CN102082971B

CN102082971B - 数字电视机顶盒芯片及其授权接收方法

Info

Publication number: CN102082971B
Application number: CN 201110035496
Authority: CN
Inventors: 余斌; 王同洋; 吴俊军
Original assignee: Wuhan Tianyu Information Industry Co Ltd
Current assignee: Wuhan Tianyu Information Industry Co Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: CN102082971A

Abstract

一种数字电视机顶盒芯片，包括对加扰的TS流进行解扰的机顶盒模块和临时存储用的闪存模块。所述数字电视机顶盒芯片还包括对控制字进行加密后传输给所述机顶盒模块的CA安全接收授权模块，芯片裸片形式的所述机顶盒模块、闪存模块和CA安全接收授权模块采用系统级封装工艺封装成所述数字电视机顶盒芯片，所述CA安全接收授权模块通过ISO 7816接口与所述机顶盒模块通信，所述CA安全接收授权模块接收ECM和EMM数据包。本发明还提供一种采用上述数字电视机顶盒芯片进行授权接收的方法。本发明所提供的数字电视机顶盒芯片和授权接收方法在保持原有的机顶盒电视功能的同时，加入了CA安全接收授权模块的控制字加密机制，相对于传统的机顶盒极大的提高了数据和软件的安全性。

Description

数字电视机顶盒芯片及其授权接收方法

【技术领域】

本发明涉及数字电视领域，尤其涉及一种数字电视机顶盒芯片及其授权接收的方法。

【背景技术】

数字电视条件接收系统(Conditional Access System，CAS)是数字电视业务链条当中的核心环节，它实现了数字电视业务数据的产品分割、数据加密、授权访问控制等用户授权管理功能，保证用户通过单向的有线网络合法的收看数字电视运营商提供的加密付费电视节目，也是广电数字电视运营商收费的技术基石。

现有的CAS一般采用三层密钥(或者多层密钥)体系来对原始的数字电视数据进行加扰保护。传统的三层密钥体系包括加扰控制字(Control Word，CW)、业务密钥(Service Key，SK)及用户密钥(Personal Distribute Key，PDK)。前端加扰系统采用CW对数字电视的音视频、数据业务进行加扰，同时前端CAS通过SK对CW进行加扰保护，生成授权控制信息(Entitle Control Message，ECM)通过广播信道传输给终端机顶盒接收模块，同时SK由PDK进行保护生成用户授权管理信息(Entitle Manage Message，EMM)后传输给机顶盒接收模块。

在机顶盒解扰过程中，机顶盒终端软件从接收到的数据中寻址与PDK相关匹配的EMM数据包，采用终端安全条件授权模块中的PDK对EMM进行解扰，获取SK信息。然后，通过SK对ECM进行解扰，获取CW。最后，由机顶盒解扰器使用CW进行数据解扰，得到未加扰的原始数据。

根据CAS的终端安全条件授权模块的实现方式不一样，可分成有卡CA与无卡CA这两种方式。

如图1中所示，在有卡CA方式中，核心算法及密钥的保护主要可以采用智能卡芯片(以下称之为CA智能卡)安全性来确保。由机顶盒码流滤波模块将 EMM、ECM数据发送给CA智能卡，CA智能卡对EMM进行授权处理，对ECM进行解扰得到CW。再将CW进行加密传输给机顶盒上的机卡通讯模块，机卡通讯模块将CW明文存放到机顶盒RAM中，由机顶盒的主芯片读取，进行解扰和解码。用户的唯一标识由CA智能卡来提供。

采用有卡CA方式，运营商需要采购CA智能卡，而且CA智能卡必须和运营商采用的机顶盒厂家进行集成。集成过程由于牵涉到CA的核心安全，集成过程很复杂、周期很长，同时CA厂家还会收取一笔不菲的集成费用。

如图2中所示，传统的无卡CA方式的实现原理与有卡CA相似，只是将核心算法及密钥的保护主要由预置在机顶盒芯片内部的CA终端安全模块(软件或者软件+嵌入式安全芯片)来保证。由于是无卡CA是软件实现，用户的唯一标识只能采用机顶盒的相关编码来提供或者由软件在进行安全模块初始化时，进行预置到机顶盒的Flash中。

在无卡CA方案中，要求机顶盒中集成安全芯片来确保流程的安全，实际上增加机顶盒的成本。

无论是采用有卡CA方式或者是传统的无卡CA方式，其CW最终是明文存放到机顶盒的RAM中，供机顶盒主芯片使用，存在CW被恶意读取，共享的风险，尤其是当机顶盒(或者CA终端安全软件模块)开发等内部人员发布破解软件。一旦被破解，有卡CA的CA智能卡，采用硬掩模的，代码不可更改，就只能通过换卡来弥补，这样无形中又增加了运营商的运营成本，给用户带来诸多的不便。无卡CA的安全模块由于是软件实现，更新的机制和安全依赖与机顶盒厂家的技术方案，存在很多的技术风险。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供一种安全性高的数字电视机顶盒芯片。

一种数字电视机顶盒芯片，包括对加扰的TS流进行解扰的机顶盒模块和临时存储用的闪存模块。所述数字电视机顶盒芯片还包括对控制字进行加密后传输给所述机顶盒模块的CA安全接收授权模块，芯片裸片形式的所述机顶盒模块、闪存模块和CA安全接收授权模块采用系统级封装工艺封装成所述数字电视机顶盒芯片，所述CA安全接收授权模块通过ISO7816接口与所述机顶盒模块通信，所述CA安全接收授权模块接收ECM和EMM数据包。

有鉴于此，本发明还提供一种安全性高的数字电视条件接收方法。

一种采用上述机顶盒芯片进行授权接收的方法，包括以下步骤：所述CA安全接收授权模块130初始化，从广播信道中获取所缺失的部分算法代码并进行验证；验证通过以后，所述CA安全接收授权模块通过接口接收ECM、EMM数据包；所述CA安全接收授权模块从接收到的EMM中获取业务密钥；所述CA安全接收授权模块使用业务密钥解密ECM获取控制字；所述CA安全接收授权模块对控制字进行加密后通过ISO 7816接口传输给所述机顶盒模块；所述机顶盒模块解密接收到的加密控制字得到明文控制字；以及所述机顶盒模块使用明文控制字对加扰的TS流进行解扰，并输出解扰以后的TS流。

优选地，所述授权接收方法进一步包括所述CA安全接收授权模块的安全算法更新方法，所述CA安全接收授权模块接收通过EMM信道加密传输的授权模块升级代码并进行升级操作，包括以下步骤：所述CA安全接收授权模块获取EMM数据包；所述CA安全接收授权模块识别EMM数据是否包含算法片段；所述CA安全接收授权模块将接收到的包含算法片段的EMM数据临时保存到所述闪存模块；所述CA安全接收授权模块检测当前接收到的EMM数据是否包括完整的算法片段；所述CA安全接收授权模块对包含算法片段的EMM数据进行解密以获取完整的算法片段，并删除所述闪存模块中的数据；以及所述CA安全接收授权模块加载算法片段。

优选地，在所述CA安全接收授权模块所接收的安全算法中，至少部分是从广播信道传输的。

优选地，所述授权接收方法进一步包括所述CA安全接收授权模块的升级方法，包括以下步骤：所述CA安全接收授权模块开始接收升级数据；所述CA安全接收授权模块将升级数据存储在所述闪存模块中；所述CA安全接收授权模块对升级数据进行解密还原为完整的升级数据包并保存，删除所述闪存模块内的数据；以及重新启动所述CA安全接收授权模块，加载新的文件。

优选地，在所述CA安全接收授权模块的升级方法中，在所述CA安全接收授权模块对升级数据进行解密还原为完整的升级数据包并保存步骤后，还包括以下步骤：判断升级是否成功；如果失败，所述CA安全接收授权模块采用回滚机制，恢复到升级前的状态。

本发明所提供的数字电视机顶盒芯片和授权接收方法在保持原有的机顶盒电视功能的同时，加入了CA安全接收授权模块的控制字加密机制，相对于传统的机顶盒极大的提高了数据和软件的安全性。

【附图说明】

图1为现有的有卡CAS的示意图。

图2为现有的无卡CAS的示意图。

图3为本发明的优选实施例数字电视条件接收系统的示意图。

图4为图3中的数字电视条件接收系统的控制字处理示意图。

图5为图3中的数字电视条件接收系统的集成方式流程图。

图6为图3中的数字电视条件接收系统的动态下载算法片段流程图。

图7为图3中的数字电视条件接收系统的升级流程图。

为了更好地理解本发明，以下将结合附图对发明的实施例进行详细的说明。

为了克服上述问题，本发明提供了一种数字电视条件接收系统解决CAS与机顶盒厂家(或机顶盒芯片方案商)CA集成周期长、费用高、CW共享及CA终端软件升级等问题。

【具体实施方式】

请参阅图3，本发明的优选实施例数字电视机顶盒芯片100包括机顶盒(Set-Top Box，STB)模块110、闪存(Flash)模块120及CA安全接收授权模块130。该数字电视机顶盒芯片100将Die(芯片裸片)形式的STB模块110、Flash模块120以及Die形式的CA安全接收授权模块130，采用SIP(System Ina Package，系统级封装)工艺封装成支持CA高级安全特性的数字电视条件接收芯片。STB模块110与CA安全接收授权模块130之间的通讯协议采用7816接口来实现，在接口上面采用标准的APDU指令。采用标准化的指令，这样可以减少芯片集成的周期，同时也可以最大限度的使用原有技术体系。

请结合参阅图4，上述数字电视机顶盒芯片100的授权接收方式如图中所示，其具体实现流程如下：由机顶盒终端软件将ECM、EMM数据包通过硬件接口传输CA安全接收授权模130；CA安全接收授权模块130从接收到的EMM中获取SK密钥，使用SK密钥解密ECM获取CW；CA安全接收授权模块130对CW进行加密，传输给STB模块110；由STB模块110解密得到CW明文；最后，STB模块110使用CW对加扰的TS流(Transport Stream)进行解扰，输出解扰以后的TS流。采用这种方式可从以下两个方面保证系统的安全性：首先，CW不传出数字电视机顶盒芯片100；其次，CA安全接收授权模块130与STB模块110(解扰模块)之间的CW传输也采用安全通讯协议传输。双层的安全机制从根本上确保CW无法被共享，防止数字电视机顶盒芯片100被破解。

数字电视机顶盒芯片100在保持原有的机顶盒电视功能的主芯片110的功能及访问接口的同时，加入了CA安全接收授权模块130的安全授权功能及访问接口。采用数字电视机顶盒芯片100的机顶盒相对于传统的机顶盒，最大的优势就是极大的提高了数据、软件的安全性。

数字电视机顶盒芯片100中的CA安全接收授权模块130是一个软件和硬件的结合体，通过硬件封装的形式来防止外界对芯片安全存储数据、软件代码的侦测，同时通过软件实现方式可在后期通过单向网络(或者双向网络)进行软件升级，使得在功能上面不仅可以支持目前的数字电视的CA授权功能，也可以在后期陆续加入DRM(Digital Rights Management，数字权限管理)、用户身份识别、安全运行环境等安全管理功能模块，为整个数字电视的运营提供一个非常安全的环境。

请结合参阅图5，基于上述数字电视机顶盒芯片100，本发明提出了一种新的CA厂家终端安全软件集成方式。由机顶盒主芯片厂商与CA系统提供商之间进行CA安全接收授权模块130、机顶盒模块110的封装，直接提供给机顶盒厂家支持完整CA授权功能的机顶盒技术方案(含机顶盒主芯片)。在这种集成方式中，机顶盒主芯片厂商与CA系统提供商约定芯片之间的软硬件接口，每家CA系统提供商与机顶盒主芯片厂商进行集成时，都采用该标准接口进行芯片集成工作。标准化的接口有助于提高集成的效率，使得机顶盒厂家的机顶盒芯片能够支持更多的CA方案。作为最终的机顶盒生产商，无需关心CA的集成，缩短其产品的上市时间，同时也降低了生产成本，提高产品的竞争力。

请结合参阅图6，本发明还提供一种数字电视机顶盒芯片100的安全算法动态更新方式。集成CA安全接收授权模块130的数字电视机顶盒芯片100的安全算法更新流程具体描述如下：

在步骤201中，数字电视机顶盒芯片100启动。

在步骤202中，CA安全接收授权模块130进入初始化状态。

在步骤203中，CA安全接收授权模块130获取EMM数据包。

在步骤204中，CA安全接收授权模块130识别EMM数据是否包含算法片段。如不是，则返回步骤203继续接收EMM数据。

在步骤205中，CA安全接收授权模块130将接收到的包含算法片段的EMM数据临时保存到Flash模块120中。

在步骤206中，CA安全接收授权模块130检测当前接收到的EMM数据是否包括完整的算法片段。如不是，则返回步骤203继续接收EMM数据。

在步骤207中，CA安全接收授权模块130对包含算法片段的EMM数据进行解密以获取完整的算法片段，同时删除Flash模块120中的数据。

在步骤208中，CA安全接收授权模块130将算法片段加载到内存，完成数字电视机顶盒芯片100的初始化过程，进入工作状态。

在CA安全接收授权模块130的核心算法中，某一个部分必须要从广播信道进行传输。也就是说，CA安全接收授权模块130每次初始化都需要从广播信道中获取缺失的那部分算法代码，验证通过以后，再进行相关授权、解扰操作。这样当运营商可以根据自有的安全特性，通过数据传输网络进行算法动态调整，提高整个运营网络的安全性。

请参阅图7，本发明提供一种CA安全接收授权模块130的升级方法，其具体升级流程如下。

在步骤301中，机顶盒启动，数字电视机顶盒芯片100上电。

在步骤302中，CA安全接收授权模块130进入工作状态。

在步骤303中，CA安全接收授权模块130开始接收数据。

在步骤304中，CA安全接收授权模块130判断接收数据是否是升级数据。如果不是，则返回步骤303继续接收数据。

如判断是需要处理的升级数据，在步骤305中，将升级数据存储在Flash模块120中。

在步骤306中，CA安全接收授权模块130检测升级数据是否完整。如不完整，重新执行返回执行步骤303。

在步骤307中，CA安全接收授权模块130对升级数据进行解密，还原为完整的升级数据包，同时存放到CA安全接收授权模块130内部的安全存储区域，同时删除Flash模块120内的数据。

在步骤308中，通知数字电视机顶盒芯片100需要更新CA安全接收授权模块130，CA安全接收授权模块130进行升级。更新可在下次机顶盒启动时进行，也可以立即进行更新。

在步骤309中，判断升级是否成功。

如果失败，在步骤310中，CA安全接收授权模块130采用回滚机制，恢复到升级前的状态。

如升级完成，在步骤311中，重新启动CA安全接收授权模块130，加载新的文件。

在步骤312中，判断是否有双向网络。

如果有双向网络，在步骤313中，通过双向网络向前端服务器报告升级相关信息。

在上述升级过程中，由CAS前端系统将授权模块升级代码通过EMM信道(或者数据通道)加密传输下来，CA安全接收授权模块130中的升级模块，进行升级操作。这种通过CAS确保的安全软件升级方式，可以根据运营商的运营需求，逐步、分阶段的向用户推送新的业务功能模块，如DRM、用户身份识别、电视支付等安全软件模块，使得运营商可以实现APP Store模式，完整实现对机顶盒上面的安全软件的管理。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种数字电视机顶盒芯片，包括对加扰的TS流进行解扰的机顶盒模块和临时存储用的闪存模块，其特征在于：所述数字电视机顶盒芯片还包括对控制字进行加密后传输给所述机顶盒模块的CA安全接收授权模块，芯片裸片形式的所述机顶盒模块、闪存模块和CA安全接收授权模块采用系统级封装工艺封装成所述数字电视机顶盒芯片，所述CA安全接收授权模块通过ISO7816接口与所述机顶盒模块通信，所述CA安全接收授权模块接收ECM和EMM数据包。

2.一种采用根据权利要求1所述的数字电视机顶盒芯片的授权接收方法，包括以下步骤：

所述CA安全接收授权模块（130）初始化，从广播信道中获取所缺失的部分算法代码并进行验证；

验证通过以后，所述CA安全接收授权模块通过接口接收ECM、EMM数据包；

所述CA安全接收授权模块从接收到的EMM中获取业务密钥；

所述CA安全接收授权模块使用业务密钥解密ECM获取控制字；

所述CA安全接收授权模块对控制字进行加密后通过ISO 7816接口传输给所述机顶盒模块；

所述机顶盒模块解密接收到的加密控制字得到明文控制字；以及

所述机顶盒模块使用明文控制字对加扰的TS流进行解扰，并输出解扰以后的TS流。

3.根据权利要求2所述的授权接收方法，其特征在于所述接收方法进一步包括所述CA安全接收授权模块的安全算法更新方法，所述CA安全接收授权模块接收CAS前端系统通过EMM信道加密传输的授权模块升级代码并进行升级操作，所述CA安全接收授权模块的安全算法更新方法包括以下步骤：

所述CA安全接收授权模块获取EMM数据包；

所述CA安全接收授权模块识别EMM数据是否包含算法片段；

所述CA安全接收授权模块将接收到的包含算法片段的EMM数据临时保存到所述闪存模块；

所述CA安全接收授权模块检测当前接收到的EMM数据是否包括完整的算法片段；

所述CA安全接收授权模块对包含算法片段的EMM数据进行解密以获取完整的算法片段，并删除所述闪存模块中的数据；以及

所述CA安全接收授权模块加载算法片段。

4.根据权利要求3所述的授权接收方法，其特征在于：在所述CA安全接收授权模块所接收的安全算法中，至少部分是从广播信道传输的。

5.根据权利要求2所述的授权接收方法，其特征在于所述授权接收方法进一步包括所述CA安全接收授权模块的升级方法，所述CA安全接收授权模块的升级方法包括以下步骤：

所述CA安全接收授权模块开始接收升级数据；

所述CA安全接收授权模块将升级数据存储在所述闪存模块中；

所述CA安全接收授权模块对升级数据进行解密还原为完整的升级数据包并保存，删除所述闪存模块内的数据；以及

重新启动所述CA安全接收授权模块，加载新的文件。

6.根据权利要求5所述的授权接收方法，其特征在于在所述CA安全接收授权模块的升级方法中，在所述CA安全接收授权模块对升级数据进行解密还原为完整的升级数据包并保存步骤后，还包括以下步骤：判断升级是否成功；如果失败，所述CA安全接收授权模块采用回滚机制，恢复到升级前的状态。