CN101902610B - 实现iptv机顶盒和智能卡间安全通信的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种实现IPTV机顶盒和智能卡间安全通信的方法，包括以下步骤：机顶盒开机检查智能卡状态，获取智能卡信息，包括卡号、绑定机顶盒I D号，终端连接密钥TLK；将机顶盒ID号和卡内存储的机顶盒ID比较，如果二者相符则可以机卡绑定；机顶盒和智能卡通过所述终端连接密钥TLK协商出每次通信用的终端通信密钥TCK；机顶盒和智能卡通过所述终端通信密钥TCK建立安全通道，安全的传输需要交换的信息。本发明将机顶盒和智能卡绑定，防止非法用户从传输链路上截取加密内容的密钥CEK或CW等机密数据，保证了机卡之间通信的安全。

Description

实现IPTV机顶盒和智能卡间安全通信的方法
技术领域
本发明涉及一种安全通信方法，特别涉及IPTV机顶盒和智能卡及类似外设进行安全通信。
背景技术
在目前具有数字版权管理的网络电视系统中，所采用的技术主要还是加密认证技术，服务端对节目流进行加密处理，并辅以加密控制信息，这样就可以按照不同用户申请情况来设置用户收看权限。利用用户端的机顶盒内设置智能卡来收看带权限的节目，在机顶盒中常采用智能卡实现条件接收，智能卡有自己的微处理器、存储器和一个与机顶盒通信的接口。由于对加密内容的密钥CEK(Content Encryption Key，内容密钥)或CW(Control Word，控制字)的解密操作是在智能卡上完成，而对内容的解扰是在终端设备内部进行，因此用户智能卡需要将解密后的CEK或CW传输给终端设备。如果机卡之间传输的CEK或CW没有经过加密保护，非法用户很容易截取传输的明文CEK或CW，并将这些密钥实时传输给其它用户。在有线数字电视系统中，采用这种方式破解条件接收CA(Conditional Access)的例子相当多，因此需要在机卡之间建立安全传输通道，保护机卡之间通信的安全，防止非法用户从传输链路上截取明文CEK或CW等机密数据。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有IPTV机顶盒和智能卡之间进行通信时，非法用户很容易截取加密节目内容的密钥的技术问题。
为达到上述目的，本发明提供一种实现IPTV机顶盒和智能卡间安全通信的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：机顶盒开机检查智能卡状态，获取智能卡信息，包括卡号、绑定机顶盒ID号和终端连接密钥TLK；
步骤2：将机顶盒ID号和卡内存储的机顶盒ID比较，如果二者相符则可以机卡绑定；
步骤3：机顶盒和智能卡通过终端连接密钥TLK协商出每次通信用的终端通信密钥TCK，密钥协商过程可以是每次通信都协商也可以制定一个安全周期，到期后重新协商；
步骤4：机顶盒和智能卡通过终端通信密钥TCK建立安全通道，安全的传输需要交换的信息。
本发明的有益效果在于，将机顶盒和智能卡绑定使其唯一对应，防止非法用户从传输链路上截取加密内容的密钥CEK或CW等机密数据，保证了机卡之间通信的安全。
附图说明
图1为基于本发明的实施流程示意图；
图2为基于本发明的密钥协商流程示意图；
图3为基于本发明中的密钥体系示意图。
具体实施方式
下面是结合附图和具体的实施方式对本发明做的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
运营商分配终端安全密钥TSK(Terminal Security Key)和个人密钥PK(Personal Key)，机顶盒的密钥模块内固化有所述终端安全密钥TSK，智能卡内固化有所述个人密钥PK。当用户注册时，随机产生一终端连接密钥TLK(Terminal Link Key)，由运营商写入智能卡内，并将智能卡绑定一机顶盒，智能卡内存储有绑定机顶盒的硬件信息。
本发明的主要步骤为：
步骤1：机顶盒开机检查智能卡状态，获取智能卡信息，包括卡号、绑定机顶盒ID号和终端连接密钥TLK；
步骤2：将机顶盒ID号和卡内存储的机顶盒ID比较，如果二者相符则可以机卡绑定；
步骤3：机顶盒和智能卡通过所述终端连接密钥TLK协商出每次通信用的终端通信密钥TCK(Terminal Communication Key)；
步骤4：机顶盒和智能卡通过所述终端通信密钥TCK建立安全通道，安全的传输需要交换的信息。
参见图1，为本发明一实施例的流程：
步骤101，机顶盒开机检查智能卡状态，获取智能卡信息，包括卡号、绑定机顶盒ID号，终端连接密钥TLK。
步骤102，机顶盒判断是否需要更新终端连接密钥TLK，如果出现密钥到期、机顶盒设备更换、智能卡更换或TLK安全受到威胁时，可以向服务器申请更换终端连接密钥TLK，执行步骤103；如果不是，则执行步骤2。
步骤103，机顶盒向服务器发送请求更换终端连接密钥TLK的数据包，数据可以通过数字版权管理系统进行收发，请求数据经过智能卡签名后发送到服务器端。
步骤104，机顶盒接收服务器端返回的终端连接密钥TLK的密文，所述密文终端连接密钥TLK分别由个人密钥PK和终端安全密钥TSK加密，密钥封装在版权管理系统中的权利信息中，由机顶盒终端接收发送到智能卡中，智能卡提取出TLK密文，将个人密钥PK加密的TLK解密，存储在智能卡内。将终端安全密钥TSK加密的终端连接密钥TLK密文存储在智能卡内。
步骤2，将机顶盒ID号和卡内存储的机顶盒ID比较，如果二者相符则可以机卡绑定。
步骤301，机顶盒发送终端连接密钥TLK的请求，智能卡通过请求参数(终端设备ID)检索出对应的由终端安全密钥TSK加密的TLK的密文。智能卡将终端连接密钥TLK的密文发送到机顶盒，机顶盒使用终端安全密钥TSK将密文TLK在密码模块内部解密，得到终端连接密钥TLK明文，该终端连接密钥TLK明文只能在机顶盒的密码模块内可见使用。
步骤302，机顶盒和智能卡通过终端连接密钥TLK协商出每次通信用的终端通信密钥TCK，密钥协商过程可以是每次通信都协商也可以制定一个安全周期，到期后重新协商。
步骤4，机顶盒和智能卡通过终端通信密钥TCK建立安全通道，传输数据，安全的传输需要交换的信息。
在上述实施例中，步骤1中包含机顶盒向服务端请求更新终端连接密钥TLK的步骤(步骤102至步骤104)，步骤3中包含机顶盒获取终端连接密钥TLK的步骤(步骤301)。
图2示出了机顶盒和智能卡进行密钥协商的具体流程。
步骤3021，机顶盒向智能卡发送密钥协商请求，智能卡产生随机数Ra和Rb(均为256bit)，将Ra和Rb级联，并采用双方共有的终端连接密钥TLK加密得到R’，R’＝ETLK(Ra||Rb)。智能卡计算哈希值RHb，RHb为Rb做HASH运算后得到的值。
步骤3022，智能卡将R’(512bit)送给机顶盒。机顶盒用终端连接密钥TLK解密R’获得Ra和Rb明文，机顶盒计算哈希值RHb，RHb为Rb做HASH运算后得到的值。
步骤3023，机顶盒将RHb回传给智能卡(RHb为128bit)，智能卡验证接收的RHb与自己产生的RHb是否相同。若相同，则执行步骤3024，若不同，则返回步骤3021。
步骤3024，机卡双方便将Ra作为机卡之间数据安全传输使用的终端通信密钥TCK，即TCK＝Ra。
机顶盒和智能卡安全传输数据时可以每次都进行终端通信密钥TCK的协商，或制定一个安全生命周期，每次协商都重复步骤3021到3023。
如图3所示，为保护机卡之间的通信使用的三层密钥体系。第一层为终端安全密钥TSK和用户个人密钥PK，TSK和PK分别安全存储于终端密码模块和智能卡中，用于保护下发终端连接密钥TLK；第二层为终端连接密钥TLK，用于机顶盒和智能卡协商终端通信密钥TCK；第三层为终端通信密钥TCK，用于机顶盒和智能卡的安全信息传递。
本发明中，所述终端安全密钥TSK与机顶盒是一一对应，个人密钥PK与智能卡也是一一对应，在用户注册中需要进行机卡绑定，没有机卡绑定的机卡之间不能建立安全通道。即使某个终端安全密钥TSK或个人密钥PK对被非法盗取，只会影响相应的终端设备和用户卡，不会影响其它终端设备和用户卡的安全性。可以防止非法用户从传输链路上截取加密内容的密钥CEK或CW等机密数据，保证了机卡之间通信的安全。
以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种实现IPTV机顶盒和智能卡间安全通信的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：机顶盒开机检查智能卡状态，获取智能卡信息，包括卡号、绑定机顶盒ID号和终端连接密钥TLK；
步骤2：将机顶盒ID号和卡内存储的机顶盒ID比较，如果二者相符则机卡绑定；
步骤3：机顶盒和智能卡通过所述终端连接密钥TLK协商出每次通信用的终端通信密钥TCK；
步骤4：机顶盒和智能卡通过所述终端通信密钥TCK建立安全通道，安全
的传输需要交换的信息，其中：
所述步骤3中密钥协商过程为：
机顶盒向智能卡发送密钥协商请求，智能卡产生随机数Ra和Rb，将Ra和Rb级联，并采用所述终端连接密钥TLK加密得到R’；智能卡计算哈希值RHb，RHb为Rb做HASH运算后得到的值；
智能卡将R’发送给机顶盒，机顶盒用所述终端连接密钥TLK解密R’获得明文Ra和Rb，机顶盒计算哈希值RHb；
机顶盒将RHb回传给智能卡，智能卡验证接收的RHb与自己产生的RHb是否相同；若相同，机卡双方便将Ra作为机卡之间使用的所述终端通信密钥TCK，即TCK＝Ra。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1之前，运营商分配终端安全密钥TSK和个人密钥PK，机顶盒的密钥模块内固化有所述终端安全密钥TSK，智能卡内固化有所述个人密钥PK；当用户注册时，随机产生所述终端连接密钥TLK，由运营商写入智能卡内。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中还包括机顶盒向服务端请求更新所述终端连接密钥TLK的步骤：
步骤102，机顶盒判断是否需要更新所述终端连接密钥TLK，如果是，则执行步骤103，如果不是，则执行步骤2；
步骤103，机顶盒向服务器发送请求更换终端连接密钥TLK的数据包；
步骤104，机顶盒接收服务器端返回的所述终端连接密钥TLK的密文，智能卡提取出所述终端连接密钥TLK密文，并存储。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3中包含机顶盒获取所述终端连接密钥TLK的步骤：
步骤301：机顶盒发送终端连接密钥TLK的请求，智能卡通过请求参数检索出对应的由所述终端安全密钥TSK加密的TLK的密文，智能卡将终端连接密钥TLK的密文发送到机顶盒。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤104中的终端连接密钥TLK的密文分别由所述个人密钥PK和所述终端安全密钥TSK加密，所述个人密钥PK和终端安全密钥TSK封装在版权管理系统中的权利信息中，由机顶盒终端接收发送到智能卡中；
智能卡将个人密钥PK加密的TLK解密，存储在智能卡内；将所述终端安全密钥TSK加密的终端连接密钥TLK密文存储在智能卡内。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述密钥协商过程为每次通信都协商，或者制定一个安全周期，到期后重新协商。
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