和控制参数，恢复出控制字CW，并将它送至解扰器进行解扰。可见，整个数字电视广播CA系统的安全性得到了三重保护(如附图3所示)。

第一重保护：利用控制字对图像、声音和数据进行加扰。对图像、声音和数据进行加扰，使没有得到授权用户的接收机无法进行解扰，不能正常收看节目。

第二重保护：利用业务密钥对授权控制信息ECM加密。控制字的安全传送依靠业务密钥，用户端的机顶盒只有在得到现行有效的业务密钥后，才能对ECM解密，从而获得控制字CW。这样控制字在传送给用户的过程中即使被盗，盗窃者也无法对加密的控制字进行解密。

第三重保护：利用分配密钥对授权管理信息EMM加密。对EMM加密使得整个系统的安全性更强，使非授权用户在即使得到加密的授权管理信息的情况下，由于得不到分配密钥，因而无法对EMM解密，也就得不到业务密钥SK，更无法得到控制字，没有正确的控制字就无法解出并获得正常信号。

Claims (2)

1、一种基于移动设备的数字电视用户认证系统，它包括布置在服务器的前端系统、布置在用户家中的接收机以及包含业务密钥的移动设备：

前端系统设计包括节目管理系统、用户管理系统、数据库系统、加密设备或模块以及加扰设备，用于完成数据的加扰和加密工作；

接收机相当于一部数字电视机顶盒，包括信号处理、控制和接口部分，用于接收前端传输过来的电视节目信号，实现信道和信源解码，与用户使用的移动设备合作完成节目信号的解扰，从而使用户可以看到已经授权的电视节目；

用户使用的移动设备储存已经授权的业务密钥，用于解扰电视节目；

接收机接收加扰节目的TS流后，按照用户使用的移动设备提供的参数过滤出ECM和EMM消息，并按照一定的规则要求将ECM和EMM消息传送给移动设备，移动设备接收到ECM和EMM消息后，分别对其进行相关的处理，将授权写入移动设备的用户授权数据区，并根据授权条件及指定的密钥解出加扰控制字CW，同时将CW传送给接收端，接收端接收到CW后，将其传送给解扰器，如果解扰控制字CW正确，则可解出加扰节目，否则将收看不到节目。

2、根据权利要求1所述的基于移动设备的数字电视用户认证系统，其特征在于，所述移动设备使用无线扩频通信技术与接收端连接，移动设备中保存着用于解扰节目的业务密钥，该密钥必须是用户在广播电视局中注册，并得到授权才能够获得的。

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