數(shù)字電視智能卡CA的工作原理

　　數(shù)字電視CA的各個(gè)部分是緊密連接在一起的，一旦一部分出問題，其他也會(huì)受牽連。 CA的破解都是從局部的破解開始，直到最后徹底被攻破。根據(jù)從以往被破解的CA過程，分別解釋如下：

　　首先要了解一下CA的結(jié)構(gòu)，見圖一的智能卡，這里面保存了CA公司的全部家當(dāng)。并注明了各部分大體的重要性分量。

圖一

　　算法：這一部分的算法設(shè)計(jì)水平可以決定智能卡的成本高低，如果能設(shè)計(jì)一個(gè)高效的算法，可以降低對(duì)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?yàn)樵谥悄芸ɡ锩孢\(yùn)算DES算法很耗費(fèi)時(shí)間，對(duì)設(shè)計(jì)要求較高。也是因?yàn)檫@個(gè)原因，對(duì)同一家CA公司而言，批量供貨的智能卡肯定都是同一種算法。DES(數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn))在1977年被美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)可成為均衡加密算法的標(biāo)準(zhǔn),是一種公開的算法，直到現(xiàn)在還在廣泛應(yīng)用。機(jī)頂盒中解解密流的解擾器也是采用的DES算法。采用算法保密的CA一般在DES或3DES基礎(chǔ)上加上一個(gè)殼，就起到算法保密的作用，但這種作用在通訊接口配破解后，有的高水平的黑客就可以根據(jù)明文和密文的規(guī)律對(duì)應(yīng)關(guān)系，將這個(gè)殼剝離掉。

　　密鑰：這部分一般根據(jù)不同的運(yùn)營(yíng)商單獨(dú)設(shè)置，也有的CA公司針對(duì)好多規(guī)模不很大的運(yùn)營(yíng)商都用同一組密鑰。在采用DES或3DES的情況下，密鑰長(zhǎng)度為64位，去掉8個(gè)校驗(yàn)位，實(shí)際長(zhǎng)度為56位。這個(gè)密鑰長(zhǎng)度，表明有數(shù)量龐大的密鑰可能性，在使用DES標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)初，要破解一個(gè)DES密鑰，普通的PC機(jī)要運(yùn)行上百年。得益于計(jì)算速度的加快，早在1998年,就有人制造了一臺(tái)專用于破解des的機(jī)器,這臺(tái)機(jī)器叫做Deep Crack ,總共耗資20萬美元,平均破解(窮舉)出一個(gè)正確的key需耗時(shí)4天左右。即使現(xiàn)在，破解這樣一個(gè)，現(xiàn)在制造這樣一臺(tái)機(jī)器花費(fèi)也要超過1萬美元。國(guó)外也有報(bào)道，采用高速DSP或FPGA，花費(fèi)不到5000美元，每秒鐘可以窮舉超過1000億個(gè)密鑰，這樣也能在幾天內(nèi)將正確的密鑰找出來。不過，如果有足夠多的明文和密文對(duì)樣板，很多人用PC機(jī)協(xié)同操作，采用碰撞法，也很可能在短時(shí)間內(nèi)將正確的密鑰找到。雖然密鑰的數(shù)據(jù)量不大，但在CA中的位置是舉足輕重的，在知道但當(dāng)知道了CA所采用的算法之后，即使不破壞智能卡，推出密鑰只是時(shí)間問題。

　　通訊接口,包含以下兩部分：１、COS接口，這是CA公司在開發(fā)CA時(shí)所必須的接口，也是向智能卡里寫算法和密鑰的接口，每張智能卡里都一樣。２、和算法密鑰溝通的通訊及命令接口，就是將機(jī)頂盒接收到的ECM送到算法部分，根據(jù)索引取得對(duì)應(yīng)的密鑰進(jìn)行解密。通訊接口是靠近密鑰和算法最近的部分。在通訊接口被破解之后，可以獲得足夠的明文CW和密文ECM對(duì)，有利于采取團(tuán)隊(duì)合作的方式用碰撞法獲得密鑰，這對(duì)于采取密鑰保密措施的數(shù)字電視CA威脅很大。另一方面，黑客可以利用已經(jīng)被破解的通訊接口，對(duì)智能卡里的算法進(jìn)行更進(jìn)一步的攻擊。

　　圖二是一種傳統(tǒng)的CA算法破解方式，是采用物理方法將智能卡內(nèi)部的算法和密鑰讀出來，再?gòu)?fù)制盜版卡。因?yàn)榛ㄙM(fèi)比較大，再加上現(xiàn)在的CW網(wǎng)絡(luò)共享成本很低，一般情況下就不再采取這種方式破解了。但是，在互聯(lián)網(wǎng)不發(fā)達(dá)的時(shí)候，第一代CA幾乎全部是用這種方式被破解的，這是一種非常徹底的破解，解決的唯一辦法就是換卡。

圖二

　　圖三中是CW加密傳輸?shù)腃A原理與破解，有的CA在CW傳輸構(gòu)成中進(jìn)行了加密，但這種加密幾乎沒有對(duì)黑客形成阻礙。

　　圖四，是一種流行最早最廣泛的網(wǎng)絡(luò)共享技術(shù)，最著名的就是德國(guó)生產(chǎn)的Dream系列的衛(wèi)星共享機(jī)頂盒，現(xiàn)在的Dream系列機(jī)頂盒還有很強(qiáng)大的PVR功能，使用開放的Linux操作系統(tǒng)，對(duì)普及數(shù)字電視共享技術(shù)起到了很大的作用。目前，在歐洲和北美使用DreamBox進(jìn)行智能卡共享非常廣泛，Dream還專為中國(guó)市場(chǎng)設(shè)計(jì)了DreamBox500C，因?yàn)閮r(jià)位較高，用戶寥寥。其次是韓國(guó)的共享機(jī)頂盒，技術(shù)水平也非常高，甚至他們動(dòng)用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)的地區(qū)提供共享服務(wù)。

圖四

　圖五，是一種比較先進(jìn)的智能卡共享，這種共享最適合于中國(guó)平移后的有線電視智能卡共享。方法是，把原來發(fā)的機(jī)頂盒拔下來，插到共享機(jī)頂盒上，再把一個(gè)智能卡轉(zhuǎn)無線的轉(zhuǎn)接板插到原來的平移機(jī)頂盒上，在共享機(jī)頂盒上再插上一個(gè)無線轉(zhuǎn)串口的小盒子。這樣，原來的平移機(jī)頂盒就變成了子機(jī)，共享機(jī)頂盒就變成了母機(jī)，在母機(jī)上還有網(wǎng)絡(luò)接口，可以在互聯(lián)網(wǎng)更大的范圍內(nèi)共享。

　　在原來網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)的情況下，智能卡和機(jī)頂盒通訊接口部分只占CA公司家當(dāng)?shù)?0%。如果考慮到網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況，在兩到三年內(nèi)會(huì)占到CA公司家當(dāng)?shù)?0%以上。網(wǎng)絡(luò)越發(fā)達(dá)、節(jié)目費(fèi)用越高、機(jī)頂盒成本越低，這部分對(duì)CA公司和運(yùn)營(yíng)商的威脅越大。

　　圖六是傳統(tǒng)CA的破解步驟，只要解加密的CW算法被攻破，整個(gè)CA就算完了，就可以在此基礎(chǔ)上完成圖二中的算法破解和圖四、圖五中的網(wǎng)絡(luò)共享。

圖六

　　在上述破解步驟中，第一步(Step1)的破解在網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)的情況下，不會(huì)引起安全隱患，花費(fèi)也不大，因?yàn)檫€得需要插入智能卡才能解節(jié)目，破解收益不大。但是在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的今天，這一步的破解就有很大意義了，并成了數(shù)字電視盜版的主要形式。

　　第二步(Step2)的破解花費(fèi)較大，是以前的數(shù)字電視盜版的主要形式，破解者出售CA算法可以謀取暴利。因?yàn)榈谝徊?Step1)的盜版很容易實(shí)現(xiàn)，并很容易進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享，使得這種花費(fèi)大的盜版意義降低。

　　盜版是一種違法行為，為什么在法律嚴(yán)格的歐美，數(shù)字電視共享盜版還那么普遍呢？

　　這是因?yàn)?，現(xiàn)在的國(guó)外機(jī)頂盒技術(shù)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，網(wǎng)絡(luò)功能非常強(qiáng)大，像德國(guó)的DreamBox在出廠時(shí)是沒有共享功能的“裸機(jī)”，用戶購(gòu)買后可以從網(wǎng)絡(luò)上下載能夠進(jìn)行CW共享的軟件運(yùn)行。又因?yàn)檫@些機(jī)頂盒的軟件操作系統(tǒng)大都是LINUX操作系統(tǒng)，要遵守GPL(開源通用公共許可證，General Public License)，所以必須公開源代碼，眾多黑客在這個(gè)平臺(tái)上開發(fā)出了各種各樣的CW共享軟件，非常豐富。用戶買到這樣的機(jī)器可以自行裝載CW共享軟件。這樣，數(shù)字電視的CW共享盜版就變成了用戶個(gè)人的行為。在這里，機(jī)頂盒就像普通意義上的PC機(jī)，用戶買來機(jī)頂盒就像買來PC機(jī)一樣，在上面運(yùn)行開發(fā)什么樣的軟件是購(gòu)買者的自由，不需要賣機(jī)頂盒的人負(fù)責(zé)。這和你買PC機(jī)用于干壞事，責(zé)任不在賣PC機(jī)的人的道理一樣。