有线电视网络有条件接收技术综述(一)

　　有线电视网络是未来社会发展中最重要的网络资源。处于世纪之交的有线电视网未来面对的是数字化、网络化、综合信息交互化的机遇和挑战；正处于从模拟转向数字、单向广播朝双向互动式转变; 基本业务向扩展、增值服务的拓展。数字化是调整传输信息的工具，网络化是达到信息资源全民共享，信息化就是开展增值扩展服务。其中有条件接收（CA）则是达到这个目标的技术基础，也是我国广播电视业向高层次发展的一条必经之路。

　　有条件接收（CA）经历了模拟和数字两代的发展，模拟第一代的特征是以设备为基础，一般用于模拟系统。多年前，为了实现有线电视的有效收费，在前端将模拟信号进行加扰，使普通电视机无法收看，只有安装了解扰器的用户才能正常收看。这样的系统可以通过前端的寻址来控制单个用户的解扰器开关。系统可实现全频段加扰和频道加扰，实现的方法通常是采用视频倒相、水平同步重叠、垂直同步重叠、数字随机视频行抖动等技术，他们通常会对信号产生损耗。

　　第二代是随着数字电视的出现而产生的，基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端利用IC卡解密。由于采用的是数字技术，对信号没有损耗，系统的保密性、可靠性均大大提高。对传输流的加扰，DVB已有标准; 对控制字的加密算法一般采用RSA以及3DES算法; 对加密体制，不同厂家的系统差别很大，其技术大体有两种: 一种是以爱迪德系统为代表的密码循环体制，另一种是以NDS系统为代表的利用专有算法来进行保护，由于牵涉到系统安全性，厂家一般不会公开。

　　衡量有条件接收系统好坏的重要指标包括：安全性、规模、功能完整性、使用性能等。系统安全性保证系统不被黑客攻破，如果攻破，系统能尽快恢复。一个系统能管理的用户数量体现了一个系统的能力。通常，系统管理的用户数量越多，对系统运行速度和服务质量越会产生影响。

　　在第一代有条件接收系统中，由于系统的密钥体系依赖于设备及解扰器，比较容易被破解和复制。在第二代，由于加密系统、密钥体系与设备是分开的，它依靠IC卡的安全性来保障系统的安全，因此破解难度大。

　　在有条件接收（CA）设备中有两个很容易混淆的概念：一个是加解扰（Scrambling – Descrambling），另一个是加解密（Encryption – Decryption）。这两种技术是CA系统重要的组成部分，有着密切的联系，在技术上也有相似之处。但在CA系统标准中是独立性很强的两个部分。现在就从这两个部分开始进行介绍。

一、加扰与解扰

　　当运营者希望对一个节目进行接入控制时，他必须通过使广播信号变为不可理解的东西的办法来防止自由接入这个节目，没有适合的终端，不可能自由地观看节目。有专用终端和从提供者获得了具体权限的用户才允许解码，观看他喜爱的电视节目。

　　为此，必须在广播之前对节目进行加扰。加扰改变了视频和音频信号的内容，使得不能对它们解码。此操作在前端进行，使用的加扰算法要求加扰中保持复用码流的的结构，而将信号成分内的有用部分转换为一种不可预测的二进制数据流。

　　在接收终端实施解扰工作，将信号成分恢复为初始内容，并正确解码。此工作是通过使用与加扰功能对等的解扰算法进行的。如果满足有条件接收的要求，则允许解扰。

　　加扰/解扰的原因是简单的，对成对算法的选择取决于下列几项强大的要求: 这些算法应当足够有力，以防止基于直接信号分析或系统测试达到未授权解扰; 加扰信号由终端看来像是误码，误码程度应比终端的纠错能力高得多；加扰信号应是不透明的，即检测不到加扰信号中原始图像或声音编码的固有冗余；加扰算法应支持随时的改变，以防止通过对解扰方法的系统性搜索，从而在下一个加扰器初始化后已找到解扰方法；加扰算法的复杂性取决于所需的保护程度以及将信号破碎所需的计算能力。最后的一个准则明显地是技术方面的，即运算应符合加扰信号的参考时钟(例如40MHz左右)；还应避免要求终端具备太复杂的计算能力和过分的成本。

　　许多加扰算法适用于数字电视并遵守以上的要求。它们能产生非常复杂的加扰信号，并能运行在速度高达50Mb/s的数字电视信号中。它们通过外部提供的称为“控制字”的初始字来改变算法，此控制字可保持几秒钟的时间；它们还能集成在电路中以降低实现成本。

　　MPEG-2标准中不推荐任何具体的加扰算法，只对传送流中运用的加扰方案规定了框架。但是，世界范围内主要的数字电视规划已经规定或推荐了一些有效的算法: 欧洲DVB规划中规定了通用加扰(Common Scrambling，64b控制字)技术规范，美国的一个规划中选择了3-DES算法(168b控制字)，也能实施DES算法，一些前端制造商建议使用有专利权的方案。但很明显，为了增强前端/终端的互操作性和降低机顶盒的成本，使用标准的或推荐的算法是最好的方式。