數字電視限制條件接收模塊原理

文丨范旺虎

（廣東省廣播電視網絡股份有限公司惠州分公司，廣東惠州 516008）

1 限制條件接收模塊介紹

限制條件接收CA（Conditional Access）技術是數字電視系統技術的組成部分，它將計算機網絡技術和先進密鑰控制技術結合在一起，通過用戶管理模塊和授權控制模塊的接收控制，從而決定用戶接收電視節目的權限。

2 限制條件接收模塊的構成

限制條件接收模塊一般包括用戶信息管理子模塊、節目信息管理子模塊、加解擾和加密解密等子模塊組成，基于控制數據安全傳輸考慮，保證授權用戶接收，杜絕非授權用戶非法接收的目的，目前都采用“三重密鑰加密”體系。

2.1 用戶管理模塊（SMS）

是向用戶提供多元化服務的綜合運營管理平臺，對客戶個人信息、用戶機頂盒信息、用戶訂購的節目信息、用戶授權的節目信息、用戶個人繳費信息等進入管理，并同時為相應的其它模塊提供授權信息。

2.2 前端限制條件接收模塊（CAS）

其功能是授權用戶權限信息（ECM）和用戶授權管理信息（EMM）的獲取、生成、加密、發送等處理。

2.3 電子節目菜單模塊（EPG）

EPG信息混在節目碼流里面接收的，頻道信息是節目映射表(PMT)和節目關聯表(PAT)負責的，機頂盒有相關的程序從TS流里讀出并顯示，就是電子節目菜單。

2.4 復用加擾處理模塊

采用加擾控制字加密傳輸的方法，用戶端利用IC卡解密。由于加密系統以及密鑰體系和設備是分開的，它依靠IC卡的安全性來保障系統的安全，破解難度大。

2.5 機頂盒CA模塊

傳送流中一般包含多個音視頻流及一些數據信息，機頂盒通過取得CA子模塊中的EMM和ECM信息，傳送到TS流解復用器用來區分不同的節目，提取相應的音視頻流和數據流，送入視音頻解碼器和相應的解析軟件，只有授權用戶能正常觀看。

2.6 IC卡管理模塊

對用戶智能卡IC卡進管理的模塊，可以對卡寫入或者刪除相應的授權信息。

3 限制條件接收模塊功能

限制條件接收主要功能是對信號加擾，對業務密鑰加密，建立一個確保只有被授權的用戶才能接收到加擾節目的授權管理模塊，以保障經營者和用戶的權益。

3.1 節目預訂

可以分為單個節目預訂和多套節目預訂。單個節目預訂，通過EMM發送相應節目授權信息到用戶的IC卡中，IC卡保存該節目的授權；多套節目預訂，廣電運營商可以把多個節目打包一個大包，當用戶訂購時，可以一次通過EMM發送相應的授權信息到用戶的IC卡中，IC卡并保存該授權信息。

3.2 節目分次預訂

CA系統時對節目進行編號，通過節目編號可對節目授權。廣電運營商利用EMM信息或其他的通知方式告訴用戶即將播出的節目及其時間。機頂盒接收到EMM信息后存到IC卡中。節目播出時，只要用戶IC卡中存儲的節目編號和要播出的節目編號相同，便可以正常收看節目。

3.3 節目臨時預覽和即時訂購

廣電運營商可以為每個節目或者影視資源預先做好收費標準和節目的播出總時間，并能提定用戶勉強預看的臨時時間長度。在機頂盒端的用戶無論在不在播出時段都可以預看廣電提供的節目或者影視資源，預看的時間長短由廣電預先設定的時間為準。也可即時點播收看。

3.4 實現地區的收看

CA系統時都有可以設定相應的區域碼，比如針對某個小區或者某幾個小區用戶的IC卡設定唯一的區域碼。某些節目只能在指定的區域碼區域可以觀看。

3.5 發送郵件

CA系統還能實現郵件功能，用于通知用戶繳費通知或者政府的公告。

4 限制條件接收模塊原理

采用MPEG2標準的廣電數字電視播出系統中實現條件接收有兩大重要的信息：授權控制信息ECM和授權管理信息EMM。由TS流密鑰SK加密后的關鍵控制字（CW）在ECM中傳送，ECM信息帶有節目的所有信息：TS流的中的節目隊列、時間排序、不同節目的不同內容和相應內容的各種收費信息。SK是在EMM信息中傳輸，SK在傳送時預先要經過用戶個人分配密鑰PDK的加密過程，EMM中包含用戶相關的管理用戶的所有訂購內容的授權信息。

4.1 CW的安全原理

CW作為機頂盒終端解擾密鑰使用。解擾密鑰整個接收端保證授權用戶正常收看的最基本要素，CW隨時加密算法隨時間不同而不斷地變化，以保證CW的安全，因為CW在HFC大網中傳輸，公共用戶很容易接收到，一旦CW被破解，那么相對于廣電的CA系統來運營來說，危害極大，用戶可以不用購買IC卡就可以通過破解的CW來觀看節目，所以CW的安全非常重要。CW要用一個復雜難于破解加密密鑰SK來保證其安全。

4.2 SK的安全保證原理

由CW的安全原理可知SK加密后的CW還是可以讓在HFC網絡上有效用戶讀取，也就是說授權用戶和非授權用戶都同樣可以讀取該值，為了保障合法用戶的權益，CA系統里對SK進行再次加密處理。每個機頂盒都有一個唯一的MAC碼，就用這個MAC碼對SK進行加密，以保證SK的安全。

4.3 PDK工作原理

在實際的運營中，機頂盒的編號是公開的，也是基本保持不變的，這種保持不變的系列碼可以作為識別有效用戶的密鑰用來加密，換包話說這個密鑰是針對特定唯一的用戶，這就是個人密鑰PDK，用戶不能變更該數據。在現實運行系統中可以為用戶分配多個這樣的PDK碼，來滿足用戶對不同業務訂購的需求。

5 結束語

CA技術經過這么多年發展，技術已經取得了巨大成就，但我國的CA系統研究起步比較晚，同時借鑒了成功的經驗，發展很快，同時積極開展與國外CA模塊實現同密。數字電視中限制條件接收模塊以其特有的技術為廣電網絡事業發展提供了巨大的技術支持，將來這種條件接收系統可以為社會展現數字通信的新形勢。