casdvb中的加密體制和pid算法

casdvb中的加密體制和pid算法

近年來，隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，服務(wù)成本也隨著了。為了解決這個(gè)問題,國際上提出在原有數(shù)字電視平臺(tái)上架構(gòu)條件接收系統(tǒng)(ConditionalAccessSystem,CAS)1co系統(tǒng)原理DVB數(shù)據(jù)流的加擾一般可以在兩個(gè)層面上進(jìn)行,一是PESMPEG-2按照MPEG-2/DVB標(biāo)準(zhǔn)2節(jié)目的解擾加擾下peg-2音CA系統(tǒng)包括發(fā)送和接收兩個(gè)模塊,采用三層加密體制,很大程度上提高了系統(tǒng)的安全性。整個(gè)流程如圖2所示:在發(fā)送端,TS流首先在控制字CW控制下進(jìn)行加擾,CW的典型長度為64bit。為了增加系統(tǒng)的安全性,每隔1～10s,CW將會(huì)被更新一次,這樣竊密者即使破譯了個(gè)別的控制字,也不會(huì)因此而破譯整個(gè)系統(tǒng)?？紤]到CW是隨著加擾信息一起傳送的,一旦CW被竊密者破解,整個(gè)系統(tǒng)就被曝光,通常會(huì)采用DES算法,用分配到的業(yè)務(wù)密鑰SK對(duì)CW進(jìn)行加密。同時(shí)為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性,系統(tǒng)通常會(huì)采用RSA算法,用個(gè)人分配密鑰PDK(PersonalDistributionKey)對(duì)SK進(jìn)行加密。這樣即使非授權(quán)用戶得到加密后的SK,仍然無法解出正確的控制字。PDK由用戶個(gè)人特征確定,并由設(shè)備自動(dòng)產(chǎn)生并嚴(yán)格控制,對(duì)于每個(gè)用戶來說是唯一的。在接收端,機(jī)頂盒STB(Set-TopBox)首先會(huì)通過Smartcard接口從Smartcard中獲取CASystemID,該ID號(hào)是DVB標(biāo)準(zhǔn)組織分配給不同的解碼器生產(chǎn)商的CA系統(tǒng)的標(biāo)志,不同的CA廠商分配到不同的CASystemID段。當(dāng)TS流被送到STB時(shí),STB中PSI信息處理單元會(huì)設(shè)置硬件的PID過濾器,根據(jù)不同的PID以及TableID等信息,過濾出CAT和PAT,然后對(duì)PAT中的節(jié)目信息進(jìn)一步過濾,得到不同節(jié)目的PMT。此時(shí),PSI信息處理單元會(huì)分析CAT表和PMT表,從中撿出和Smartcard中CASystemID一致的CA描述符,而位于CAT和PMT表中的CA描述符就分別指出了TS流中的EMMPID和ECMPID。EMM的處理和ECM的處理一般是獨(dú)立的。當(dāng)?shù)玫秸_的EMMPID后,PSI信息處理單元會(huì)根據(jù)EMMPID設(shè)置PID過濾器,從TS流中過濾出EMM表。此時(shí),STB會(huì)將該EMM送入Smartcard以完成必要的授權(quán)過程。若用戶選擇了收看某個(gè)具體的加擾節(jié)目,PSI信息處理單元會(huì)根據(jù)該節(jié)目的PMT表中所指示的各個(gè)ECMPID來設(shè)置PID過濾器,以便過濾出正確的ECM。這些ECM將會(huì)被送入Smartcard,以得到不同的CW。同時(shí),PSI信息處理單元有必要為該節(jié)目中各個(gè)加擾的原始流設(shè)置不同的解擾通道。在得到不同原始流的CW后,PSI信息處理單元必須將不同的CW送入正確的解擾通道,以便正確無誤地解出各原始流。至此,用戶想要收看的節(jié)目流已經(jīng)全部被解擾出來,STB只需將解擾后的音視頻流送入對(duì)應(yīng)的MPEG-2音、視頻解碼器進(jìn)行解碼后,即可觀看到解擾后的節(jié)目。若用戶更換同一個(gè)TS流中的其他節(jié)目,ECM的處理將會(huì)重新進(jìn)行,但只有當(dāng)用戶更改不同的TS流,EMM的處理才會(huì)重新進(jìn)行。3解干擾器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)3.1靜態(tài)stchep序列在設(shè)計(jì)解擾器時(shí),為了兼容以前的DVB解擾協(xié)議,定義CK(CommonKey)因?yàn)榻鈹_只是譯碼,數(shù)據(jù)長度不會(huì)發(fā)生變化,因此被解擾后的明文也可以用上面類似的結(jié)構(gòu)表示:db(i)對(duì)應(yīng)于sb(i),i=1,2,...,p;DB(j)對(duì)應(yīng)于SB(j),j=1,2,...,n;DR對(duì)應(yīng)于SR。從sb到db,從SB到DB,一般都必須經(jīng)過分組譯碼(BlockDecipher)和流譯碼(StreamDecipher)在圖3中,標(biāo)識(shí)了密文不同部分的處理方式:SB(1)和CK一起作為StreamDecipher的輸入,用來初始化StreamDecipher,而不是被StreamDecipher做譯碼處理;SB(i),i=2,3,...,n,被StreamDecipher處理后,生成數(shù)據(jù)塊IB(i),IB(i)再與CK一起作為BlockDecipher的輸入;SR被streamDecipher處理后,直接產(chǎn)生最終的結(jié)果DR。StreamDecipher以字節(jié)為單位,利用CK和SB(1)聯(lián)合產(chǎn)生的時(shí)變鑰匙序列(keysequence),與密文做異或運(yùn)算,輸出的結(jié)果作為BlockStream的輸入。例如sb(9),sb(10),...,sb(16)經(jīng)過StreamDecipher解密后,生成ib(9),ib(10),...,ib(16)。BlockDecipher對(duì)ib(9),ib(10),...,ib(p)序列進(jìn)行分組,以8個(gè)字節(jié)為一個(gè)區(qū)塊。例如區(qū)塊A的前一區(qū)塊B,和CK共同作為BD運(yùn)算模塊的輸入,經(jīng)過轉(zhuǎn)換(Transposition)、替代(Substitution)及相乘(Product)運(yùn)算,其輸出再與A做異或運(yùn)算,最后生成明文區(qū)塊。3.2cipher輸出cb的異或運(yùn)算生成整個(gè)解擾流程是流水線作業(yè),且輸入、輸出都是串行操作。解擾器架構(gòu)見圖4,其流程如下:(1)CK被作為初始值(隨機(jī)數(shù)種子)被送往StreamDecipher作為CB(1);(2)輸入流SB將和StreamDecipher的輸出CB進(jìn)行異或運(yùn)算生成IB,同時(shí)StreamDecipher會(huì)根據(jù)舊的CB產(chǎn)生新的CB;(3)剩余的SR將會(huì)和CR(最后一個(gè)CB)進(jìn)行異或運(yùn)算得到IR(同時(shí)IR會(huì)作為DR輸出);(4)IB被送入移位寄存器A作為BlockDecipher的輸入流;(5)IB(1)和CK進(jìn)行運(yùn)算得到初始的BD;(6)BD和下一時(shí)刻輸入的IB(k+1)進(jìn)行異或運(yùn)算得到DB(k),同時(shí)BD會(huì)再和CK進(jìn)行運(yùn)算得到新的BD;(7)DB被送入移位寄存器B作為解擾后的輸出流;(8)最后一個(gè)BD和IV(InitializeVector,一般為0)進(jìn)行異或運(yùn)算得到最后一個(gè)DB;(9)直接將IR作為DR輸出。至此整個(gè)SB輸入流被解擾完畢。4使用加擾算法本文詳細(xì)分析了條件接收系統(tǒng)的原理、流程,給出了解擾器實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。解擾器用高頻DSP實(shí)現(xiàn),兼容DVB條件接收規(guī)范,具有很好的可擴(kuò)展性。需要指出的是,雖然條件接收系統(tǒng)采用三層密鑰體制,加擾算法從其復(fù)雜度來看也不容易破解,但是市場上大多數(shù)CA系統(tǒng)