条件接收
-
2023年3月2日发(作者：征文比赛活动方案)条件接收系统实现方案
◎潘明福 唐凡 陈 列 江苏广播电视信息网络股份有限公司泰ｆＪ１Ｉ＇１分公司
摘盟：随着数字电视的推广和普及，有线电视数字化已
经成为一股不可阻挡的潮流，这其中数字电视运营商处
在一个核心的地位。为了保护有线运营商的合法权益，
实现对用户的有效管理，ＣＡＳ（条件接收系统）应运而生。
本文结合ＣＡＳ的有关原理，通过泰州市ＣＡＳ建设实现的
案例具体讨论ＣＡＳ在数字电视业务中的实际应用。
天髓 ：有条件接收加（解）扰加（解）密
１ ＣＡＳ原理概述 ．
条件接收（ＣＡｌ系统（简称ＣＡＳ）是数字电视广播实行
收费所必须采用的系统 也是数字电视平台不可缺少的部分，
只有缴纳一定合理费用从而获得授权的用户才能获得相应业
务。有条件接收实现了运营商的有偿服务，保障了运营商的
合法利益，实现了对所有用户的科学管理，是数字电视系统
的核心技术之～。有条件接收系统的核心功能是加扰／解扰
和加密／解密功能。
１．１加扰／解扰功能
加扰是用密钥在前端改变或者控制码流的一些特性，使
未授权终端不能获得正确码流的过程。解扰就是加扰的逆过
程。加扰一般用一组二进制伪随机序列（ＰＲＢＳ）与待加扰数
据流做异或运算，接收端用与发送端完全相同的ＰＲＢＳ对加扰
的数据流做同样的异或运算．即可解扰。收发两端ＰＲＢＳ的发
生器的初始状态必须相同 初始状态由控制字（ＣＷ）决定。
１．２加密／解密功能
当前加密／解密普遍采用的是三重密钥系统 在三重密
钥系统中，发送端用业务密钥（ｓＫ）对ＣＷ加密，形成授权
控制信息（ＥＣＭ） 每隔数秒复用到丁ｓ中一次。使用用户分
配密钥ＰＤＫ对ｓＫ及用户账户信息加密，形成授权管理信息
（ＥＭＭ） 每隔数秒复用到Ｔｓ中一次。接收端插入存有ＰＤＫ的
智能卡后 解码器首先在Ｔｓ中寻找识别ＰＩＤ为ＯＸ０００１的Ｔｓ
包，从中恢复条件接收表ＣＡＴ。ＣＡＴ开列ＥＭＭ，ＥＣＭ所在
Ｔｓ包的ＰＩＤ，于是可从Ｔｓ包中找到相应的ＥＭＭ、ＥＣＭ。合
法的智能卡用其ＰＤＫ解扰ＥＭＭ，验证本智能卡是否被授权。
若是则通过解密ＥＭＭ得到ｓＫ 再用ｓＫ解密ＥＣＭ得到ＣＷ。
ＣＷ初始化ＰＲＢＳ发生器 产生与发送端相同的ＰＲＢＳ后与相
应数据流异或运算 完成相应数据流解扰，获取相应服务。
２泰州ＣＡ系统实现方案
２．１系统工程实现方案说明
泰州市ＣＡ系统根据江苏省网ＣＡ平台建设”统一授权
分地加扰 保障安全 的原则决定采用单密系统方案，具体
配置方案如下。
ＣＡ应用服务器２台．ＣＡ数据库服务器２台 加密机２台
同密同步器（ＳＣＳ）２台。每两台设备的配置 连接情况以及
在整个ＣＡ系统中的位置完全相同，可以互为热备份 从而
提高系统的可靠性和安全性。其中 为了保证用户数据安全
及管理的可靠性，两台数据库服务器采用镜像备份配置模式。
泰州ＣＡＳ设备连线图如图１所示。
在实际方案的建设过程中，条件接收系统由ＣＡＳ前端系
统和终端系统组成，前端系统包括加扰器，ＳＣＳ服务器（内
含ＣＷＧ） 加密机，应用服务器（内含授权管理系统．节目
管理系统），数据库服务器，发卡系统以及ＢＯＳＳ系统组成。
终端系统主要包括智能卡和机顶盒（图２）。
在信号的发送端，首先由控制宇发生器产生控制字．将
它提供给加扰器和加密器。加扰器根据控制字发生器提供控
制字，对来自复用器的传输码流进行加扰运算，控制字就是
加扰器加扰所用的密钥。加密机接收到来自控制字发生器的
控制字后 根据用户授权系统提供的ｓＫ对控制字进行加密运
算，生成授权控制信息。与此同时，加密系统对ｓＫ进行加密
生成授权管理信息，经过这样一个过程产生的ＥＣＭ和ＥＭＭ
２０１０年第１２期 广播与电视技术 １０１
有线网络 》
ｃ
信息均被送至加扰器．与被送至复用器的图像、声
音和数据信号一起打包成ＭＰＥＧ一２传送比特流。
需要指出的是．ＭＰＥＧ－２标准对在数据包中放置
条件接受控制信息及密钥的位置进行了明确的规定，
所以ＥＣＭ和ＥＭＭ信息均可以打入ＭＰＥＧ一２数据包中．
另外．在发送端还有一个ＢＯＳＳ系统．ＢＯＳＳ系统根
据用户订购节目和收看节目的情况．一方面向授权
控制系统发出指令．决定哪些用户可以被授权看哪
些节目或者接收哪些服务．另一方面还可以向用户
发送账单。用户授权系统根据ＢＯＳＳ系统的指令，产
生相应的用户授权信息．即产生业务密钥。
在信号的接收端．经过解调后的加扰比特流被
送到解码器．解码器首先在Ｔｓ中寻找识别ＰＩＤ为
ＯＸ０００１的Ｔｓ包．从中恢复条件接收表ＣＡＴ。ＣＡＴ
开列ＥＭＭ．ＥＣＭ所在Ｔｓ包的ＰＩＤ．于是可从Ｔｓ包中找到相
应的ＥＭＭ、ＥＣＭ。然后将它送到解密器．从而恢复出ＣＷ．
再将它送至解扰器．就将加扰比特流恢复成正常的比特流。
２．２ ＣＡＳ系统常见故障分析
１ ＣＷ字周期引发的故障。在控制字发生器与用户授权
系统连接的过程中．可能会出现ＥＣＭ连接丢失的情况。一般
情况下出现这种连接丢失的情况 都是由于ＣＷ字周期设置
不正确所致。根据国家相关标准的要求．以及系统工程建设
１０２广播与电视技术 ２０１０年第１２期
的实际情况 ＣＷ字周期设定为１Ｏｓ较为合适。
２ ＣＡＳ前端与复用器通信带宽设置不当引发的故障。
ＣＡＳ前端与复用器之间的通信带宽设置不当．轻者会引发复
用器ＣＡ带宽不足报警，严重情况下会导致ＣＡＳ前端与复用
器通信失败 ＥＭＭ包发送中断，授权无法及时发送到用户终端
营业厅无法正常营业，社会影响极大。为保证ＣＡＳ前端与复
用器的正常安全通信．并考虑到一个地区的用户数量。两者
之间的通信带宽一般设置为２Ｍ～３Ｍｂｐｓ。
３ ＥＭＭ包发送速率设定不当引发的故障。在ＣＡＳ前端与
复用器通信带宽设置正确的前提下．ＥＭＭ包发送速率设定不
当也可能会导致ＣＡＳ前端与复用器通信异常引发ＣＡ数据带
宽不足报警。根据实际应用情况，我们认为取消ＥＭＭ包空
包发送或者在合理情况下限制ＥＭＭ包发送速率可以有效地解
决此类故障，泰州地区ＥＭＭ包发包速率设定为８００ｋｂｐｓ。
４优化发送策略。为了更好的向终端发送授权信息 合
理利用与复用器的通信带宽，我们对从ＣＡ发出的ＥＭＭ包制
定了优化发送策略，将ＥＭＭ包按照不同的属性放置在三个队
列里。
即时队列：能够即时到达在线的用户机顶盒的ＥＭＭ包放
在这个队列里
优先队列 当用户机顶盒未开机时，即时队列中没有被
终端接收的ＥＭＭ包会转到优先队列每隔４～６天（根据各地
用户数量确定）重发一次．
惰性队列前两个队列中未被终端接收的ＥＭＭ包转到惰
性队列，每隔３０天重发一次。
３方案安全性分析
根据以上对泰州ＣＡ实现方案的介绍，我们可以看出整
个条件接收系统的安全性得到了多重保护。
１采用了三重密钥系统，破解可能性小，破解成本高。
就算出现了被破解的情况．ＣＡＳ还可以通过更换智能卡来处
理 更换途径有两种，一种是空中升级 二是通过营业厅专
用设备升级，空中升级是指智能卡的在线升级．可能会被认
为是不安全的，但空中升级的数据是通过密钥加密传输的，
如果破解者没有及时得到最新密钥．也就不可能破解。通过
营业厅专用设备的升级相对来说是最安全的，但需要收回智
能卡，再对智能卡进行更新。
２数据库系统采用镜像备份配置模式，保证了两台数据
库服务器的内容同步．确保了数据储存的安全性．保障了整
个ＣＡ系统的安全运行。
３根据江苏省网平台建设统一性和安全性的要求 简化
ＣＡＳ前端的复杂度，并考虑到根密钥的安全性．我们最终选
定一家国内厂商 使用单密方案。
４结束语
泰州地区ＣＡ系统方案优点明显，采用双机热备份．提
高了系统的可靠性和安全性 即使某一台设备瘫痪，也可保
证整个系统的正常运行。从泰州市２００８年底整体转换以来的
这一年多时间来看．以上的方案和配置较好地完成了有条件
接收系统的使命。既科学地管理了用户 又保障了泰州广电
分公司的利益。圃
联网设备推进ＴＶ Ｅｖｅｒｙｗｈｅｒｅ的发展
Ｉｎ—Ｓｔａｔ的一项最新调查报告证明，至少在美国，硬件问题将不会成为ＴＶ Ｅｖｅｒｙｗｈｅｒｅ改革受到限制的因素。报告预计，
到２０１４年，平均每个美国家庭将拥有５至１Ｏ台联网设备，用于享受基于互联网的数字娱乐服务。
这份名为《２０１０年第四季度数字娱乐发展跟踪报告》的调查报告称，超过５３００万安装了宽带的美国家庭正在通过互
联网观看电视节目，其中８５％的家庭已经开始使用多种设备观看在线电视，这些可用于观看在线电视的设备包括个人电脑、
电视机、手持移动设备等。报告预计，在未来４年内，美国将有超过２亿有线可联网消费类电子产品在家庭中使用。
Ｉｎ—Ｓｔａｔ首席分析师Ｋｅｉｔｈ Ｎｉｓｓｅｎ认为这意味着节目内容消费的情况将和以前大不相同。“多样的设备使节目内容的载
体变得非常丰富。用户本身、用户观看的内容和用户使用的设备，这三者之间的关系已经变得非常复杂。传统的收视习惯
已经不再适用，因此，一种全新但尚不能确定的规则必将取而代之。”
Ｉｎ—Ｓｔａｔ预计支持在线视频的设备的安装用户基数将以极快的速度增长，远高于网络视频内容可用性和０ＴＴ视频服务
的增长速度。据估算，美国网络电视机销量的年增长率将达到９４％，同时，安装了宽带业务的美国家庭中，有４５％希望
通过网络视频来实现数字娱乐。 臻
２０１０年第１２期 广播与电视技术 １０３