專利名稱：一種基于移動設(shè)備的數(shù)字電視用戶認(rèn)證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字電視機(jī)頂盒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到數(shù)字電視用戶認(rèn)證技術(shù)，另外本發(fā)明還涉及到無線擴(kuò)頻通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
九十年代后期，由于有線電視的新增用戶數(shù)量逐步飽和，用戶可以通過有線電視網(wǎng)絡(luò)，享受通訊、娛樂、信息、產(chǎn)品等服務(wù)，基于這種服務(wù)拓展，我們需要收取節(jié)日接收費用和信息服務(wù)費用。由于接受服務(wù)級別不同、收看電視頻道不同、觀看節(jié)目時間不同，如何科學(xué)地收取節(jié)目接收費用和信息服務(wù)費用，這個問題也就擺在我們面前。
縱觀收費管理系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展過程，主要分為模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)兩個歷史階段第一個階段是以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)，為了實現(xiàn)有線電視的有效收費，在前端將模擬信號進(jìn)行加擾，只有安裝了解擾器的用戶才能正常收看。這樣的系統(tǒng)可以通過前端的尋址來控制單個用戶的解擾器開關(guān)。系統(tǒng)可實現(xiàn)全頻段加擾和頻道加擾，實現(xiàn)的方法通常是采用視頻倒相、水平同步重疊、垂直同步重疊、數(shù)字隨機(jī)視頻行抖動等技術(shù)，通常會對信號產(chǎn)生損耗和失真。
第二個階段隨著數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)而產(chǎn)生的條件接收系統(tǒng)，基本原理是采用加擾控制字加密傳輸?shù)姆椒?，用戶端利用IC卡解密。由于采用的是數(shù)字技術(shù)，對信號沒有損耗，系統(tǒng)的保密性、可靠性均大大提高。對傳輸流的加擾，DVB己有標(biāo)準(zhǔn)；對控制字的加密算法一般采用RSA以及3DES算法。
有線數(shù)字電視計費系統(tǒng)技術(shù)由于對加密體制不一樣，不同廠家的系統(tǒng)差別很大，其技術(shù)大體有三種(1)可尋址用戶系統(tǒng)。為解決有線電視系統(tǒng)中用戶收費、網(wǎng)絡(luò)綜合管理、網(wǎng)絡(luò)增值而設(shè)計。利用多功能系統(tǒng)軟件，通過操作計算機(jī)控制有線電視網(wǎng)絡(luò)中所有用戶輸入信號的通斷，或?qū)τ脩粜盘栠M(jìn)行加擾，以此保證有線電視用戶及時交費；通過對可尋址系統(tǒng)設(shè)備中尋址分配器及系統(tǒng)操作軟件的科學(xué)設(shè)計，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)增值之目的，提高管理效率和水平。
(2)數(shù)字式加解擾系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用了行切割旋轉(zhuǎn)加擾技術(shù)方式，集成了中央控制技術(shù)，數(shù)字處理技術(shù)，集成電路技術(shù)，軟件應(yīng)用控制技術(shù)，使系統(tǒng)具備了強大而完善的管理功能和安全性。系統(tǒng)特點是采用集中控制授權(quán)方式，可控制到每一個用戶，每一個頻道收費。但兼容擴(kuò)展性差，投資額大。
(3)條件接收系統(tǒng)。由加擾器、解擾器、加密器、控制字產(chǎn)生器、用戶授權(quán)系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)等部分組成。系統(tǒng)應(yīng)能對用戶實行的有效管理，確保用戶按時交費，清晰反映用戶的收費情況，還能實行分布式的數(shù)據(jù)庫管理，以實現(xiàn)不同地域數(shù)據(jù)相對獨立和統(tǒng)一。
本發(fā)明主要涉及到條件接受系統(tǒng)。
隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及和國民經(jīng)濟(jì)信息化的發(fā)展，客戶/服務(wù)器計算、分布式處理、國際互連網(wǎng)(Internet)、內(nèi)部網(wǎng)(Intranet)等技術(shù)被廣泛接受和應(yīng)用，計算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)需求迅速擴(kuò)大。在諸多計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，無線網(wǎng)(Wireless Network)以其無需布線、在一定區(qū)域漫游、運行費用低廉等優(yōu)點，在許多應(yīng)用場合有其他聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不可替代的作用，而在無線通信技術(shù)中，基于擴(kuò)頻技術(shù)的計算機(jī)無線網(wǎng)具有抗干擾能力強、易于實現(xiàn)碼分多址、安全保密、無須申請頻率資源等特點，近年來在計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的各個領(lǐng)域都得到了廣泛地應(yīng)用。
擴(kuò)頻通信具有其他方式不可比擬的優(yōu)點，近年來在無線通信中得到越來越廣泛地應(yīng)用。擴(kuò)頻通信(Spread Spectrum Communications)開始出現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)，作為美軍使用的無線保密通信技術(shù)?，F(xiàn)在擴(kuò)頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括計算機(jī)無線網(wǎng)等許多領(lǐng)域。擴(kuò)頻通信是一種信息傳遞方式，其信號所占用的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳的信息無關(guān)；在接收端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息。
擴(kuò)頻通信具有如下特點抗干擾性強，隱蔽性好，抗多徑干擾，通信速率高(2M，8M，11Mbps)，無須申請頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能好等等。與X.25和DDN相比，無線擴(kuò)頻網(wǎng)具有速率高(2Mbps，8Mbps，11Mbps)，安裝簡單，運行費用低(無須租費，僅投入少量維護(hù)費用)，無須申請頻率資源，容易擴(kuò)展投資少等優(yōu)點。另外，如使用X.25或DDN作為網(wǎng)間互連的鏈路，在鏈路兩端要使用路由器、多路復(fù)用器等設(shè)備，而無線擴(kuò)頻產(chǎn)品有網(wǎng)橋、路由器、調(diào)制解調(diào)器等多種選擇，節(jié)省設(shè)備和投資，因此無線擴(kuò)頻網(wǎng)比X.25和DDN在幾百公里范圍內(nèi)聯(lián)網(wǎng)要有明顯的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
基于以前技術(shù)的很多不足，本發(fā)明設(shè)計一個基于移動設(shè)備的數(shù)字電視用戶認(rèn)證系統(tǒng)，也就是數(shù)字電視條件接受系統(tǒng)，用于管理由于用戶接收的服務(wù)不同、收看電視節(jié)目不同、收看的時間段不同而帶來的不同收費的問題。
一種基于移動設(shè)備的數(shù)字電視用戶認(rèn)證系統(tǒng)，它包括布置在服務(wù)器的前端系統(tǒng)、布置在用戶家中的接收機(jī)(相當(dāng)于機(jī)頂盒)以及包含業(yè)務(wù)密鑰的移動設(shè)備。
所述前端系統(tǒng)設(shè)計主要包括節(jié)目管理系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、加密設(shè)備或模塊、加擾設(shè)備等，主要完成數(shù)據(jù)的加擾、加密工作，前端系統(tǒng)與電視局使用的前端系統(tǒng)類似。
所述接受機(jī)相當(dāng)于一部數(shù)字電視機(jī)頂盒，主要包括信號處理、控制和接口幾大部分，主要接收前端傳輸過來的電視節(jié)目信號，實現(xiàn)信道和信源解碼，與用戶使用的移動終端合作完成節(jié)目信號的解擾，從而使用戶可以看到已經(jīng)授權(quán)的電視節(jié)目。
所述用戶使用的移動設(shè)備主要儲存了已經(jīng)授權(quán)的業(yè)務(wù)密鑰，主要用于解擾電視節(jié)目，移動設(shè)備使用無線擴(kuò)頻通信技術(shù)與接收端連接，移動設(shè)備中保存著用于解擾節(jié)目的業(yè)務(wù)密鑰，該密鑰必須是用戶在廣播電視局中注冊，并得到授權(quán)才能夠獲得的。
本發(fā)明的工作流程如下在前端，條件接收系統(tǒng)提供一個授權(quán)控制信息ECM(Entitle ControlMessage)發(fā)生器，它將接入條件和控制字結(jié)合到節(jié)目所屬的ECM中。極少情況下，它也提供控制字發(fā)生器和加擾器。由運營者編輯的接入條件能由播放系統(tǒng)編排程序，它們能一并地組合到電子節(jié)目指南中。而且，為了將授權(quán)管理信息EMM(Entitle Manage Message)插入到傳送流中，可將EMM發(fā)生器連接到前端上。EMM發(fā)生器是用戶管理系統(tǒng)和授權(quán)管理系統(tǒng)的組合，前者被用戶看作他們的商業(yè)接口，后者在傳送流中對終端產(chǎn)生和廣播EMM。
前端涉及到兩個加密系統(tǒng)，一個是節(jié)目加密系統(tǒng)，對播出的節(jié)目內(nèi)容進(jìn)行加密，習(xí)慣上稱為加擾，它的作用是擾亂節(jié)目信號，使得未經(jīng)授權(quán)的用戶不能收看加密節(jié)目。另一個加密系統(tǒng)是分層密鑰加密系統(tǒng)，其目的是使用一環(huán)緊扣一環(huán)的層次加密，保護(hù)控制字的安全。對于節(jié)目的加擾，我們采用DVB Common Scrambling算法，該加擾算法使用的是基于密鑰的算法，控制密鑰是CW，為了保證加擾的安全可靠，CW通常5-10秒變化一次，并且保證充分的隨機(jī)性，有效地抵抗黑客的攻擊，由于前端采用了標(biāo)準(zhǔn)的通用加擾算法，為接收設(shè)備的統(tǒng)一提供了基礎(chǔ)，只要接收設(shè)備配備了同樣的解擾算法，并完成了CA系統(tǒng)集成，即具備了收看加擾節(jié)目的條件，如果有授權(quán)即可收看加擾節(jié)目。
接收機(jī)接收加擾節(jié)目的TS流后，按照用戶使用的移動設(shè)備提供的參數(shù)過濾出ECM，EMM消息，并按照一定的規(guī)則要求將ECM，EMM消息傳送給移動設(shè)備。移動設(shè)備接收到ECM，EMM消息后，分別對其進(jìn)行相關(guān)的處理，將授權(quán)寫入移動設(shè)備的用戶授權(quán)數(shù)據(jù)區(qū)，并根據(jù)授權(quán)條件及指定的密鑰解出加擾控制字CW，同時將CW傳送給接收端。接收端接收到CW后，將其傳送給解擾器，如果解擾控制字CW正確，則可解出加擾節(jié)目，否則將收看不到節(jié)目。
用戶使用的移動設(shè)備類似于原來機(jī)頂盒中的智能卡，使用無線擴(kuò)頻通信技術(shù)與接收端連接。移動設(shè)備(例如手機(jī))中保存著用于解擾節(jié)目的業(yè)務(wù)密鑰，該密鑰必須是用戶在廣播電視局中注冊，并得到授權(quán)才能夠獲得的。
本發(fā)明的最大有益效果在于將數(shù)字電視機(jī)頂盒的智能卡功能移植到移動設(shè)備上，實現(xiàn)了機(jī)頂盒與智能卡的機(jī)卡分離，這樣就分離了數(shù)字電視的收費管理系統(tǒng)和節(jié)目接收系統(tǒng)。由于各地方數(shù)字電視接收條件不一樣，各地的機(jī)頂盒不能兼容，因此廠商不能大規(guī)模生產(chǎn)機(jī)頂盒，使得機(jī)頂盒成本居高不下。實現(xiàn)了“機(jī)卡分離”的條件接收系統(tǒng)，將有利于機(jī)頂盒的大規(guī)模生產(chǎn)，成本降低，并且用戶可以選擇不同的品牌和性能。


圖1為用戶認(rèn)證系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖；圖2為接收機(jī)的硬件高構(gòu)圖；圖3為用戶認(rèn)證系統(tǒng)的節(jié)目解擾示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
如附圖1所示，整個數(shù)字電視用戶認(rèn)證系統(tǒng)包括三個主要部分前端、接收端和移動設(shè)備。
前端系統(tǒng)設(shè)計主要包括節(jié)目管理系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、加密設(shè)備或模塊、加擾設(shè)備等。我們先把數(shù)字化節(jié)目通過數(shù)據(jù)串行接口傳送到復(fù)用/加擾器中，為了使用戶管理系統(tǒng)能夠正常工作，必須在復(fù)用/加擾器中預(yù)先完成各項初始設(shè)置，使用戶管理系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)接口與復(fù)用/加擾器建立好通訊連接，并建立相關(guān)的PMT、CAT表等。
復(fù)用/加擾器開始加擾時，首先根據(jù)節(jié)目播放的授權(quán)要求，由控制字發(fā)生器通過安全算法產(chǎn)生控制字CW，由它來控制加擾器對來自復(fù)用器的MPEG-2傳送流進(jìn)行加擾。控制字CW的字長一般為60bit，為了安全起見，每5-20秒改變一次。并在使用CW加擾TS流之前，先將CW通過標(biāo)準(zhǔn)接口傳送給ECMG，并等待ECMG返回ECM消息，此ECM消息已經(jīng)將CW及有關(guān)節(jié)目屬性信息以密文形式封裝到數(shù)據(jù)包內(nèi)，復(fù)用/加擾器接收到ECM包并通過SCS同步后，按照特定的時序關(guān)系將ECM插入到TS流當(dāng)中，將CW傳送給加擾模塊，而加擾模塊按照事先預(yù)定好的規(guī)則使用CW加擾相關(guān)的視音頻節(jié)目。同時復(fù)用器還可將已經(jīng)收到的EMM消息、SI信息插入到TS流中，并將復(fù)用好的包含ECM.EMM和SI的TS流通過ASI接口傳送到調(diào)制器中，然后傳送到用戶端，至此完成了前端的加擾控制工作。
在用戶端，主要由接收機(jī)(機(jī)頂盒)和移動設(shè)備(如手機(jī))組成。其中接收機(jī)的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，主要包括信道解碼和信源解碼兩個模塊。用戶購買數(shù)字電視節(jié)目之后，將得到一個業(yè)務(wù)密鑰，此密鑰會被保存在移動設(shè)備的存儲卡里面。當(dāng)用戶準(zhǔn)備收看電視時，首先使用移動設(shè)備通過無線擴(kuò)頻技術(shù)連接到接收機(jī)。
接收機(jī)接收加擾節(jié)目的TS流后，按照用戶移動設(shè)備提供的參數(shù)過濾出ECM，EMM消息，并按照一定的規(guī)則要求將ECM，EMM消息傳送給移動設(shè)備。移動設(shè)備接收到ECM，EMM消息后，分別對其進(jìn)行相關(guān)的處理，將授權(quán)寫入移動設(shè)備的用戶授權(quán)數(shù)據(jù)區(qū)，并根據(jù)授權(quán)條件及指定的密鑰解出加擾控制字CW，同時將CW傳送給接收機(jī)。接收機(jī)接收到CW后，將其傳送給解擾器，如果解擾控制字CW正確，則可解出加擾節(jié)目，否則將收看不到節(jié)目。
在接收機(jī)接收信號的時候，由于ECM和EMM信號被放置于MPEG-2傳送流包的固定位置，因此，解復(fù)用器便很容易解出ECM和EMM信號。接收機(jī)首先從解調(diào)后得到的傳送流中取得ECM和EMM信息，其次在移動設(shè)備中完成用分配密鑰對；EMM解密得到業(yè)務(wù)密鑰SK，然后用業(yè)務(wù)密鑰對ECM解密，得到控制字和控制參數(shù)，恢復(fù)出控制字CW，并將它送至解擾器進(jìn)行解擾?？梢?，整個數(shù)字電視廣播CA系統(tǒng)的安全性得到了三重保護(hù)(如附圖3所示)。
第一重保護(hù)利用控制字對圖像、聲音和數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾。對圖像、聲音和數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾，使沒有得到授權(quán)用戶的接收機(jī)無法進(jìn)行解擾，不能正常收看節(jié)目。
第二重保護(hù)利用業(yè)務(wù)密鑰對授權(quán)控制信息ECM加密。控制字的安全傳送依靠業(yè)務(wù)密鑰，用戶端的機(jī)頂盒只有在得到現(xiàn)行有效的業(yè)務(wù)密鑰后，才能對ECM解密，從而獲得控制字CW。這樣控制字在傳送給用戶的過程中即使被盜，盜竊者也無法對加密的控制字進(jìn)行解密。
第三重保護(hù)利用分配密鑰對授權(quán)管理信息EMM加密。對EMM加密使得整個系統(tǒng)的安全性更強，使非授權(quán)用戶在即使得到加密的授權(quán)管理信息的情況下，由于得不到分配密鑰，因而無法對EMM解密，也就得不到業(yè)務(wù)密鑰SK，更無法得到控制字，沒有正確的控制字就無法解出并獲得正常信號。
權(quán)利要求
1.一種基于移動設(shè)備的數(shù)字電視用戶認(rèn)證系統(tǒng)，它包括布置在服務(wù)器的前端系統(tǒng)、布置在用戶家中的接收機(jī)(相當(dāng)于機(jī)頂盒)以及包含業(yè)務(wù)密鑰的移動設(shè)備前端系統(tǒng)設(shè)計主要包括節(jié)目管理系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、加密設(shè)備或模塊、加擾設(shè)備等，主要完成數(shù)據(jù)的加擾、加密工作，前端系統(tǒng)與電視局使用的前端系統(tǒng)類似；接受機(jī)相當(dāng)于一部數(shù)字電視機(jī)頂盒，主要包括信號處理、控制和接口幾大部分，主要接收前端傳輸過來的電視節(jié)目信號，實現(xiàn)信道和信源解碼，與用戶使用的移動終端合作完成節(jié)目信號的解擾，從而使用戶可以看到已經(jīng)授權(quán)的電視節(jié)目；用戶使用的移動設(shè)備主要儲存了已經(jīng)授權(quán)的業(yè)務(wù)密鑰，主要用于解擾電視節(jié)目。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動設(shè)備的數(shù)字電視用戶認(rèn)證系統(tǒng)，其特征在于，所述移動設(shè)備使用無線擴(kuò)頻通信技術(shù)與接收端連接，移動設(shè)備中保存著用于解擾節(jié)目的業(yè)務(wù)密鑰，該密鑰必須是用戶在廣播電視局中注冊，并得到授權(quán)才能夠獲得的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于移動設(shè)備的數(shù)字電視用戶認(rèn)證系統(tǒng)，它涉及數(shù)字電視機(jī)頂盒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到數(shù)字電視用戶認(rèn)證技術(shù)和無線擴(kuò)頻通信技術(shù)。該系統(tǒng)包括布置在服務(wù)器的前端系統(tǒng)、布置在用戶家中的接收機(jī)和包含業(yè)務(wù)密鑰的移動設(shè)備，前端系統(tǒng)包括節(jié)目管理系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、加密設(shè)備或模塊、加擾設(shè)備等，主要完成數(shù)據(jù)的加擾、加密工作；接受機(jī)相當(dāng)于一部數(shù)字電視機(jī)頂盒，主要接收前端傳輸過來的電視節(jié)目信號，實現(xiàn)信道和信源解碼，與移動終端合作完成節(jié)目信號的解擾；移動設(shè)備儲存了已經(jīng)授權(quán)的業(yè)務(wù)密鑰，主要用于解擾電視節(jié)目。本發(fā)明實現(xiàn)了機(jī)卡分離，有利于機(jī)頂盒的大規(guī)模生產(chǎn)，成本降低，并且用戶可以選擇不同的品牌和性能。
文檔編號H04N5/00GK101022531SQ20061012435
公開日2007年8月22日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者周懌, 羅笑南 申請人:中山大學(xué)