用FPGA实现数字电视条件接收系统

2．1加扰器的实现

加扰器在条件接收中是一个关键部分，他关系到整个系统的保密程度，所以需要一个安全性较高的加扰器。图2所示加扰器是在FPGA内部实现：他是以可预置线性反馈寄存器（LFSR）为基础，与数据选择器共同形成。4个LFSR的阶数要求互质，每个LFSR的反馈多项式要求是本原的，这样产生的伪随机序列具有最大周期。总线是控制码发生器（一个伪随机序列发生器）产生的选择器控制码，有8个抽头并行输出，每2位对应一个选择器的选择端。每个选择器的输出是选出的4个LFSR反馈之一，作为与之相连的LFSR时钟。这是Gollmann级连的改进型，通过数据选择消除了Gollmann级连易受锁定攻击的缺点。4个LSFR输出的XOR（这是FPGA中的一个器件，当输入有奇数个1时输出为1），除去LFSR的线性影响，通过数字选择器选取这些XOR的输出之一作为加扰序列的输出。数字选择器滤除了加扰器的代数特性避免相关（线性代数）攻击。  



选择码生成器可由CW产生器代替，CW一部分作为选择器的选择码，一部分写入4个可预置的LFSR。这样，加扰器寄存器不是很多，周期又较长，达到节约硬件且保密程度较高的目的。

2．2　条件接收发送端FPGA实现

用户管理信息需要PC机处理和保存，既然他是必须的，就可以在PC机中做些其他的事情，以便降低硬件的复杂度，增强信息的保密性。服务密约SK和控制字CW发生器初始值可以在PC机中通过伪随机序列生成程序生成。在PC机中生成SK和CW初值的优点就是程序容易改动，伪随机序列周期可以足够长，保密性高。

在一些文献中，ECM在PES层已经加入，对于PES层加扰当然很适合；但是对于TS层加扰，完成ECM包中含有的CW和写入加扰器的CW一致性（实际就是加扰和解扰的同步）比较困难。采用ECM也在TS层加入，实现加解扰同步就容易得多。

TS流是连续不断的实时信号，条件信号并不可以任意加入其中。不过，TS流中存在大量的空包，可以通过空包替换的方法实现条件包的加入。空包替换器实际就是一个数据选择器，在需要条件包的地方，让条件包代替空包。

ECM包PID寄存器存放从PMT中读取的ECM包的PID，以便形成ECM包时利用。ECM包和EMM包的形成是给EMM和ECM加上包头、PID和Table＿id等。ECM包的Table＿id有两个，0x80和0x81，是为了方便接收端解扰，只有ECM包含新的CW时，他才发生变化。如果Table＿id 没发生变化，接受端就可以不处理这个ECM包，还用以前的CW。EMM只有一个时，可以把他放入CAT包；如果有多个时，可单独形成EMM包，通过CAT 包中的描述子确定他的PID。其实，为了节约硬件，在加入TS流前条件包并不一定是一个完整的TS包，他包含必要的信息就行了。在代替空包时，有用信息代替空包中的前一部分，和余下的空包中内容共同构成TS包。SK信息变化很慢，EMM包和CAT包只需满足刚开机用户能迅速找到SK就行。ECM包替代空包比CAT包或EMM包严格的多，因为CW变化快，并且要使ECM包内的CW和写入加扰器的CW同步，以便保证正确解扰。

CW的加密采用DES（Data Encryption　Standard）算法，DES速度快，加密强度较高，硬件容易实现，适合CW变化较快的要求。SK的加密采用RSA算法，RSA 算法速度比DES慢的多，硬件实现只是DES速度的千分之一，但是加密强度大。SK的变化频率低，使用时间长，安全性要求高，RSA正好满足这些要求。 TS流的加扰，采用上述的加扰器，通过加扰控制，使之不对条件包、私有数据包、空包、TS包头、PID等不可加扰的数据进行加扰。  



3 结语

本文介绍了条件接收系统的基本原理，并提出一种复接和条件接收相分离的实现方法。这种方法使条件接收系统不受复接的约束，实现起来比较灵活，便于调试。并且这种结构不仅可以对单节目TS流加扰，也可以对多节目TS流进行加扰。采用空包替换，在TS层加入ECM条件包，容易实现加解扰的同步。在实现条件接收的过程中，设计出安全性较高的加扰器成功应用于系统，实现了信息的加、解扰。