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加密广播的密钥管理优化
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2009-07-30
张涛
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本文提出了一个四层密钥分层管理模型，改进了逻辑密钥层次LKH 树，使其
适应成员变更频繁的大型动态系统，并采用改进LKH 树方案优化了数字电视广播系统
的密钥管理模块。经实例分析，将优化后的系统与一般广播系统对比，对比后的结果证
明本方案缩减了组管理器的密钥存储开销
并降低了系统通信开销。
数字电视广播系统的安全性主要体现在两个方面：一方面保证授权成员获得解密
密钥，解密后接收广播信息，未授权成员(未付费成员)无法获得密钥，不能接收广播信
息。另一方面，保证对成员的动态管理。当授权成员发生动态变更时，刚加入的成员，
不能访问加入之前的数据，达到向前保密；离开系统的成员，不能继续访问以后的数
据，达到向后保密。每当有成员加入或离开时必须更新密钥，因而密钥管理是研究付费
电视系统的核心问题之一，必须采用有效的密钥管理方案以减少系统通信和密钥存储
开销。在数字电视广播系统中，对成员进行授权管理和密钥管理的部分是条件接收系统
（Condition Access System，CAS）[1,2,3]。CAS有多种密钥分层管理模型，在理论上具有简便安全的优点，但在成员较多、成员变更频繁的情况下，却存在密钥分配、密钥更新工作量大而导致的系统通信开销较大的问题。
本文依据CAS 的密钥分层管理机制，提出了按频道类别分组电视节目的四层密钥分
层模型，在该模型的基础上对LKH（Logickey hierarchy）树方案[4]进行改进，设计了一
个密钥更新方案，并采用该方案对CAS 的密钥管理模块优化，通过实例分析比较了改
进前后的系统，结果证明该方案有效地降低了系统的通信与密钥存储开销，可适用于大
型动态的数字电视广播系统。
适应成员变更频繁的大型动态系统，并采用改进LKH 树方案优化了数字电视广播系统
的密钥管理模块。经实例分析，将优化后的系统与一般广播系统对比，对比后的结果证
明本方案缩减了组管理器的密钥存储开销
并降低了系统通信开销。
数字电视广播系统的安全性主要体现在两个方面：一方面保证授权成员获得解密
密钥，解密后接收广播信息，未授权成员(未付费成员)无法获得密钥，不能接收广播信
息。另一方面，保证对成员的动态管理。当授权成员发生动态变更时，刚加入的成员，
不能访问加入之前的数据，达到向前保密；离开系统的成员，不能继续访问以后的数
据，达到向后保密。每当有成员加入或离开时必须更新密钥，因而密钥管理是研究付费
电视系统的核心问题之一，必须采用有效的密钥管理方案以减少系统通信和密钥存储
开销。在数字电视广播系统中，对成员进行授权管理和密钥管理的部分是条件接收系统
（Condition Access System，CAS）[1,2,3]。CAS有多种密钥分层管理模型，在理论上具有简便安全的优点，但在成员较多、成员变更频繁的情况下，却存在密钥分配、密钥更新工作量大而导致的系统通信开销较大的问题。
本文依据CAS 的密钥分层管理机制，提出了按频道类别分组电视节目的四层密钥分
层模型，在该模型的基础上对LKH（Logickey hierarchy）树方案[4]进行改进，设计了一
个密钥更新方案，并采用该方案对CAS 的密钥管理模块优化，通过实例分析比较了改
进前后的系统，结果证明该方案有效地降低了系统的通信与密钥存储开销，可适用于大
型动态的数字电视广播系统。
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