CN101018320A - 一种数字电视条件接收系统及其加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字电视条件接收系统，包括发送端和用户接收端，所述发送端对授权信息进行加密，对流媒体数据进行加扰，所述终端接收授权信息进行解密，得到有授权节目的加扰控制字，解扰节目，所述终端包括解扰器和个智能卡，所述智能卡解析用户的授权并完成解密。

Description

一种数字电视条件接收系统及其加密方法

技术领域

本发明主要涉及数字电视领域，尤其是一种数字电视条件接收系统及其加密方法。

背景技术

数字多媒体广播技术的出现，给广电媒介和电信运营商带来了新的发展机遇。一般来说，数字电视是指基于广播的数字电视业务；广播式数字电视可分为有线和无线两种方式，请参阅图1。基于无线的数字电视广播有地面广播和卫星广播两种方式，我们现在比较关注的是基于地面广播的数字电视业务。另外，按照接收终端的应用方式分类，地面广播数字电视可以提供手机、车载、手持PDA以及笔记本方式的收看模式。

目前，基于地面广播的数字电视标准包括欧洲DVB-T/H、日本ISDB-T、韩国T-DMB、美国高通公司的MediaFlo、中国清华大学的DMB-T/H、中国广科院基于DAB的指导规范等；基于卫星的标准只有韩国的S-DMB。这些标准中，可作为手持设备标准的有欧洲DVB-H、韩国T/S-DMB、清华DMB-H以及高通公司的MediaFlo。

请参阅图2，是数字电视的鉴权系统(IPCA系统)的结构示意图。IPCA系统是广播式数字电视系统中不可缺少的重要组成部分，它通过对节目源进行加扰，允许数字电视的授权用户进行合法收看并限制非法用户的收看。条件接收技术是开展付费电视业务的核心技术，它为数字电视运营商提供安全的节目内容保护，是整个业务平台的核心技术。

数字电视的鉴权系统在发送端对业务层IP数据包进行加扰，在用户接收端依靠用户智能卡(IPCA卡)中的密钥信息来控制IP数据的解扰，以达对用户授权控制的目的。

现有的数字电视的鉴权系统结构复杂，且其采用的加密算法不能适应业务快速发展的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字电视条件接收系统及数字电视条件接收系统加密方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案包括一种数字电视条件接收系统，包括发送端和用户接收端，所述发送端对授权信息进行加密，对流媒体数据进行加扰，所述终端接收授权信息进行解密，得到有授权节目的加扰控制字，解扰节目，所述终端包括解扰器和个智能卡，所述智能卡解析用户的授权并完成解密。

本发明所采取的技术方案还包括：所述智能卡包括CPU、Flash、E2PROM、RAM和协处理器，所述CPU分别与Flash、E2PROM、RAM和协处理器相连接，所述协处理器还与RAM相连。

本发明所采取的技术方案还包括：所述CAS发送端包括用户管理系统、用户授权系统、控制字发生器、两个加密器、复用器、加扰器及解调器，用户管理系统、用户授权系统发出的用户授权管理信息及用户授权控制信息通过加密器进行加密，控制字发生器生成控制信息发送给加密器和加扰器，由加扰器根据控制信息对复用器复用后的数据进行加扰，然后所有的数据通过调节器以多播的形式发送。

本发明所采取的技术方案还包括：所述接收端还包括调制器、解复用器及条件接子系统，调制器解调收到的数据，通过解扰器解扰后发给解复用器还原出视频、音频及数据。

本发明所采取的技术方案还包括：所述条件接子系统包括两个解密器和处理器，解复用器分别与两个解密器相连，一解密器接收ECM解密出控制字发给解扰器进行解扰，另一解密器接收EMM解密出业务密钥发给处理器进行处理。

本发明所采取的技术方案还包括：所述控制字采用快变策略，按不到1秒的周期随机更新，对应的节目控制信息要随时送智能卡以解密出控制字。

本发明所采取的技术方案还包括：：所述智能卡通过校验MAC验证使用者身份合法，智能卡发送随机数给数据写入者，写入者用智能卡中存在的并且被智能卡要求用来加密的密钥去加密这个随机数和其它需要写入的数据，得到某一值后取后四个字节即为MAC，要求加在需写入的数据后一起写入，供智能卡验证身份。

本发明所采取的技术方案还包括：所述智能卡获得MAC的具体方法为：

步骤a：终端通过向IC卡发命令获得随机数，不足8字节则后补‘00’，补齐8字节构成MAC计算初始值：步骤b：将5个字节命令头和命令数据域连接在一起形成数据块，将该数据块分成8个字节为单位的数据块；步骤c：如果最后的数据块的长度是8个字节的话，则在该数据块之后再加一个完整的8个字节数据块‘80 00 00 00 00 00 0000’，转到步骤d；如果最后的数据块的长度不足8个字节，则在其后加入16进制数‘80’，如果长度达到8个字节，则步骤d，否则继续在其后加入16进制数‘00’直至长度达到8个字节；步骤d：使用指定密钥对这些数据块进行加密来产生MAC；最终取计算结果的高4个字节作为MAC。

本发明所采取的另一技术方案包括：一种数字电视条件接收系统加密方法，包括以下步骤：步骤A：在明文数据前加上明文数据的长度产生新的数据块；骤B：将所述数据块分成8个字节为单位的数据块；步骤C：如果最后或者唯一的数据块的长度不足8个字节，则在其后加入16进制数，加入16进制数后，数据块的长度达到8个字节，则转到步骤D，否则在其后加入16进制数直到长度达到8个字节；如果最后或者唯一的数据块的长度是8个字节，则直接转到步骤D；步骤D：使用指定密钥对每一个数据块进行加密；步骤E：将所有加密后的数据块依照原顺序连接在一起。

本发明的有益的技术效果在于：。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1表示现有的数字电视业务的分类图；

图2表示IPCA条件接收系统结构图；

图3表示本发明的数字电视条件接收系统(CAS)的结构示意图；

图4表示本发明的数示意图视条件接收系统(CAS)的工作状态图；

图5表示本发明的智能卡硬件设计原理图；

图6表示本发明的双倍长密钥DES数据加密算法示意图；

图7表示本发明的单倍长密钥分散出单倍长子密钥示意图；

图8表示本发明的双倍长密钥分散出双倍长子密钥示意图。

【具体实施方式】

请参阅图3，为本发明的数字电视条件接收系统CAS的结构示意图。条件接收系统对数字电视节目的内容进行数字加扰(或称数字加密)以建立有效的收费体系，其包括前端(发送端)和终端(用户接收端)2个部分。CAS前端主要完成节目数据流的加扰、控制器CW与用户授权控制信息ECM的加密、用户授权管理信息EMM的生成、用户信息的管理以及相应的增值服务；终端主要完成解扰与解密。

CAS发送端包括用户管理系统、用户授权系统、控制字发生器、两个加密器、复用器、加扰器及解调器。用户管理系统通过用户授权系统与一加密器相连，用户授权系统分别与两个加密器相连，两个加密器均与复用器相连。控制字发生器分别与加密器和加扰器相连，复用器连接加扰器及调制器。用户管理系统、用户授权系统发出的用户授权管理信息EMM及用户授权控制信息ECM通过加密器进行加密，控制字发生器生成控制信息发送给加密器和加扰器，由加扰器根据控制信息对复用器复用后的数据进行加扰，然后所有的数据通过调节器及Tx以多播的形式发送。

CAS用户接收端包括调制器、解扰器、解复用器及条件接子系统。调制器解调Rx收到的数据，通过解扰器解扰后发给解复用器还原出视频、音频及数据。条件接子系统包括两个解密器和处理器，解复用器分别与两个解密器相连，一解密器接收ECM解密出控制字发给解扰器进行解扰，另一解密器接收EMM解密出业务密钥发给处理器进行处理。

条件接收子系统包括智能卡和承载智能卡的终端。在CAS的用户接收端，智能卡解析用户的授权并完成所有的解密功能，相关的用户基本信息、授权信息、个人分配密钥等都以二进制数据的形式存储在智能卡的文件中。

整个系统的核心就是前端对授权信息进行加密，对流媒体数据进行加扰，终端接收各自的授权信息进行解密，得到有授权节目的加扰控制字，进而解扰节目，请一并参阅图4，图4中的“MSIM”卡指智能卡应用在手机电视方面。

首先，CAS生成控制信息，授权信息；授权信息，由加密机进行加密；加扰器根据控制信息对相应的节目进行加扰，然后所有的数据以多播的形式发送。

终端接收时，由无线接收模块实时接收授权信息，过滤出属于自己的授权信息，并存储到MSIM卡上，包括用户有权收看的组号，加密后的组密钥。当需要收看加扰节目的时候，首先接收控制信息，把对应的节目控制信息送MSIM卡解密，得到加扰用的控制字，然后解扰程序进行解扰，送媒体播放器播放。由于控制字采用快变策略，它是按不到1秒的周期随机更新的，对应的节目控制信息也是快变的，要随时送MSIM卡，解密出控制字，这样保证了系统的安全性。

请参阅图5，为本发明的智能卡硬件设计原理图。该智能卡包括CPU、Flash、E2PROM、RAM、协处理器。依据硬件设计的原理和CAS高安全性的特点，主芯片选用AVR 8位CPU为核心，内嵌16k的Flash可编程内存，16k的E2PROM以及1k的RAM，配合一个16位的协处理器(SC16)完成高速的保密和认证功能。□

密钥是放在密钥文件中，作为内部EF文件存储于E2PROM中的，内部EF文件本身一旦建立，不允许从终端读出内部数据的特点，密钥必须不能被外界直接访问，只能接受内部操作系统发来的进行MAC计算的指令，按照指定的流程计算出MAC，计算临时密钥产生的结果只保留在卡片内部，不能被外界直接访问。此外，为了进一步提高密钥的安全性，对智能卡内部密钥文件采用了“线路加密保护”方式，即对传输的密钥数据进行RSA加密并附加4B的MAC(报文鉴别码)，智能卡收到后首先进行校验，只有校验正确的数据才予以接受，从而将密钥泄露的可能性将至最低。

对于投入市场的智能卡，无论采用何种方式，都不可能从智能卡中读出密钥数据，这是由智能卡本身硬件电路的安全性特点决定的。对STB移植来说，只要使用专用的智能卡命令，将获得的ECM、EMM写入智能卡，就可以得到解扰所需的控制字CW了。

本发明的数字电视条件接收系统的智能卡通过校验MAC验证使用者身份合法性，其过程简单为：智能卡发送一个随机数给数据写入者，写入者用一个智能卡中存在的并且被智能卡要求用来加密的密钥去加密这个随机数和其它需要写入的数据，得到某一值后取后四个字节即为MAC，要求加在需写入的数据后一起写入，供智能卡验证身份，其具体验证方法如下：

第一步：终端通过向IC卡发GET CHALLENGE命令获得随机数，不足8字节则后补‘00’，补齐8字节构成MAC计算初始值。

第二步：将5个字节命令头(CLA，INS，P1，P2，Lc)和命令数据域连接在一起形成数据块。其中，Lc的长度应是数据长度加上将计算出的MAC的长度(4个字节)后得到的实际长度。

第三步：将该数据块分成8个字节为单位的数据块，分别表示为BLOCK1、BLOCK2、BLOCK3、BLOCK4等。最后的数据块有可能是1~8个字节。

第四步：如果最后的数据块的长度是8个字节的话，则在该数据块之后再加一个完整的8个字节数据块‘80 00 00 00 00 00 00 00’，转到第五步；如果最后的数据块的长度不足8个字节，则在其后加入16进制数‘80’，如果长度达到8个字节，则转到第五步，否则继续在其后加入16进制数‘00’直至长度达到8个字节。

第五步：使用指定密钥对这些数据块进行加密来产生MAC。

第六步：最终取计算结果(高4个字节)作为MAC。

MSIM卡可以采用Single DES、Triple 3 DES算法：

MSIM卡采用的DES算法遵循国际标准，加密模式采用ECB模式，利用加密密钥对8字节块的输入数据X1，X2，X3…加密，得到8字节块的输出数据Y1，Y2，Y3…其中，Y1＝DES(加密密钥)(X1)。

MSIM卡采用的3DES算法是指使用双长度(16字节)密钥K＝(KL‖KR)将8字节明文数据块加密成密文数据块，如下所示：Y＝DES(KL)[DES-1(KR)[DES(KL[X])]]

解密方式如下：X＝DES-1(KL)[DES(KR)[DES-1(KL[X])]]

具体加密步骤如下：

第一步：用LD(1个字节)表示明文数据的长度，在明文数据前加上LD产生新的数据块；

第二步：将该数据块分成8个字节为单位的数据块，分别表示为BLOCK1、BLOCK2、BLOCK3、BLOCK4等。最后的数据块有可能是1~8个字节；

第三步：如果最后(或唯一)的数据块的长度是8个字节，则转到第四步；如果最后(或唯一)的数据块的长度不足8个字节，则在其后加入16进制数‘80’，如果长度达到8个字节，则转到第四步，否则在其后加入16进制数‘00’直到长度达到8个字节；

第四步：按照图6所述的方法使用指定密钥对每一个数据块进行加密。

第五步：计算结束后，所有加密后的数据块依照原顺序连接在一起。

对单倍长密钥，用指定的分散因子作为输入数据，做DES加密计算，产生的8个字节的结果作为子密钥。参见图7。

对双倍长密钥，需要分别推导子密钥的左右两部分。

左半部分的推导方法是：将系统提供的分散因子(8个字节)作为输入数据；用主密钥作为加密密钥，对输入数据进行3DES运算。

右半部分的推导方法是：将系统提供的分散因子(8个字节)求反作为输入数据；用主密钥作为加密密钥，对求反后的输入数据进行3DES运算。

将左右两部分连接在一起，产生双倍长子密钥，参见图8。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限制本发明的保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种数字电视条件接收系统，包括发送端和用户接收端，所述发送端对授权信息进行加密，对流媒体数据进行加扰，所述终端接收授权信息进行解密，得到有授权节目的加扰控制字，解扰节目，所述终端包括解扰器和个智能卡，所述智能卡解析用户的授权并完成解密。

2、如权利要求1所述的数字电视条件接收系统，其特征在于：所述智能卡包括CPU、Flash、E2PROM、RAM和协处理器，所述CPU分别与Flash、E2PROM、RAM和协处理器相连接，所述协处理器还与RAM相连。

3、如权利要求1所述的数字电视条件接收系统，其特征在于：所述CAS发送端包括用户管理系统、用户授权系统、控制字发生器、两个加密器、复用器、加扰器及解调器，用户管理系统、用户授权系统发出的用户授权管理信息及用户授权控制信息通过加密器进行加密，控制字发生器生成控制信息发送给加密器和加扰器，由加扰器根据控制信息对复用器复用后的数据进行加扰，然后所有的数据通过调节器以多播的形式发送。

4、如权利要求3所述的数字电视条件接收系统，其特征在于：所述接收端还包括调制器、解复用器及条件接子系统，调制器解调收到的数据，通过解扰器解扰后发给解复用器还原出视频、音频及数据。

5、如权利要求4所述的数字电视条件接收系统，其特征在于：所述条件接子系统包括两个解密器和处理器，解复用器分别与两个解密器相连，一解密器接收ECM解密出控制字发给解扰器进行解扰，另一解密器接收EMM解密出业务密钥发给处理器进行处理。

6、如权利要求5所述的数字电视条件接收系统，其特征在于：所述控制字采用快变策略，按不到1秒的周期随机更新，对应的节目控制信息要随时送智能卡以解密出控制字。

7、如权利要求1所述的数字电视条件接收系统，其特征在于：所述智能卡通过校验MAC验证使用者身份合法，智能卡发送随机数给数据写入者，写入者用智能卡中存在的并且被智能卡要求用来加密的密钥去加密这个随机数和其它需要写入的数据，得到某一值后取后四个字节即为MAC，要求加在需写入的数据后一起写入，供智能卡验证身份。

8、如权利要求7所述的数字电视条件接收系统，其特征在于：所述智能卡获得MAC的具体方法为：

步骤a：终端通过向IC卡发命令获得随机数，不足8字节则后补‘00’，补齐8字节构成MAC计算初始值：

步骤b：将5个字节命令头和命令数据域连接在一起形成数据块，将该数据块分成8个字节为单位的数据块；

步骤c：如果最后的数据块的长度是8个字节的话，则在该数据块之后再加一个完整的8个字节数据块‘80 00 00 00 00 00 00 00’，转到步骤d；如果最后的数据块的长度不足8个字节，则在其后加入16进制数‘80’，如果长度达到8个字节，则步骤d，否则继续在其后加入16进制数‘00’直至长度达到8个字节；

步骤d：使用指定密钥对这些数据块进行加密来产生MAC；最终取计算结果的高4个字节作为MAC。

9、一种数字电视条件接收系统加密方法，包括以下步骤：

步骤A：在明文数据前加上明文数据的长度产生新的数据块；

步骤B：将所述数据块分成8个字节为单位的数据块；

步骤C：如果最后或者唯一的数据块的长度不足8个字节，则在其后加入16进制数，加入16进制数后，数据块的长度达到8个字节，则转到步骤D，否则在其后加入16进制数直到长度达到8个字节；如果最后或者唯一的数据块的长度是8个字节，则直接转到步骤D；

步骤D：使用指定密钥对每一个数据块进行加密。

步骤E：将所有加密后的数据块依照原顺序连接在一起。

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