條件接收系統中智能卡的設計與實(shí)現
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：中國一卡通網(wǎng) 收編 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月27日
1、什么是條件接收系統(CAS)
條件接收系統(CAS)指對數字電視節目的內容進(jìn)行數字加擾(或稱(chēng)數字加密)以建立有效的收費體系，被譽(yù)為數字電視健康發(fā)展的技術(shù)保障系統。
按位置分CAS由前端(發(fā)送端)和終端(用戶(hù)接收部分組成。前端主要完成節目數據流的加擾、CW的加密、EMM的生成、用戶(hù)信息的管理以及相應眼務(wù)；終端主要完成解擾與解密，相關(guān)的硬件設備解擾器外加1個(gè)智能卡。
目前的技術(shù)主流是：解復用部分與CW相關(guān)的解擾部戍在終端STB(機頂盒)的主芯片中；智能卡作為全性的最重要設備，在用戶(hù)端完成所有的解密功比，作為CA開(kāi)發(fā)商，需要提供能夠完成解密功能智能卡，并能為STB軟件開(kāi)發(fā)商提供移植技術(shù)。
2、智能卡硬件電路的設計
在研發(fā)的條件接收系統中，依據硬件設計的原理和CAS高安全性的特點(diǎn)，主芯片選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT90SCl616C。他以高性能、低功耗的AVR 8位CPU為核心，內嵌16k的Flash可編程內存，16 k的E2PROM以及1 k的RAM，配合一個(gè)16位的協(xié)處理器(SCl6)完成高速的保密和認證功能。
3、 解密與收費功能的實(shí)現
在CAS的用戶(hù)接收端，智能卡解析用戶(hù)的授權并完成所有的解密功能。與之相關(guān)的用戶(hù)基本信息、授權信息、個(gè)人分配密鑰等都以二進(jìn)制數據的形式存儲在智能卡 的文件中。這些數據的存儲過(guò)程，是在終端與卡的接口函數的平臺上，使用APDU命令，在E2PROM內建立文件，并進(jìn)行相關(guān)操作。開(kāi)發(fā)使用的計算機語(yǔ)言可 以是VB，VC，VFP，C語(yǔ)言等。筆者選用VB進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
3．1 CA信息的獲取
在本條件接收系統中，EMM是以全局尋址Global，組尋址Shared，惟一尋址Unique 3種不同尋址策略發(fā)送到用戶(hù)接收端的，用戶(hù)端STB在接收EMM前，需要先從智能卡中讀取一個(gè)惟一的用戶(hù)ID號，再對STB中的寄存器做相應設置，然后接 收EMM。因此，用戶(hù)ID作為智能卡的惟一尋址地址，需要建立基本信息文件并加以存儲。另外，根據MPEG-2標 準的規定，在接收CAT表和PMT表的過(guò)程中，對EMMPID，ECMPID解析前，都要先對CA_system_ID進(jìn)行判斷，因 此，CA_system_ID也應該存儲在智能卡的基本信息文件中。此外，根據各CA開(kāi)發(fā)商對CA信息在接收前的不同處理方式，加密算法的類(lèi)型與版本也可 作為必要信息存儲于智能卡的文件中。所有這些基本信息，可以放人同一文件中，也可以根據需要，采用不同的文件類(lèi)型(如二進(jìn)制文件、定長(cháng)紀錄文件等)加以存儲。
3．2 解密功能的實(shí)現
本系統采用RSA算法，結合硬件電路來(lái)實(shí)現對ECM的所有解密過(guò)程。Kerckhoff原理指出：一個(gè)加密算法的全部秘密僅立足于密鑰的秘密性之上。因 此，一個(gè)根密鑰的泄露對智能卡、對整個(gè)CA系統而言都將是毀滅性的，他迫使應用供應商關(guān)閉使用的CA系統，而卡的發(fā)行商將更換所有的卡。出于保密的需要， 本文在這里僅就密鑰的生成、保護與訪(fǎng)問(wèn)權限做簡(jiǎn)要介紹。
(1)密鑰的生成
對于投入市場(chǎng)、發(fā)送到用戶(hù)手中的智能卡，一律不寫(xiě)入根密鑰；對于每張卡內的主控密鑰，其實(shí)都是由芯片編號生成的導出密鑰。并且，卡內的密鑰有數10種之 多，且用法各不相同，即使將卡內密鑰悉數破解，也只是妨礙同類(lèi)卡的安全，即一個(gè)組的安全，而一個(gè)組的最大用戶(hù)僅有256個(gè)，這對整個(gè)系統并沒(méi)有多大妨礙， 本系統在前端部分可以通過(guò)對用戶(hù)智能卡的芯片編號(具有惟一性)進(jìn)行跟蹤，一旦發(fā)現，可以通過(guò)相應手段剔除黑卡，使非法用戶(hù)無(wú)法取得商業(yè)利益。
(2)密鑰的保護
密鑰是放在密鑰文件中，作為內部EF文件存儲于E2PROM中的，內部EF文件本身一旦建立，不允許從終端讀出內部數據的特點(diǎn)，最大程度上保證了密鑰的安 全性。此外，為了進(jìn)一步提高密鑰的安全性，我們對自己的智能卡內部密鑰文件采用了"線(xiàn)路加密保?quot;方式，即對傳輸的密鑰數據進(jìn)行RSA加密并附加 4B的MAC(報文鑒別碼)，智能卡收到后首先進(jìn)行校驗，只有校驗正確的數據才予以接受，從而將密鑰泄露的可能性將至最低。
(3)密鑰的訪(fǎng)問(wèn)
對于投入市場(chǎng)的智能卡，無(wú)論采用何種方式，都不可能從智能卡中讀出密鑰數據，這是由智能卡本身硬件電路的安全性特點(diǎn)決定的。對STB移植來(lái)說(shuō)，只要使用專(zhuān)用的智能卡命令，將獲得的ECM，EMM寫(xiě)入智能卡，就可以得到解擾所需的控制字CW了。
3．3 收費功能的實(shí)現
本系統在前端采用與銀行和代理收費點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)的方式，在終端通過(guò)在智能卡內建立文件存儲授權信息，并建立電子錢(qián)包文件和普通錢(qián)包文件，來(lái)實(shí)現收費功能。獲得何 種授權和扣款多少由EMM寫(xiě)入智能卡后分析獲取，對錢(qián)包文件的建立也采用了"線(xiàn)路加密保護"方式，以保護消費者的權益。
4、移植結果分析
系統已在ST和NEC方案上進(jìn)行了移植，并獲得成功，目前正在某機頂盒公司投入生產(chǎn)。從移植結果來(lái)看，對智能卡的驅動(dòng)和讀寫(xiě)成為移植能否成功的關(guān)鍵。
例如，現在在對某方案的移植過(guò)程中，STB中的程序在調用讀卡寫(xiě)卡函數時(shí)，會(huì )偶爾出現傳輸數據的丟失(主要是首字節的丟失)，其實(shí)，這是由于智能卡默認數據傳輸速率過(guò)高造成的。解決的辦法就是在讀卡函數和寫(xiě)卡函數前加一個(gè)延時(shí)函數。
5、未來(lái)CAS中智能卡的發(fā)展方向
雖然智能卡的應用和制作技術(shù)已相當成熟，但由于智能卡是CAS安全的最重要的設備，同時(shí)，他與機頂盒之間數據的交換和CW的讀出，都可以被用戶(hù)帶回家中進(jìn)行各種分析和破解，因此，為了增強整個(gè)CA系統的安全性，未來(lái)CAS中智能卡的發(fā)展方向為：可以將解擾模塊集成在智能卡主芯片中，甚至將接收端整個(gè)CA模 塊都考慮集成在智能卡中，同時(shí)使智能卡具有中間件的部分功能。當然，這樣的設計在目前來(lái)看是有技術(shù)困難的。首先，集成壓縮后的主芯片要像現在的智能卡那 樣，僅有幾個(gè)毫米的厚度，是不太現實(shí)的；其次，雖然中間件作為機頂盒軟件結構的核心已經(jīng)有成熟的應用，但在智能卡中如何實(shí)現，也是需要考慮的問(wèn)題。不過(guò)， 隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，一方面會(huì )對CAS的安全性提出更高的要求，一方面會(huì )推動(dòng)微電子技術(shù)和電子數據處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，那么，CAS中智能卡的發(fā)展方向，也就可想而知了。
6 、結語(yǔ)
當前，隨著(zhù)我國數字電視的普及推動(dòng)和條件接收技術(shù)的日臻成熟，已經(jīng)有越來(lái)越多的廠(chǎng)商將目光投向CAS的開(kāi)發(fā)上；同時(shí)，眾多的機頂盒開(kāi)發(fā)商也都在自己的產(chǎn)品上移植CA，以適應激烈的市場(chǎng)競爭。因此，研究CAS中的智能卡，無(wú)論是對于CAS的研發(fā)，還是對于機頂盒的移植，都有借鑒意義。
