現在國內推出的數字電視（DTV）條件接收系統（CAS）在接收端基本上都是采用 “一機一卡，機卡配對”的智能卡進行管理，服務器端不能及時了解用戶端的情況，如果用戶端的智能卡被破解，整個系統就形同虛設，造成服務商巨大的經濟損失。
        隨著數字電視的普及，這個問題的解決也變得越來越迫切。

1 當前條件接收系統的安全性分析

　　現在的條件接收系統采用3層加密系統。

　　進行擾亂，使非授權用戶無法接收信號；而授權用戶在接收端通過同樣的CW控制解擾器對信號解擾，恢復出可以接收的信號。

加密：因為CW必須通過公用網絡傳輸到接收端，必須對其進行加密保護。首先通過服務密鑰（SK）對CW加密形成授權控制信息（ECM）；然后，通過個人分配密鑰PDK對SK進行加密形成授權管理信息（EMM）。解密時通過智能卡中的本地密鑰逐步解出上層密鑰，最后得到CW。

　　當前流行的CAS系統看似非常安全，通過3層加密，有的甚至更多層加密，但系統畢竟由多個環節組成，黑客可以根據不同系統的特點，采用不同的攻擊方法。

　　（1）對CW進行攻擊。CW是整個系統的基礎，是條件接收系統的核心，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，且變化頻率比較快，破譯CW非常困難，即使破譯了一個CW，往往已過了有效期。但是，CW的整個周期序列如果全部破解，對整個系統是災難性的。

　?。?）對ECM，EMM進行攻擊。在系統傳輸過程中截獲ECM，EMM密鑰及數據破解，同時制造假冒消息和盜版卡，達到破譯的目的。

　?。?）對用戶智能卡進行攻擊。用戶智能卡作為加密控制鑰匙散發到電視觀眾中去，黑客同樣可以購買到合法用戶卡，因此用戶智能卡遭受攻擊的機會很多。黑客可以通過使用標準的智能卡開發測試工具，試探讀取內部密鑰數據、授權數據及應用程序，制作盜版卡或仿真卡；黑客利用先進的技術測試卡內硬件的結構和電信號，破譯卡的結構和數據，制作盜版卡。

　　2 安全防范措施

　　2.1 針對CW的攻擊，采用安全性較高的CW產生器

　　CW產生器是在芯片內部實現：它是以可預置線性反雷數要求互質，每個LFSR的反饋多項式要求是本原的，這樣產生的偽隨機序列具有最大周期。總線是控制碼發生器（一個偽隨機序列發生器）產生的選擇器控制碼，有8個抽頭并行輸出，每兩位對應一個選擇器的選擇端。每個選擇器的輸出是選出的4個LFSR反饋之一，作為與之相連的LFSR時鐘。這是Gollmann級聯的改進型，通過數據選擇消除了Gollmann級聯易受鎖定攻擊的缺點。4個LSFR輸出的異或（當輸入奇數個1時輸出為1），除去LFSR的線性影響，通過數字選擇器選取這些異或后的輸出之一作為CW產生器串行序列的輸出，通過串轉并輸出作為CW。數字選擇器濾除了CW 產生器的代數特性避免相關（線性代數）攻擊。這樣產生的CW周期性長，相關性小，安全性高。

　　選擇碼生成器是一個偽隨機產生序列，通過它產生的序列碼去控制選擇器的選擇輸入端。因為用戶管理信息需要計算機管理，所以可以在計算機中產生序列碼作為選擇碼生成器的初始值和LFSR的初始值。計算機中的軟件容易修改，初始值可以隨時改變，如果黑客破解了當時的CW序列，由于初始值的改變，又生成了新的CW序列，避免了整個系統的毀滅性打擊。

　　2.2 針對智能卡和ECM，EMM攻擊的策略，采用一種“機卡分離”方案

　　無論是對智能卡還是對ECM，EMM攻擊，目的都是制造盜版卡，造成服務商的損失。既然機卡配對的管理方式有這么大的安全隱患，為什么現在流行這種方法呢？這是因為截止到現在，國內數字電視還沒有普及，數字電視條件接收系統的標準還沒有確定，這種方式管理簡單，成本低。并且，對于黑客來說，他們花那么大的本錢去破解可能得不償失，因為現在的數字電視只是起步，用戶較少，等他們破解了系統，可能由于標準的制定，服務商又采用了新的系統。所以這種管理系統目前來說還比較安全。

　　但是，隨著數字電視普及和條件接收系統標準的制定，再使用一機一卡、機卡配對的方式管理，遭受攻擊的可能性就大大增加。所以說這種管理方式只是從模擬電視條件接收系統到數字電視條件接收系統的過渡產物。隨著數字電視產業的蓬勃發展，將來的條件接收系統的主流必然是“機卡分離”的方式，徹底解決一機一卡易受攻擊的缺點。

　　采用的方法是借鑒現在的國際互聯網絡中的網卡技術，每個用戶的用戶ID都是不同的，PDK是用戶ID和其他信息的一個函數，不同的是它采用了盜版防護機制，即使黑客通過高科技制造出一模一樣的盜版，通過回傳綁定機制也可以發現。具體方法如下：用戶ID加密后存放在ROM中，用戶觀看次數加密后存放在EEPROM中(如果電路有回傳線路可選)，其他的解密、解擾電路和算法都存放在用戶端的主芯片中。IC卡和現在流行的“一機一卡，機卡配對”內有解密電路的智能卡完全不同，在它里面只保存IC卡號和IC卡密碼（如果沒用回傳線路，里面還有余額）等，就像現在的電話IC卡一樣，用戶在什么地方買卡都可以，只要是播放本節目的服務商發行的卡都可以用，實行機卡分離。

　　用戶買到IC卡后，首先通過回傳系統或者電話通知服務端，使IC卡號和接收機用戶ID進行綁定。一般來說，用戶為了避免買到偽造卡，買卡時就像手機充值一樣，拿到卡后就立即打電話通過服務端進行認證和綁定。用戶的舊卡的余額也轉移到新綁定的卡上（有回傳通路的）。綁定后，服務端就用IC卡號和用戶ID的函數共同生成PDK，通過這樣的PDK對SK加密。通過IC卡綁定，還可以發現偽造的接收電路，因為，當有不同的IC卡去綁定同一個用戶ID時，就會被發現，接收電路的真假通過用戶資料馬上就可辨別。再說，就是偽造接收電路，還要買接收卡，達不到免費接收的目的，黑客不會去花費功夫制作偽造電路的。

　　接收時用戶必須插入IC卡，安全處理器首先對IC卡識別真偽。識別后，如果是沒有回傳線路的系統，安全處理器讀取IC卡的余額，如果余額較多，讀取IC卡的卡號和ROM內的用戶ID對SK解密；如果余額不足，通知用戶及時換卡。換卡后，電視就按新卡序號進行加密。用戶端可以設計有保存余額的存儲器，把里面保存的舊卡余額加到新卡中去。沒有回傳線路的這類系統，面對黑客的攻擊主要是對IC卡的余額讀取的攻擊。針對這類攻擊，在讀取余額時與上次余額進行比較，如果沒有換卡且卡上余額大于存儲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，對主芯片的破解難度一般較大。即使這樣，也不能說完全安全，采用IC卡有一定的使用期限的方法降低對余額讀取攻擊的風險。

　　在有回傳線路的系統中，就不會面臨讀余額的攻擊。因為用戶的余額保存在服務端，用戶的IC卡只有卡號和密碼，用戶每開一次機和關一次機，用戶ID和用戶IC卡號加密（加密方式和ID存儲在ROM內的加密方式不同）后傳到服務端。服務端根據用戶的開關機情況計算接收費用和卡上余額，當余額不足時，用戶屏幕上會出現通知用戶及時充值的信息。對于黑客攻擊來說，同時仿制出接收電路和接收IC卡的可能性很小，就是有，過一段時間后，IC卡的余額就會用完，對整個系統的影響很小。如果要求更高的安全性，可以把用戶接收次數加密后同時傳到服務器端，服務端和上一次接收的次數比較，可以查出是不是非法用戶。PDK可以使用上次接收次數、用戶ID和IC卡號的函數,增加保密性。

　　經上述處理后，整個系統的安全性就主要看對SK和CW的加密強度，以及CW的周期序列長度和易變性。CW的周期長度靠CW產生器保證，前面介紹了一種安全性較高的實現方法。至于對SK和CW的加密方法，現在都比較成熟。由于CW變化比較快，可以選擇加密強度較高，加密較快的DES，IDEA等算法；SK變化比較慢，可以選擇加密強度更高，加密較慢的RSA等方法，現在這些加密算法依舊比較安全，用于條件接收系統中可以抵御黑客的攻擊。

　　3 可行性分析

　　機卡分離的管理方式的安全性高于現在流行的“一機一卡，機卡配對”的管理方式，并且實現并不復雜。特別是，隨著數字電視的發展，用戶追求個性化服務，必然會實現服務端與用戶的交流，比如實現節目預定，通過回傳知道電視的收視率，改進服務質量等，那么，通過回傳方式的機卡分離管理用戶并沒有增加太多成本。

對于現在的單通道數字電視系統，增加一條信道會增加很多成本， 可以采用沒有回傳通路的用戶ID和IC卡序號綁定的方式代替現在的在內部有解密系統的智能卡，它的成本比智能卡的管理方式成本并沒有增加很多，并且機卡分離的IC卡損壞或丟失比內部有解密系統智能卡損失小得多，機卡分離的IC卡丟失，用戶可以買取新卡，把余額轉入新卡，對用戶來說并沒用任何損失。

　　4 結論

　　由以上分析可知，現在流行的機卡配對管理模式存在著很大的安全隱患，而機卡分離的管理方式安全性就高得多,并且機卡分離方式實現成本不是很高，方便用戶付費。隨著數字電視的普及，機卡分離的管理模式必然成為數字電視條件接收的主要管理方式。