《電子技術(shù)應(yīng)用》
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技術(shù)解讀:數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)的安全性
視頻通信
摘要: 目前國(guó)內(nèi)推出的數(shù)字電視(DTV)條件接收系統(tǒng)(CAS)在接收端基本上都是采用“一機(jī)一卡,機(jī)卡配對(duì)”的智能卡進(jìn)行管...
Abstract:
Key words :
</a>數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" title="數(shù)字電視">數(shù)字電視" 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  目前國(guó)內(nèi)推出的數(shù)字電視(DTV)條件接收系統(tǒng)(CAS)在接收端基本上都是采用“一機(jī)一卡,機(jī)卡配對(duì)”的智能卡進(jìn)行管理,服務(wù)器端不能及時(shí)了解用戶(hù)端的情況,如果用戶(hù)端的智能卡被破解,整個(gè)系統(tǒng)就形同虛設(shè),造成服務(wù)商巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著數(shù)字電視的普及,這個(gè)問(wèn)題的解決也變得越來(lái)越迫切。

1 當(dāng)前條件接收系統(tǒng)的安全性分析

  目前的條件接收系統(tǒng)采用3層加密系統(tǒng),進(jìn)行擾亂,使非授權(quán)用戶(hù)無(wú)法接收信號(hào);而授權(quán)用戶(hù)在接收端通過(guò)同樣的CW控制解擾器對(duì)信號(hào)解擾,恢復(fù)出能接收的信號(hào)。

  加密:因?yàn)镃W必須通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮斩?,必須?duì)其進(jìn)行加密保護(hù)。首先通過(guò)服務(wù)密鑰(SK)對(duì)CW加密形成授權(quán)控制信息(ECM);然后,通過(guò)個(gè)人分配密鑰PDK對(duì)SK進(jìn)行加密形成授權(quán)管理信息(EMM)。解密時(shí)通過(guò)智能卡中的本地密鑰逐步解出上層密鑰,最后得到CW。

  當(dāng)前流行的CAS系統(tǒng)看似非常安全,通過(guò)3層加密,有的甚至更多層加密,但系統(tǒng)畢竟由多個(gè)環(huán)節(jié)組成,黑客能根據(jù)不同系統(tǒng)的特點(diǎn),采用不同的攻擊方法。

  (1)對(duì)CW進(jìn)行攻擊。CW是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ),是條件接收系統(tǒng)的核心,如果CW被破解,其他一切加密措施也就失去了意義。CW一般比較長(zhǎng),且變化頻率比較快,破譯CW非常困難,即使破譯了一個(gè)CW,往往已過(guò)了有效期。不過(guò),CW的整個(gè)周期序列如果全部破解,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)是災(zāi)難性的。

  (2)對(duì)ECM,EMM進(jìn)行攻擊。在系統(tǒng)傳輸過(guò)程中截獲ECM,EMM密鑰及數(shù)據(jù)破解,同時(shí)制造假冒消息和盜版卡,達(dá)到破譯的目的。

  (3)對(duì)用戶(hù)智能卡進(jìn)行攻擊。用戶(hù)智能卡作為加密控制鑰匙散發(fā)到電視觀眾中去,黑客同樣能購(gòu)買(mǎi)到合法用戶(hù)卡,因此用戶(hù)智能卡遭受攻擊的機(jī)會(huì)非常多。黑客能通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的智能卡研發(fā)測(cè)試工具,試探讀取內(nèi)部密鑰數(shù)據(jù)、授權(quán)數(shù)據(jù)及應(yīng)用程式,制作盜版卡或仿真卡;黑客利用先進(jìn)的技術(shù)測(cè)試卡內(nèi)硬件的結(jié)構(gòu)和電信號(hào),破譯卡的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù),制作盜版卡。

2 安全防范措施

  2.1 針對(duì)CW的攻擊,采用安全性較高的CW產(chǎn)生器

  CW產(chǎn)生器是在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn):他是以可預(yù)置線(xiàn)性反雷數(shù)需求互質(zhì),每個(gè)LFSR的反饋多項(xiàng)式需求是本原的,這樣產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列具有最大周期。總線(xiàn)是控制碼發(fā)生器(一個(gè)偽隨機(jī)序列發(fā)生器)產(chǎn)生的選擇器控制碼,有8個(gè)抽頭并行輸出,每?jī)晌粚?duì)應(yīng)一個(gè)選擇器的選擇端。每個(gè)選擇器的輸出是選出的4個(gè)LFSR反饋之一,作為和之相連的LFSR時(shí)鐘。這是Gollmann級(jí)聯(lián)的改進(jìn)型,通過(guò)數(shù)據(jù)選擇消除了Gollmann級(jí)聯(lián)易受鎖定攻擊的缺點(diǎn)。4個(gè)LSFR輸出的異或(當(dāng)輸入奇數(shù)個(gè)1時(shí)輸出為1),除去LFSR的線(xiàn)性影響,通過(guò)數(shù)字選擇器選取這些異或后的輸出之一作為CW產(chǎn)生器串行序列的輸出,通過(guò)串轉(zhuǎn)并輸出作為CW。數(shù)字選擇器濾除了CW產(chǎn)生器的代數(shù)特性避免相關(guān)(線(xiàn)性代數(shù))攻擊。這樣產(chǎn)生的CW周期性長(zhǎng),相關(guān)性小,安全性高。

  選擇碼生成器是個(gè)偽隨機(jī)產(chǎn)生序列,通過(guò)他產(chǎn)生的序列碼去控制選擇器的選擇輸入端。因?yàn)橛脩?hù)管理信息需要計(jì)算機(jī)管理,所以能在計(jì)算機(jī)中產(chǎn)生序列碼作為選擇碼生成器的初始值和LFSR的初始值。計(jì)算機(jī)中的軟件容易修改,初始值能隨時(shí)改動(dòng),如果黑客破解了當(dāng)時(shí)的CW序列,由于初始值的改動(dòng),又生成了新的CW序列,避免了整個(gè)系統(tǒng)的毀滅性打擊。

  2.2 針對(duì)智能卡和ECM,EMM攻擊的策略,采用一種“機(jī)卡分離”方案

  無(wú)論是對(duì)智能卡還是對(duì)ECM,EMM攻擊,目的都是制造盜版卡,造成服務(wù)商的損失。既然機(jī)卡配對(duì)的管理方式有這么大的安全隱患,為什么目前流行這種方法呢?這是因?yàn)榻刂沟侥壳?,?guó)內(nèi)數(shù)字電視還沒(méi)有普及,數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有確定,這種方式管理簡(jiǎn)單,成本低。并且,對(duì)于黑客來(lái)說(shuō),他們花那么大的本錢(qián)去破解可能得不償失,因?yàn)槟壳暗臄?shù)字電視只是起步,用戶(hù)較少,等他們破解了系統(tǒng),可能由于標(biāo)準(zhǔn)的制定,服務(wù)商又采用了新的系統(tǒng)。所以這種管理系統(tǒng)目前來(lái)說(shuō)還比較安全。

  不過(guò),隨著數(shù)字電視普及和條件接收系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定,再使用一機(jī)一卡、機(jī)卡配對(duì)的方式管理,遭受攻擊的可能性就大大增加。所以說(shuō)這種管理方式只是從模擬電視條件接收系統(tǒng)到數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)的過(guò)渡產(chǎn)物。隨著數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,將來(lái)的條件接收系統(tǒng)的主流必然是“機(jī)卡分離”的方式,完全解決一機(jī)一卡易受攻擊的缺點(diǎn)。

  采用的方法是借鑒目前的國(guó)際互連網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)卡技術(shù),每個(gè)用戶(hù)的用戶(hù)ID都是不同的,PDK是用戶(hù)ID和其他信息的一個(gè)函數(shù),不同的是他采用了盜版防護(hù)機(jī)制,即使黑客通過(guò)高科技制造出一模相同的盜版,通過(guò)回傳綁定機(jī)制也能發(fā)現(xiàn)。具體方法如下:用戶(hù)ID加密后存放在ROM中,用戶(hù)觀看次數(shù)加密后存放在EEPROM中(如果電路有回傳線(xiàn)路可選),其他的解密、解擾電路和算法都存放在用戶(hù)端的主芯片中。IC卡和目前流行的“一機(jī)一卡,機(jī)卡配對(duì)”內(nèi)有解密電路的智能卡完全不同,在他里面只保存IC卡號(hào)和IC卡密碼(如果沒(méi)用回傳線(xiàn)路,里面更有余額)等,就像目前的電話(huà)IC卡相同,用戶(hù)在什么地方買(mǎi)卡都能,只要是播放本節(jié)目的服務(wù)商發(fā)行的卡都能用,實(shí)行機(jī)卡分離。

  

關(guān)鍵字:數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)安全性

 

  用戶(hù)買(mǎi)到IC卡后,首先通過(guò)回傳系統(tǒng)或電話(huà)通知服務(wù)端,使IC卡號(hào)和接收機(jī)用戶(hù)ID進(jìn)行綁定。一般來(lái)說(shuō),用戶(hù)為了避免買(mǎi)到偽造卡,買(mǎi)卡時(shí)就像手機(jī)充值相同,拿到卡后就即時(shí)打電話(huà)通過(guò)服務(wù)端進(jìn)行認(rèn)證和綁定。用戶(hù)的舊卡的余額也轉(zhuǎn)移到新綁定的卡上(有回傳通路的)。綁定后,服務(wù)端就用IC卡號(hào)和用戶(hù)ID的函數(shù)一起生成PDK,通過(guò)這樣的PDK對(duì)SK加密。通過(guò)IC卡綁定,還能發(fā)現(xiàn)偽造的接收電路,因?yàn)椋?dāng)有不同的IC卡去綁定同一個(gè)用戶(hù)ID時(shí),就會(huì)被發(fā)現(xiàn),接收電路的真假通過(guò)用戶(hù)資料馬上就可辨別。再說(shuō),就是偽造接收電路,還要買(mǎi)接收卡,達(dá)不到免費(fèi)接收的目的,黑客不會(huì)去花費(fèi)功夫制作偽造電路的。

  接收時(shí)用戶(hù)必須插入IC卡,安全處理器首先對(duì)IC卡識(shí)別真?zhèn)?。識(shí)別后,如果是沒(méi)有回傳線(xiàn)路的系統(tǒng),安全處理器讀取IC卡的余額,如果余額較多,讀取IC卡的卡號(hào)和ROM內(nèi)的用戶(hù)ID對(duì)SK解密;如果余額不足,通知用戶(hù)及時(shí)換卡。換卡后,電視就按新卡序號(hào)進(jìn)行加密。用戶(hù)端能設(shè)計(jì)有保存余額的存儲(chǔ)器,把里面保存的舊卡余額加到新卡中去。沒(méi)有回傳線(xiàn)路的這類(lèi)系統(tǒng),面對(duì)黑客的攻擊主要是對(duì)IC卡的余額讀取的攻擊。針對(duì)這類(lèi)攻擊,在讀取余額時(shí)和上次余額進(jìn)行比較,如果沒(méi)有換卡且卡上余額大于存儲(chǔ)器中保存的上次觀看后的余額,IC作廢。而余額讀取的電路和算法在主芯片中,對(duì)主芯片的破解難度一般較大。即使這樣,也不能說(shuō)完全安全,采用IC卡有一定的使用期限的方法降低對(duì)余額讀取攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

  在有回傳線(xiàn)路的系統(tǒng)中,就不會(huì)面臨讀余額的攻擊。

  因?yàn)橛脩?hù)的余額保存在服務(wù)端,用戶(hù)的IC卡只有卡號(hào)和密碼,用戶(hù)每開(kāi)一次機(jī)和關(guān)一次機(jī),用戶(hù)ID和用戶(hù)IC卡號(hào)加密(加密方式和ID存儲(chǔ)在ROM內(nèi)的加密方式不同)后傳到服務(wù)端。服務(wù)端根據(jù)用戶(hù)的開(kāi)關(guān)機(jī)情況計(jì)算接收費(fèi)用和卡上余額,當(dāng)余額不足時(shí),用戶(hù)屏幕上會(huì)出現(xiàn)通知用戶(hù)及時(shí)充值的信息。對(duì)于黑客攻擊來(lái)說(shuō),同時(shí)仿制出接收電路和接收IC卡的可能性非常小,就是有,過(guò)一段時(shí)間后,IC卡的余額就會(huì)用完,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響非常小。如果需求更高的安全性,能把用戶(hù)接收次數(shù)加密后同時(shí)傳到服務(wù)器端,服務(wù)端和上一次接收的次數(shù)比較,能查出是不是非法用戶(hù)。PDK能使用上次接收次數(shù)、用戶(hù)ID和IC卡號(hào)的函數(shù),增加保密性。

 

  經(jīng)上述處理后,整個(gè)系統(tǒng)的安全性就主要看對(duì)SK和CW的加密強(qiáng)度,及CW的周期序列長(zhǎng)度和易變性。CW的周期長(zhǎng)度靠CW產(chǎn)生器確保,前面介紹了一種安全性較高的實(shí)現(xiàn)方法。至于對(duì)SK和CW的加密方法,目前都比較成熟。由于CW變化比較快,能選擇加密強(qiáng)度較高,加密較快的DES,IDEA等算法;SK變化比較慢,能選擇加密強(qiáng)度更高,加密較慢的RSA等方法,目前這些加密算法依舊比較安全,用于條件接收系統(tǒng)中能抵御黑客的攻擊。

3 可行性分析

  機(jī)卡分離的管理方式的安全性高于目前流行的“一機(jī)一卡,機(jī)卡配對(duì)”的管理方式,并且實(shí)現(xiàn)并不復(fù)雜。特別是,隨著數(shù)字電視的發(fā)展,用戶(hù)追求個(gè)性化服務(wù),必然會(huì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)端和用戶(hù)的交流,比如實(shí)現(xiàn)節(jié)目預(yù)定,通過(guò)回傳知道電視的收視率,改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量等,那么,通過(guò)回傳方式的機(jī)卡分離管理用戶(hù)并沒(méi)有增加太多成本。

  對(duì)于目前的單通道數(shù)字電視系統(tǒng),增加一條信道會(huì)增加非常多成本,可以采用沒(méi)有回傳通路的用戶(hù)ID和IC卡序號(hào)綁定的方式代替目前的在內(nèi)部有解密系統(tǒng)的智能卡,他的成本比智能卡的管理方式成本并沒(méi)有增加非常多,并且機(jī)卡分離的IC卡損壞或丟失比內(nèi)部有解密系統(tǒng)智能卡損失小得多,機(jī)卡分離的IC卡丟失,用戶(hù)能買(mǎi)取新卡,把余額轉(zhuǎn)入新卡,對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)并沒(méi)用所有損失。

4 結(jié)論

  由以上分析可知,目前流行的機(jī)卡配對(duì)管理模式存在著非常大的安全隱患,而機(jī)卡分離的管理方式安全性就高得多,并且機(jī)卡分離方式實(shí)現(xiàn)成本不是非常高,方便用戶(hù)付費(fèi)。隨著數(shù)字電視的普及,機(jī)卡分離的管理模式必然成為數(shù)字電視條件接收的主要管理方式。

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