数字电视智能卡CA的工作原理

　最近数字电视CA的安全性讨论甚嚣，笔者从流行欧美的数字电视共享技术角度，用图解加文字的形式，为了给大家一个直观的认识，将神秘的数字电视CA展现在读者面前。

　　数字电视CA的各个部分是紧密连接在一起的，一旦一部分出问题，其他也会受牵连。 CA的破解都是从局部的破解开始，直到最后彻底被攻破。根据从以往被破解的CA过程，分别解释如下：

　　首先要了解一下CA的结构，见图一的智能卡，这里面保存了CA公司的全部家当。并注明了各部分大体的重要性分量。

图一

　　算法：这一部分的算法设计水平可以决定智能卡的成本高低，如果能设计一个高效的算法，可以降低对智能卡的要求，智能卡成本就高，反之，智能卡成本就低；但大多CA公司的核心算法都是3DES甚至DES，因为在智能卡里面运算DES算法很耗费时间，对设计要求较高。也是因为这个原因，对同一家CA公司而言，批量供货的智能卡肯定都是同一种算法。DES(数据加密标准)在1977年被美国国家标准技术协会认可成为均衡加密算法的标准,是一种公开的算法，直到现在还在广泛应用。机顶盒中解解密流的解扰器也是采用的DES算法。采用算法保密的CA一般在DES或3DES基础上加上一个壳，就起到算法保密的作用，但这种作用在通讯接口配破解后，有的高水平的黑客就可以根据明文和密文的规律对应关系，将这个壳剥离掉。

　　密钥：这部分一般根据不同的运营商单独设置，也有的CA公司针对好多规模不很大的运营商都用同一组密钥。在采用DES或3DES的情况下，密钥长度为64位，去掉8个校验位，实际长度为56位。这个密钥长度，表明有数量庞大的密钥可能性，在使用DES标准的当初，要破解一个DES密钥，普通的PC机要运行上百年。得益于计算速度的加快，早在1998年,就有人制造了一台专用于破解des的机器,这台机器叫做Deep Crack ,总共耗资20万美元,平均破解(穷举)出一个正确的key需耗时4天左右。即使现在，破解这样一个，现在制造这样一台机器花费也要超过1万美元。国外也有报道，采用高速DSP或FPGA，花费不到5000美元，每秒钟可以穷举超过1000亿个密钥，这样也能在几天内将正确的密钥找出来。不过，如果有足够多的明文和密文对样板，很多人用PC机协同操作，采用碰撞法，也很可能在短时间内将正确的密钥找到。虽然密钥的数据量不大，但在CA中的位置是举足轻重的，在知道但当知道了CA所采用的算法之后，即使不破坏智能卡，推出密钥只是时间问题。

　　通讯接口,包含以下两部分：１、COS接口，这是CA公司在开发CA时所必须的接口，也是向智能卡里写算法和密钥的接口，每张智能卡里都一样。２、和算法密钥沟通的通讯及命令接口，就是将机顶盒接收到的ECM送到算法部分，根据索引取得对应的密钥进行解密。通讯接口是靠近密钥和算法最近的部分。在通讯接口被破解之后，可以获得足够的明文CW和密文ECM对，有利于采取团队合作的方式用碰撞法获得密钥，这对于采取密钥保密措施的数字电视CA威胁很大。另一方面，黑客可以利用已经被破解的通讯接口，对智能卡里的算法进行更进一步的攻击。

　　图二是一种传统的CA算法破解方式，是采用物理方法将智能卡内部的算法和密钥读出来，再复制盗版卡。因为花费比较大，再加上现在的CW网络共享成本很低，一般情况下就不再采取这种方式破解了。但是，在互联网不发达的时候，第一代CA几乎全部是用这种方式被破解的，这是一种非常彻底的破解，解决的唯一办法就是换卡。

图二

　　图三中是CW加密传输的CA原理与破解，有的CA在CW传输构成中进行了加密，但这种加密几乎没有对黑客形成阻碍。

　　图四，是一种流行最早最广泛的网络共享技术，最著名的就是德国生产的Dream系列的卫星共享机顶盒，现在的Dream系列机顶盒还有很强大的PVR功能，使用开放的Linux操作系统，对普及数字电视共享技术起到了很大的作用。目前，在欧洲和北美使用DreamBox进行智能卡共享非常广泛，Dream还专为中国市场设计了DreamBox500C，因为价位较高，用户寥寥。其次是韩国的共享机顶盒，技术水平也非常高，甚至他们动用卫星转发器为网络不发达的地区提供共享服务。

图四

　图五，是一种比较先进的智能卡共享，这种共享最适合于中国平移后的有线电视智能卡共享。方法是，把原来发的机顶盒拔下来，插到共享机顶盒上，再把一个智能卡转无线的转接板插到原来的平移机顶盒上，在共享机顶盒上再插上一个无线转串口的小盒子。这样，原来的平移机顶盒就变成了子机，共享机顶盒就变成了母机，在母机上还有网络接口，可以在互联网更大的范围内共享。

　　在原来网络不发达的情况下，智能卡和机顶盒通讯接口部分只占CA公司家当的30%。如果考虑到网络发展情况，在两到三年内会占到CA公司家当的50%以上。网络越发达、节目费用越高、机顶盒成本越低，这部分对CA公司和运营商的威胁越大。

　　图六是传统CA的破解步骤，只要解加密的CW算法被攻破，整个CA就算完了，就可以在此基础上完成图二中的算法破解和图四、图五中的网络共享。

图六

　　在上述破解步骤中，第一步(Step1)的破解在网络不发达的情况下，不会引起安全隐患，花费也不大，因为还得需要插入智能卡才能解节目，破解收益不大。但是在网络发达的今天，这一步的破解就有很大意义了，并成了数字电视盗版的主要形式。

　　第二步(Step2)的破解花费较大，是以前的数字电视盗版的主要形式，破解者出售CA算法可以谋取暴利。因为第一步(Step1)的盗版很容易实现，并很容易进行网络共享，使得这种花费大的盗版意义降低。

　　盗版是一种违法行为，为什么在法律严格的欧美，数字电视共享盗版还那么普遍呢？

　　这是因为，现在的国外机顶盒技术已经非常发达，网络功能非常强大，像德国的DreamBox在出厂时是没有共享功能的“裸机”，用户购买后可以从网络上下载能够进行CW共享的软件运行。又因为这些机顶盒的软件操作系统大都是LINUX操作系统，要遵守GPL(开源通用公共许可证，General Public License)，所以必须公开源代码，众多黑客在这个平台上开发出了各种各样的CW共享软件，非常丰富。用户买到这样的机器可以自行装载CW共享软件。这样，数字电视的CW共享盗版就变成了用户个人的行为。在这里，机顶盒就像普通意义上的PC机，用户买来机顶盒就像买来PC机一样，在上面运行开发什么样的软件是购买者的自由，不需要卖机顶盒的人负责。这和你买PC机用于干坏事，责任不在卖PC机的人的道理一样。