数字电视的条件接收系统原理与应用

2 两种实现方式
　　
　　从原理可以看出，CA系统的最重要特性是信息保密。事实上很多CA系统使用的加密算法都是各个系统运营商私有而且是绝对保密的。这种特性决定了各个CA系统的排他性和不通用性。为解决这个问题欧洲DVB标准组织定义了同密（simulcrypt）和多密（multicrypt）2种形式的条件接收系统。

　　2.1 同密条件接收系统
　　
　　若发送端有多个CA系统加入，同密方式的做法基于各个运营商之间的商业协议，采用相同控制字生成器和扰码生成器，并使用通用加扰算法对信号加扰。不同系统之间的差别是从对CW的加密开始的，各个系统使用自己的加密算法对CW和授权密钥KS加密。用户管理系统可以公用也可以分开。节目管理系统会将各种CA系统的标识CA_System_Id以及EMM,ECM索引信息一一对应描述在PSI/SI信息中，原理图如图2所示。


图2 同密CA系统原理

　　集成了其中一套CA系统的接收解码器（STB）从插入的智能卡中读出对应CA_System_I d，根据这个标识获取EMM,ECM索引信息进而滤取出具体信息发送回智能卡。
　　
　　智能卡中集成了2套私有的解密算法，对应与前端生成EMM和ECM的加密算法，从而获得CW，送到接收解码器STB中，STB的解码芯片中有集成了通用解扰算法的解扰器，用这个解扰器就可以恢复出原始信号。用户只要获得其中一种机密系统的授权就可以收看节目。这种方式下对信号的加解扰是使用通用算法的，所以保证这种方式的通信安全全靠智能卡，两层私有加密电路是其中的关键。这种做法要求将条件接收系统嵌入接收机中。

　　2.2 多密条件接收系统
　　
　　了解了同密的原理，多密系统的原理容易理解了。他们不同的是对于多密系统各种CA系统运营商使用各自不同的CW，不同的扰码生成器和加扰算法，相同的是，后面的两层加密算法也是私有的。这使接收端不能使用解码芯片中的公共解扰算法电路，但使用条件接收模块很好地解决这个问题。他是将接收端所需的3层解密电路都集成到一个使用通用接口标准的模块中。模块中集成了微处理芯片和滤取CAT，EMM，ECM所需的硬件电路，主机需要做的就是滤取出节目对应的PMT表，获取CA相关的信息按通用接口标准协议规定的格式发送到模块就可以了。模块与主机间的命令接口提供模块和主机部分的通信方法却不需要主机了解具体的细节操作。这种通用接口的应用，使一台机顶盒可以使用多个CA运营商的模块，也就是可以收看由不同CA系统控制的节目。
　　
　　同密和多密方式的原理如图3所示。


图3 同密和多密CA系统接收原理

　　3 两种方式的比较

　　3.1 通信成本

　　在同密方式下，TS流中载有所有应用的CA系统的EMM和ECM，增加了发送端复用难度（每个EMM,ECM流都必须分配惟一的PID，还有一些同步要求），同时也增加了通信带宽要求。一个TS流中通常只有一套CA系统的应用，所以信息量比同密方式小。

　　3.2 机顶盒的通用性
　　
　　从原理图可以看出，由于同密系统的机顶盒内必须集成特定CA系统软件，而同密方式的接收机将与CA相关的软硬件系统都集成在一张CI模块中，机顶盒可应用任何符合通用接口标准的模块，因此可应用在多种CA系统中。通用性方面多密优于同密。

　　3.3 安全性
　　
　　多密方式的控制字CW形式和3层加密算法都是私有的，若要破解至少需要已知2套加密算法， 而同密算法使用的CW编码空间是公开的而且使用的解扰算法是通用的，所以他比多密系统少了一层防破解防线。再次，由于支持同密系统的机顶盒与智能卡之间的通信接口比同密系统开放，盗密者很容易从主机与卡的通信接口间盗取通信数据进行分析或用于激活另外解码器，达到盗版的目的。事实当前破解的系统大多使用这种途径。所以在接口安全上同密系统也比多密系统差。

　　3.4 成本
　　
　　虽然多密系统有以上两种优势，但是他需要花费成本的代价。现在一个模块市场价格至少为300~400元，有些在千元以上。而且如果只用一个模块，那么使用多密也就没有意义了。所以多密系统的机顶盒总体上要比同密下的花费更多成本，同时发送端也要耗费更大的设备成本。当前我国正处于数字电视发展的初级阶段，由于成本的原因，同密系统还是目前国内数字电视的主流。但从发展来看，多密系统必将取代同密系统。

　　4 CA系统发展现状
　　
　　目前国际上的有条件接收系统主要有荷兰爱迪德(IRDETO)公司的M_Crypt系统和π_s ys系统，法国电信(France Telecom)公司的Viaccess系统，英国NDS公司的NDS系统，法国Canal+公司的Mediaguard系统，以及Nagra系统等。国内主要有清华同方、中视联（与Philips合资）、算通科技等。国外的CA系统经历多年的发展，技术比较成熟并形成一定市场，国内的CA系统研究起步比较晚，起点比较高，同时借鉴了国外的经验，发展很快，已经形成了初具规模的国内市场，同时积极开展与国外CA系统实现同密，以上几家国内知名的CA运营商都已经和IRDETO、NDS等实现同密。这种竞争并同步发展的形势在国内数字电视界已经形成。事实上，数字电视中条件接收系统正以特有的方式推动中国广播电视事业的发展，将来这种条件接收系统还有可能为人类展现新形式的数字通信。