CN100544429C - 一种手机电视业务内容保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种手机电视业务内容保护方法，包括以下步骤：步骤1，手机电视/移动多媒体广播内容提供商用条件接收系统产生的控制字加密移动广播内容；步骤2，将所述控制字发送给移动通信运营商的手机电视业务平台；步骤3，所述手机电视业务平台中的控制实体对所述控制字进行加密；步骤4，将加密后的所述控制字以及终端解密所述加密后的所述控制字需要的参数发送给所述手机电视/移动多媒体广播内容提供商；步骤5，所述手机电视/移动多媒体广播内容提供商通过所述内容提供商网络将所述控制字加密的移动广播内容、加密后的所述控制字以及所述参数发送给所述终端；步骤6，所述终端对所述控制字加密的移动广播内容进行解密。采用本发明的方法，对系统改动最少，也有利于移动通信运营商以后建立BCMCS网络后开展广播多播业务。

Description

一种手机电视业务内容保护方法
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种手机电视业务内容保护方法。
背景技术
随着通信技术的发展，移动通信运营商能够向用户提供基于授权(订阅)的多媒体业务。订阅的用户能够使用该业务，而没有订阅的用户不能使用该业务。广播多播业务(BCMCS)就是向授权(订阅)用户提供广播/组播的一种业务。
BCMCS的网络结构如图1所示，内容源(CS)通过一个蜂窝系统向BCMCS用户提供内容。内容可以是视听数据等IP多媒体消息，或广播多媒体消息。CS可以是服务网络的组成部分，也可以是一个独立实体。如果BCMCS的访问是基于订阅，那么，内容经加密后只有被授权的用户才能浏览/处理此内容。一个CS可向一个或数个运营商提供一个以上的BCMCS。用户可通过其运营商订阅业务，或直接从CS订阅业务。支持用户订阅的实体是订阅管理器(SM)。用户可通过一个或数个SM订阅一个以上的业务。SM提供业务授权，并且是BCMCS密钥管理的一个内在组成部分。
BCMCS的安全架构如图2所示。
首先是广播接入密钥(BAK)的生成：(在加密的业务流传输之前完成)BAK由BCMCS_FLOW_ID和BAK_ID组合标识。
201用户识别模块(UIM)和SM各自配置一个注册密钥RK。该密钥RK将是BCMCS认证和密钥交换的基础。
202BAK生成器(BAKG)生成BAK，并把该值与BAK_ID标识和失效时间(BAK_Expire)联系起来；BAK以及相应的BAK_ID和BAK_Expire一起被传送至业务密钥(SK)管理器(SKM)和BAK分发器(BAKD)。BAK_ID是一个用来识别目前哪个BAK对一个特定的BCMCS组播IP流有效的序列号；BAK由BCMCS_FLOW_ID和BAK_ID组合标识，对一个特定的BAK，相应的BAK_ID值对所有的用户都一样；BAK_Expire用于表示BAK何时到期。这可以用BAK到期的时间表示，或由距BAK到期剩余的时间表示。因此，可能有多个BAK_Expire值与一个BAK对应。在BAK_Expire时间到期前，终端可以请求一个新BAK值。终端包括移动设备(ME)和UIM。
当BAK与终端中的前一个解密操作相比没有变化时，执行步骤203—步骤207；不一致时，终端申请一个新的BAK。
203SKM由当前BAK和SK_RAND的随机值产生SK。SKM把SK、SK_RAND、BAK_ID和BAK_Expire传至内容加密器(CE)。
204CS把组播IP流传送到CE。
205CE用SK对组播IP流加密，并把加密的组播IP流经服务系统传送至终端。CE也把SK_RAND和BAK_ID包含在加密的组播IP流中。
206ME收到加密的组播IP流，并做以下操作：
如果BAK_ID和SK_RAND与最后收到的组播IP流中的BAK_ID和SK_RAND相比没有变化，ME用目前分配给该组播IP流的SK值对组播IP流解密，并把结果传至用户应用；
如果BAK_ID或SK_RAND已改变，那么SK发生变化，这时ME从UIM中请求一个新SK，包括BCMCS_FLOW_ID、BAK_ID和SK_RAND。
207UIM由BAK和SK_RAND产生SK，并把SK送回到移动设备(ME)。ME对组播IP流解密，并把结果传至用户应用。
如果终端申请一个新BAK时，执行图中a、b、c、d步骤：
a.ME向BAKD发一个BAK请求。该BAK请求可能包含基于RK的认证信息。SM能够使用此信息确定该请求来自一个合法的用户。
b.为了把BAK送至UIM，BAK必须予以加密，以防它被非目标接受者接收。BAKD请求SM产生临时密钥(TK)。BAKD为每个BAK请求一个新TK。
c.SM由TK_RAND随机值和RK产生TK。TK_RAND可由BAKD或SM产生。SM把TK和TK_RAND送至BAKD。然后，SM丢弃TK和TK_RAND。
d.BAKD用TK对BAK加密，并把加密的BAK与TK_RAND、BAK_ID和BAK_Expire一起经ME送至UIM。BAKD丢弃TK和TK_RAND。UIM首先由TK_RAND和RK形成TK，用TK对加密的BAK解密，得出BAK。UIM丢弃TK和TK_RAND。BAK及其相关的BAK_Expire值储存在UIM中。UIM应至少能够储存两个BAK，以便在BAK到期之前得到并储存一个新BAK。
随着数字通信技术的发展，手机电视/移动多媒体广播内容提供商开始提供数字电视服务。由于数字电视的清晰度比传统的模拟电视高出许多，并且能够衍生出许多互动类的业务，受到了消费者的肯定。
图3描述了采用CA系统的广播内容安全保护结构。明文节目内容经CA条件接收系统的控制，通过加密、加扰和调制过程生成被加扰的节目内容，然后加扰的节目内容、授权控制信息ECM和授权管理信息EMM通过网络广播下发到终端接收设备代理，终端接收设备代理和SIM或SMD卡通过解扰的过程获取控制字，从而解出节目内容。
与节目流条件接收系统相关的有两个数据流：授权控制信息ECM(EntitleControl Message)和授权管理信息EMM(Entitle Manage Message)。由业务密钥SK(Service Key)加密处理后的控制字(CW)在ECM中传送，ECM中还包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对CW加密的SK在EMM中传送，而SK在传送前要经过用户个人分配密钥PDK(PersonalDistribute Key)的加密处理，EMM中还包含地址、用户授权信息。
一个条件接收系统包括两个加密子系统，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CW的安全。对节目的加扰，采用DVB通用加扰算法，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，从而增强了接收设备的通用性，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。
而对于分层加密技术，在密码学中，它已经成为一项公认的成熟的技术。其中控制字(CW)用于加扰节目内容，该密钥是经SK加密后通过ECM传送给用户端的，而SK、PDK、IK(节目发行商密钥)等依此使用PDK、IK和PPK(个性化密钥)加密后通过EMM发送到用户端。在用户接收端，接收控制智能卡中按照相反的次序依此解开IK、PDK、SK、CW，如果用户拥有收看节目的授权，将解出CW明文，并传送给接收设备，由接收设备完成最终的解扰工作。
由于移动通信设备体积小，可以随身携带，并且手机电视/移动多媒体广播内容提供商和移动通信运营商都要开展新业务，发现新的商业机会，所以手机电视/移动多媒体广播内容提供商和移动通信运营商积极合作开展手机电视业务。
现有的BCMCS安全架构只适用于在CDMA BCMCS系统中提供多媒体广播服务时用户订阅和节目流密钥分发的需要。BCMCS通过CDMA广播信道下发节目，极大地占用了有限的CDMA空口资源和IP传输资源，为了保证CDMA基本的话音通话、短信和基本数据增值业务的服务质量，BCMCS广播信道的带宽和频道数必然受限，这将极大地影响用户通过BCMCS观看手机电视的体验。
目前，普遍被业界看好的手机电视实现方式是移动通信网和数字广播网结合方式：移动通信网提供数据上行，实现用户订阅和互动点播功能；数字广播网提供多媒体节目的下行广播，不占用移动通信网有限资源，并且具备广播的先天优势，不受用户数限制、收看效果清晰流畅。
在CDMA通信网和数字广播网结合提供手机电视服务时，现有的CDMABCMCS安全架构不能满足需求。在我国，一般来说数字广播网络会由手机电视/移动多媒体广播系统负责建设和运营，手机电视/移动多媒体广播系统会与多家移动运营商的多种制式的移动网络合作，提供手机电视服务。但是，同一频道的电视节目的加密密钥只能有一套(不可能多个加密密钥，否则加密同一个节目后生成多套冗余的数据)，手机电视/移动多媒体广播系统提供给所有移动运营商的加密节目流只有一套。此密钥一般由手机电视/移动多媒体广播系统建设的条件接收CA系统生成，即CW。
在G网中，手机电视/移动多媒体广播内容提供商与移动通信运营商采用多媒体广播多播业务(MBMS)安全构架对电视内容进行加密。在MBMS安全构架中，直接使用CW作为业务密钥。而在CDMA网络BCMCS安全架构中，由BAK和SK_RAND，生成SK，此过程不可逆；手机电视/移动多媒体广播CA的CW不能直接作为SK使用。因此，标准的BCMCS安全架构不适用于在上述情况下，CDMA网络和数字广播网络结合提供手机电视服务的需要。
图4显示了BCMCS与手机电视/移动多媒体广播内容提供商合作的网络结构。手机电视/移动多媒体广播内容提供商提供节目流密钥，运营商用自己的业务流密钥对节目流密钥进行加密，返回给手机电视/移动多媒体广播内容提供商，然后通过手机电视/移动多媒体广播内容提供商的数据广播频道下发加密后的节目流密钥数据。
从BCMCS系统安全架构中可以看出，在BCMCS中，与加密内容一起广播下发给用户的是SK_RAND，而SK从不在空中传输，SK值是由BAK与SK_RAND一起生成。因此如果由手机电视/移动多媒体广播内容提供商利用CA系统产生的CW作为业务密钥SK，发给移动运营商，再由BAK对业务密钥SK进行加密，此时要求BAK和SK生成SK_RAND返回给内容提供商。
BCMCS标准中SK_RAND的生成过程如下：
调用3GPP2 S.S0055“Enhanced Cryptographic Algorithms”第2.2.2.2节规定的算法函数f0来产生SK_RAND。
f0的输入参数应设为：
·参数K设为一个随机选定的种子。
·参数fi设为0x41。
·参数Fmk设为0x4243474B。
SK_RAND设为计算出的f0的64比特输出的最低32个有效比特。
由生成的SK_RAND生成SK：
调用S.S0055第2.2.2.6节规定的算法函数f3来产生SK。
f3的输入参数应设为：
·参数K设为BAK。
·参数fi应设为0x45。
·参数RAND设为SK_RAND|SK_RAND|SK_RAND|SK_RAND。
·参数Fmk设为0x4243474B。
SK设为计算出的f3的128比特输出
S.S0055中的算法函数f3是不可逆的函数，即不能根据SK反推出SK_RAND。因此，该方案通过BAK和SK生成SK_RAND，返回给手机电视/移动多媒体广播内容提供商，这是不可行的。
发明内容
为了解决上述的技术问题，提供了一种手机电视业务内容保护方法，其目的在于，解决CDMA用户基于BCMCS安全架构在CDMA终端上收看数字广播网电视节目的问题。
本发明提供了一种手机电视业务内容保护方法，包括以下步骤：
步骤1，手机电视/移动多媒体广播内容提供商用条件接收系统产生的控制字加密移动广播内容；
步骤2，将所述控制字发送给移动通信运营商的手机电视业务平台；
步骤3，所述手机电视业务平台中的控制实体对所述控制字进行加密；
步骤4，将加密后的所述控制字以及终端解密所述加密后的所述控制字需要的参数发送给所述手机电视/移动多媒体广播内容提供商；
步骤5，所述手机电视/移动多媒体广播内容提供商通过所述内容提供商网络将所述控制字加密的移动广播内容、加密后的所述控制字以及所述参数发送给所述终端；
步骤6，所述终端对所述控制字加密的移动广播内容进行解密。
所述步骤3中，广播多播业务控制实体对所述控制字进行加密。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤301，用户识别模块和订阅管理器各自配置一个注册密钥RK；
步骤302，广播接入密钥生成器生成广播接入密钥，并把所述广播接入密钥与BAK_ID标识和失效时间联系起来，所述广播接入密钥以及所述BAK_ID和所述失效时间一起被传送至业务密钥管理器和广播接入密钥分发器；所述广播接入密钥由BCMCS_FLOW_ID和所述BAK_ID组合标识；
步骤303，当所述广播接入密钥与所述终端中的前一个解密操作相比没有变化时，执行步骤304至步骤306；否则申请一个新广播接入密钥；
步骤304，所述业务密钥管理器由所述广播接入密钥和SK_RAND的随机值产生业务密钥，所述业务密钥管理器把所述业务密钥、所述SK_RAND、所述BAK_ID和所述失效时间传至内容加密器；
步骤305，内容源把所述控制字传送到所述内容加密器；
步骤306，所述内容加密器用所述业务密钥对所述控制字加密。
所述参数包括BAK_ID和SK_RAND。
所述步骤6包括以下步骤：
步骤51，如果所述BAK_ID和所述SK_RAND没有改变，用所述广播接入密钥和所述SK_RAND得到所述业务密钥；如果所述BAK_ID和所述SK_RAND发生改变，所述终端生成一个新业务密钥；
步骤52，用所述业务密钥解密所述控制字；
步骤53，用所述控制字解密所述控制字加密的移动广播内容。
所述步骤51中，如果所述BAK_ID和所述SK_RAND发生改变，所述终端的移动设备从用户识别模块中请求一个新业务密钥，包括BCMCS_FLOW_ID、BAK_ID和SK_RAND；用户识别模块由广播接入密钥和SK_RAND产生新新业务密钥，并把该新业务密钥送回到所述终端的移动设备。
所述移动通信运营商是CDMA移动通信网络运营商。
本发明实现通过移动通信网络提供手机电视业务保护，安全的分发手机电视/移动多媒体广播内容提供商产生的节目流密钥，为手机电视/移动多媒体广播内容提供商和移动通信运营商合作运营手机电视及其它相关增值业务创造了前提条件。采用本发明的方法，不仅保留了BCMCS安全架构的特性，而且手机电视/移动多媒体广播内容提供商仍然可以采用CA系统产生内容密钥对内容进行加密，对双方的系统改动最少，也有利于移动通信运营商以后建立BCMCS网络后开展广播多播业务。
附图说明
图1为BCMCS的网络结构；
图2为BCMCS的安全架构；
图3为采用CA系统的广播内容安全保护结构；
图4为BCMCS与手机电视/移动多媒体广播内容提供商合作的网络结构；
图5为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。
本发明的方法流程如图5所示，手机电视/移动多媒体广播内容提供商采用CA系统产生控制字(CW)，CW作为内容密钥对内容进行加密，然后将CW下发给移动运营商，运营商按照BCMCS安全架构，由BAK、SK_RAND生成SK用来加密CW，加密了的CW连同BAK的索引BAK_ID、SK_RAND返回给手机电视/移动多媒体广播内容提供商。手机电视/移动多媒体广播内容提供商把加密了的内容、BAK_ID以及SK_RAND一同广播给终端。在终端一侧，按照BCMCS的密钥分发过程，UIM由BAK和SK_RAND产生SK，并把SK送回到ME，ME用SK解密CW，再由CW对内容解密，并把结果传至用户使用。详细流程如下：
步骤501，手机电视/移动多媒体广播内容提供商用CA系统产生的CW加密移动广播内容；
步骤502，将CW作为数据发送给移动通信运营商的；
步骤503，手机电视业务平台中的BCMCS控制实体用SK加密CW；
步骤504，将生成SK使用的BAK的索引BAK_ID和SK_RAND以及加密后的CW一同发送给手机电视/移动多媒体广播内容提供商网络；
步骤505，通过手机电视/移动多媒体广播内容提供商网络将加密后的内容、BAK_ID和SK_RAND一同发送给终端；
步骤506，终端使用BAK_ID得到BAK，BAK和SK_RAND得到SK，用SK解密得到CW，用CW解密移动广播内容。
步骤503包括以下具体步骤：
首先是BAK的生成：(在加密的业务流传输之前完成)BAK由BCMCS_FLOW_ID和BAK_ID组合标识。
UIM和SM各自配置一个注册密钥RK，该密钥RK将是BCMCS认证和密钥交换的基础；
BAKG生成BAK，并把该值与BAK_ID标识和失效时间(BAK_Expire)联系起来，BAK以及相应的BAK_ID和BAK_Expire一起被传送至SKM和BAKD；
当BAK与终端中的前一个解密操作相比发生变化时，终端申请一个新的BAK：当BAK与终端中的前一个解密操作相比没有变化时，执行以下步骤：
SKM由当前BAK和SK_RAND的随机值产生SK，SKM把SK、SK_RAND、BAK_ID和BAK_Expire传至CE；
CS把CW传送到CE；
CE用SK对CW加密。
所述步骤505中：
如果BAK_ID和SK_RAND与最后收到的BAK_ID和SK_RAND相比没有变化，ME用目前分配给该加密后的CW的SK值对该加密后的CW解密，用得到的CW解密移动广播内容。
如果BAK_ID或SK_RAND已改变，那么SK发生变化，这时ME从UIM中请求一个新SK，包括BCMCS_FLOW_ID、BAK_ID和SK_RAND；
UIM由BAK和SK_RAND产生SK，并把SK送回到ME，ME对加密后的CW解密，然后用CW解密移动广播内容。
上述的步骤中BAK相同。如果终端申请一个新BAK时，执行以下步骤：
a.ME向BAKD发一个BAK请求。该BAK请求可能包含基于RK的认证信息。SM能够使用此信息确定该请求来自一个合法的用户。
b.为了把BAK送至UIM，BAK必须予以加密，以防它被非目标接受者接收。BAKD请求SM产生临时密钥(TK)。BAKD为每个BAK请求一个新TK。
c.SM由TK_RAND随机值和RK产生TK。TK_RAND可由BAKD或SM产生。SM把TK和TK_RAND送至BAKD。然后，SM丢弃TK和TK_RAND。
d.BAKD用TK对BAK加密，并把加密的BAK与TK_RAND，BAK_ID和BAK_Expire一起经ME送至UIM。BAKD丢弃TK和TK_RAND。UIM首先由TK_RAND和RK形成TK，用TK对加密的BAK解密，得出BAK。UIM丢弃TK和TK_RAND。BAK及其相关的BAK_Expire值储存在UIM中。UIM应至少能够储存两个BAK，以便在BAK到期之前得到并储存一个新BAK。
本发明中终端和手机含义相同。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (7)

1、一种手机电视业务内容保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，手机电视/移动多媒体广播内容提供商用条件接收系统产生的控制字加密移动广播内容；
步骤2，将所述控制字发送给移动通信运营商的手机电视业务平台；
步骤3，所述手机电视业务平台中的控制实体对所述控制字进行加密；
步骤4，将加密后的所述控制字以及终端解密所述加密后的所述控制字需要的参数发送给所述手机电视/移动多媒体广播内容提供商；
步骤5，所述手机电视/移动多媒体广播内容提供商通过内容提供商网络将所述控制字加密的移动广播内容、加密后的所述控制字以及所述参数发送给所述终端；
步骤6，所述终端对所述控制字加密的移动广播内容进行解密。
2、如权利要求1所述的手机电视业务内容保护方法，其特征在于，所述步骤3中，广播多播业务控制实体对所述控制字进行加密。
3、如权利要求2所述的手机电视业务内容保护方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：
步骤301，用户识别模块和订阅管理器各自配置一个注册密钥PK；
步骤302，广播接入密钥生成器生成广播接入密钥，并把所述广播接入密钥与BAK_ID标识和失效时间联系起来，所述广播接入密钥以及所述BAK_ID和所述失效时间一起被传送至业务密钥管理器和广播接入密钥分发器；所述广播接入密钥由BCMCS_FLOW_ID和所述BAK_ID组合标识；
步骤303，当所述广播接入密钥与所述终端中的前一个解密操作相比没有变化时，执行步骤304；否则返回步骤302申请一个新广播接入密钥；
步骤304，所述业务密钥管理器由所述广播接入密钥和SK_RAND的随机值产生业务密钥，所述业务密钥管理器把所述业务密钥、所述SK_RAND、所述BAK_ID和所述失效时间传至内容加密器；
步骤305，内容源把所述控制字传送到所述内容加密器；
步骤306，所述内容加密器用所述业务密钥对所述控制字加密。
4、如权利要求3所述的手机电视业务内容保护方法，其特征在于，所述参数包括BAK_ID和SK_RAND。
5、如权利要求4所述的手机电视业务内容保护方法，其特征在于，所述步骤6包括以下步骤：
步骤51，如果所述BAK_ID和所述SK_RAND没有改变，用所述广播接入密钥和所述SK_RAND得到所述业务密钥；如果所述BAK_ID和所述SK_RAND发生改变，所述终端生成一个新业务密钥；
步骤52，用所述业务密钥解密所述控制字；
步骤53，用所述控制字解密所述控制字加密的移动广播内容。
6、如权利要求5所述的手机电视业务内容保护方法，其特征在于，所述步骤51中，如果所述BAK_ID和所述SK_RAND发生改变，所述终端的移动设备从用户识别模块中请求一个新业务密钥，包括BCMCS_FLOW_ID、BAK_ID和SK_RAND；用户识别模块由广播接入密钥和SK_RAND产生新业务密钥，并把该新业务密钥送回到所述终端的移动设备。
7、如权利要求1所述的手机电视业务内容保护方法，其特征在于，所述移动通信运营商是CDMA移动通信网络运营商。
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