CN1282489A

CN1282489A - 用于保护通过nrss接口的音频/视频数据的方法

Info

Publication number: CN1282489A
Application number: CN98812011A
Authority: CN
Inventors: A·M·埃斯基奇奥格鲁
Original assignee: RCA Licensing Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: EP1059001A1; JP2009153181A; JP4510281B2; WO1999030499A1; DE69806821D1; CA2318936A1; DE69806821T2; CN1150760C; AU749748B2; IL136674A0; BR9813407B1; US6409089B1; AU2199299A; CA2318936C; NZ504971A; JP2003517218A; KR20010031722A; BR9813407A; KR100564832B1; EP1059001B1

Abstract

通过保护在可移动的安全装置中解扰的音频/视频(A/V)数据流而提供用于提高在一个消费电子装置和一个可移动的安全器件之间的安全性的系统。该保护包括动态地计算一个共享的密钥,随后重新加扰该A/V数据流。

Description

用于保护通过NRSS接口的音频/视频数据的方法

发明领域

本发明涉及用于提高在一个消费电子装置和一个可移动的安全器件之间接口的安全性的系统，例如由国家可更新安全标准(NRSS)委员会定义的接口。通过保护该音频/视频(A/V)数据流，即保护耦合到该消费电子装置、由例如一个智能卡的可移动安全器件解扰的该音频/视频(A/V)数据流，而增强安全性。采用这种NRSS智能卡的消费电子装置的实例包括数字电视接收机、数字录像机、以及单独的装置或″盒子″，其可以置于在一个电视接收机之上或耦合到一个电视接收机，即机顶盒。

发明背景

今天正在形成的数字消费电子产品所关心的是能够对未加密图文(即明确的图文)数字比特数据流的存取，从而使得人们实现未经授权的比特数据流的数字复制。由电子工业联盟开发的国家可更新安全标准(NRSS)(EIA-679)提供了一种手段，采用把可更新的安全性与数字消费电子(CE)装置结合，例如与数字电视接收机、数字录像机和机顶盒结合。可更新的安全性允许以最小的成本和努力开发能够被替换、升级或恢复的条件接通系统。

通常，业务的供应商将在信号被传送或广播之前将其扰频(即加密)。一个条件接通(CA)装置(例如一个NRSS智能卡)可能用来解扰(即解密)该信号，并且将其路由选择到主机装置。但是，与该NRSS体系相关的问题是，该音频/视频(A/V)数据流以明确的形式被从这智能卡送到主机装置(例如一个显示装置即一个机顶盒)。即，当其离开该CA装置时该A/V数据流不被扰频。因此，个人能够监视此线路并且使用一个数据获取装置以便记录全部数据。

发明概要

在一定程度上，本发明在于认识到该描述的问题以及提供解决该问题的方案。总体上，本发明确定了用于保护一个智能卡的输出音频/视频(A/V)数据流的一种方法，该方法从所说智能卡的一个外部信源接收一个加扰的信号、响应所说的已收信号产生一个解扰密钥、使用所说的解扰密钥解扰所说的已收信号以便产生一个解扰的信号、从所说的外部信源接收数据、响应所说的接收数据产生一个加扰密钥、使用所说的加扰密钥加扰所说的已经被解扰的信号以便产生一个重新加扰的信号、把所说的重新加扰的信号提供到所说的外部信源。

根据本发明的一个方面，该接收的数据是使用一个与所说智能卡相关的公用密钥加密的加扰密钥，并且其中产生所说的加扰密钥的步骤包括使用一个与智能卡相关的专用密钥对所说的加密的加扰密钥进行解密的步骤，所说的专用密钥被存储在所说的智能卡中。

根据本发明的一个方面，该加扰密钥包括一个籽码值，并且该加扰已解扰信号的步骤响应该籽码值产生一个随机序列，并且通过把所说的随机序列和所说的已解扰信号产生进行“异-或”运算操作而产生该重新加扰的信号。

根据本发明的另一方面，该已接收加扰的信号包括视频、音频和控制数据包，并且响应所说的视频、音频和控制数据包在该外部信源中以独有方式产生该籽码值。

根据本发明的另一方面，该智能卡通过把该籽码值与在以独有方式响应该视频、音频和控制数据包中产生的一个随后的籽码值相比较而检验该籽码值。

根据本发明的再一方面，该籽码值是利用视频、音频和控制数据包的散列之一或通过对所说的视频、音频和控制数据包进行“异-或”运算操作而产生的。

根据本发明的再一个方面，一个第一籽码值是在该智能卡中产生的，而接收的数据是一个第二籽码值。产生所说加扰密钥的步骤包括响应所说的第一和第二籽码值而产生所说的加扰密钥的步骤。

根据本发明的又一方面，是提供一个系统，用于管理在一个服务提供者和一个具有耦合了智能卡的主机装置之间的存取。该主机装置执行步骤：从该服务提供者接收一个加扰的信号；把在主机装置中产生并且使用该智能卡的公用密钥加密的一个籽码值发送到该智能卡；把该已接收信号耦合到该智能卡；并且从该智能卡接收该重新加扰的信号。该智能卡具有用于存取控制处理的装置，包括用于响应该已收信号产生一个解扰密钥的装置；用于使用该解扰密钥解扰该已收信号以便产生一个解扰的信号的装置；使用该智能卡的专用密钥解密该加密的籽码值以便提供该籽码值的装置；响应该籽码值而产生一个随机序列的装置；以及，用于使用该随机序列和该解扰的信号对该解扰的信号加扰以便产生一个重新加扰的信号的装置。

本发明的这些和其它方面将参照示出的附图的本发明一个最佳

实施例加以解释。

附图的简要描述

图1是根据本发明的一个系统的示范实施方案的方框图，用于提高在一个消费电子装置和一个可更新的安全性装置之间接口的安全性；和

图2是表明图1的信号流的示意方框图。

附图的详细描述

当一个条件接通(CA)装置(即一个智能卡(SC))接收一个加扰(即加密)的传送的或广播的信号(即时，节目或事件)时，该CA装置可被用来解扰(或解密)该信号。国家可更新安全标准(NRSS)提供了一种手段，由结合采用智能卡的数字消费电子(CE)装置使用以实现可更新安全性，该CE装置例如数字电视接收机(DTV)、数字录像机(DVCR)以及独立装置或″盒子″，其可以置于一个电视接收机之上或耦合到电视接收机，即机顶盒(STB)。该NRSS结构带有的一个潜在问题是当音频/视频(A/V)数据流离开该智能卡时，该数据流不被加扰。这将提供该CA系统的安全性能够被攻破的一个描准点，因为任何人都能够监视及引出该智能卡的输出，并且能够使用一个数据获取装置来记录全部的未加密图文数据。本发明提供一种改进，来保护在该智能卡和该CE装置之间的连接。这种智能卡包括IS0 7816卡，具有一个卡主体，带有设计在符合国家可更新安全标准(NRSS)部分A或符合NRSS部分B的PCMCIA的卡上的多个终端。

图1中，描述了用于保护使用NRSS智能卡(SC)200的CE装置100的A/V数据流的一个系统10。这种CE或主机装置100包括DTV、DVCR或STB。智能卡200插入到或耦合到包括在或耦合到主机装置100的一个智能卡阅读器105；到主机装置100内部的总线150互连主机装置100和SC 200，从而实现数据的传送。通过链路350，主机装置100连接到一个电缆、卫星或广播服务提供者(SP)300。参照图1和2中示出的系统10描述本发明的保护系统。

为了保护该NRSS接口(即该返回路径)，根据本发明的A/V数据处理包括对在该智能卡中未加密的图文A/V数据进行重新加扰。设计一个CA系统的消费电子生产商的一个要求是，避免任何秘密永久地存储器在该主机装置中。因此，重新加扰密钥不能使用一种把专用或共享的机密密钥嵌入在主机中的结构而进行交换。该重新加扰密钥应该是动态地建立的密钥，而不彻底修改当前智能卡结构。一个动态密钥是以实时和不固定的运行过程产生的密钥。新密钥的周期(例如每十秒)产生通常需要增加稳定性，抵制密码分析的破译。

用于该目的有两个能够被考虑的密钥建立协议：

1)密钥传送协议(例如公用密钥加密)：一方产生将要共享的密钥，以及安全地发送该密钥到另一方。

2)密钥契约协议(例如Diffie-Hellman协议)：该共享的密钥由两方得出，作为由它们每一方提供数据的一个函数。

在智能卡和主机之间共享的密钥能被以若干方式使用，以便在其被送回到主机之前加扰该A/V数据流。例如，分组密码可以考虑用于重新加扰。由于DES算法通常用于解扰该输入A/V数据流，所以其能被用于重新加扰该信号。但是，在主机装置中的这种综合密码工具软件(engine)将增加制造成本以及复杂性。

同步数据流密码适用于重新加扰。同步数据流密码是其中的密钥流的产生与该未加密图文以及密码文本信息无关的同步数据流密码。虽然大多数的实际的数据流密码的设计是集中围绕线性反馈移位寄存器(LFSRS)，(因为它们很适合于硬件实现，产生具有大周期的序列以及好的统计属性和易于分析)，但是存在有多种其它方案。

键控发生器110能够利用共享密钥而被初始化，以便获得随机序列。更新该籽码的频率是一个实施相关的参数。总体上，该籽码针对每一更新而不同，因此导致不同的随机序列以便挫败密码解析破译。这种系统的总结构在图2中示出。

本发明尤其在一个实施例中提供了利用一种RSA[Rivest，Shamir以及Adelman(加解密程序-译者注)]工具软件动态产生该主机装置100中的一个密钥的方案。该密钥与SC 200共享，并且在该音频/视频(A/V)数据流离开该SC 200之前将其重新加扰。主机装置100和SC 200都包含用于加密与解密的RSA工具软件。RSA工具软件可以使用一个协处理器(即一微处理器)实现。由于智能卡的公用密钥可供主机装置以及服务提供者使用，所以能够由主机使用该该公用密钥在其被送到该智能卡之前加密一个扰频密钥。

使用该RSA公开密钥系统的协议涉及使用该智能卡200的公用密钥对主机装置100的该动态密钥的加密。加密的动态密钥被传送到智能卡200并且使用该智能卡的专用密钥解密。这是一种非对称密钥系统，其中仅将公用密钥存储在该STB或DTV或DVCR中。即，该装置不存储或包含任何秘密(即专用密钥)。公用密钥加密术的基础是使用两个相关的密钥，一公用密钥和一专用密钥；从可公共提供的该公用密钥推导出该专用密钥在计算上是很难的。具有一个公用密钥的任何人都能加密一个信息，但是只有具有该相关和预定专用密钥的个人或装置才能解密该信息。

在本发明的另一个实施例中，主机装置100和SC 200都具有Diffie-Hellman工具软件，以便产生一个共享的密钥。主机装置100和SC 200都不能单独产生该密钥。在SC 200中产生的第一籽码值被送到主机装置100，并且在主机装置100中产生的第二籽码值被送到SC200。主机装置100和SC 200都共同产生该密钥。

如果参与该密钥产生的主机装置不被鉴定的话，这两个密钥建立协议易受到破译。通过在一个起始时间周期中产生作为传送到该卡的传送数据流的函数的共享籽码，有可能使得情况改善。因为音频/视频数据包被加扰，并且该授权控制信息(ECMS)被加密，所以它们能被用作函数的自变数。这能够提供隐含的密钥鉴别。

例如，如果主机装置100和智能卡200都具有RSA工具软件，并且该主机具有该卡的公用密钥K_pubSC的拷贝，则该主机能够使用该视频、音频、以及ECM数据包的一个函数构成该籽码：

共享籽码：(随机数丨 f(A，V，ECM))

作为另一实例，如果主机装置100和智能卡200都具有Diffie-Hellman工具软件，并且它们交换密钥α^x和α^x，则该指数x能够使用该视频、音频、以及ECM数据包的一个函数构成：

(α^随机数，α^{f(A，V，ECM)})，其中x=(随机数+f(A，V，ECM))

在两个实例中，智能卡100独立地计算相同的函数值并且将其与通过该主机发送的函数值比较。这实际上提供了主机鉴别，防止了来自模仿主机的侵入。

该函数f=f(A，V，ECM)能够以若干方式定义。两个有可能的定义是：

1)f=散列(A，V，ECM)

2)f=A xor V xor ECM

注意，这些定义可以包括多于三个的数据包。在数据流中的A、V和ECM数据包的数目和位置也是该函数定义的一部分。

一个单向的散列算法，例如由国家标准和技术学会(NIST)以及国家安全代理学会(NSA)开发的Ron Rivest或SHA-1生成的MD5可能用来确定该散列函数″f″。

为了更大安全性，该籽码需要周期性地更新。通过重新计算针对每次间隔的函数，有可能实现更新。例如，以每30秒在A、V和ECM子数据流的每一个中出现的第一数据包可被用于产生用于加扰的一个新密钥数据流。另外，数据包可以被编号，用于在主机和该卡之间的同步。

作为该传送数据流的一个函数产生的共享籽码使得对于提出的密钥建立协议的破译更难于实施。这不需要另外的加密工具软件。由于传送数据流由主机和该卡共享，所以能使用最小的计算来隐含地鉴别该主机。

本发明提供了保护，阻止在传送到该主机过程中的具有版权的A/V数据流的复制。修改密钥建立协议可用于防止存在的破译。因此，如果该密钥被确定是一个MPEG-2传送数据流(即业务数据包并且ECMS)的函数，则该黑客将也需要存取该数据流并且析取出其需要的数据。

虽然已经参考一些实施例详细描述了本发明，但是当阅读和理解前述的内容时，对本领域的技术人员来说显然会有对于这些实施例的很多修改，本申请力图把这种修改包括在所附的权利要求的范围内。

Claims

1．一个保护智能卡输出的音频/视频数据流的方法，包括步骤：

(a)从所说智能卡的一个外部信号源接收一个加扰的信号；

(b)响应所说的已收信号产生一个解扰密钥；

(c)使用所说的解扰密钥解扰所说的接收信号，以便产生一个解扰的信号；

(d)从所说的外部信号源接收数据；

(e)响应所说的接收数据产生一个加扰密钥；

(f)使用所说的加扰密钥加扰所说解扰的信号，以便产生一个重新加扰的信号；

(g)把所说的重新加扰的信号提供到所说的外部信号源。

2．权利要求1的方法，其中所说的已接收的数据是使用一个与所说智能卡相关的公用密钥加密的加扰密钥，并且其中产生所说的加扰密钥的步骤包括使用一个与所说的智能卡相关的专用密钥对所说的加密的加扰密钥进行解密的步骤，所说的专用密钥被存储在所说的智能卡中。

3．权利要求2的方法，其中所说的加扰密钥包括一个籽码值，并且其中的加扰所说的已解扰信号的步骤包括步骤：

(a)响应所说的籽码值而产生一个随机序列；和

(b)通过“异-或”运算操作所说的随机序列和所说的解扰信号而产生所说的重新加扰信号。

4．权利要求3的方法，其中所说的已收加扰的信号包括视频、音频和控制数据包，并且响应所说的视频，音频和控制数据包在该所说的外部信源中以独有方式产生所说的籽码值。

5．权利要求4的方法，其中所说的智能卡通过把所说的籽码值与在以所说的独有方式响应所说的视频，音频和控制数据包产生的随后的籽码值相比较而检验所说的籽码值。

6．权利要求5的方法，其中所说的籽码值是利用所说的视频，音频和控制数据包的散列产生的。

7．权利要求5的方法，其中所说的籽码值是通过共同“异-或”运算操作所说的视频、音频和控制数据包而产生的。

8．权利要求1的方法，其中所说的智能卡具有一个卡的主体，根据IS0 7816和PCMCIA卡标准之一，所说的卡主体具有在一个表面上设计的多个终端。

9．权利要求1的方法，还包括步骤：在所说的智能卡中产生第一籽码值，并且其中所说的接收的数据是一个第二籽码值。

10．权利要求9的方法，其中产生所说加扰密钥的步骤包括：响应所说的第一和第二籽码值而产生所说的加扰密钥的步骤。

11．权利要求10的方法，其中所说的加扰密钥包括一个籽码值，并且其中的加扰所说的已解扰信号的步骤包括步骤：

(a)响应所说的籽码值而产生一个随机序列；

12．权利要求11的方法，其中所说的已接收的加扰的信号包括视频、音频和控制数据包，并且以独有方式响应所说的视频，音频和控制数据包而产生所说的第一和第二籽码值。

13．权利要求10的方法，其中所说的第一和第二籽码值是利用所说的视频、音频和控制数据包的散列产生的。

14．权利要求10的方法，其中所说的第一和第二籽码值是通过“异-或”运算操作所说的视频、音频和控制数据包而产生的。

15．用于管理在一个服务提供者和一个耦合了智能卡的主机装置之间的存取的一个系统，所说的主机装置执行步骤：

(a)从所说的服务提供者接收一个加扰的信号；

(b)把在所说的主机装置中产生并且使用所说的智能卡的一个公用密钥加密的一个籽码值发送到所说的智能卡；

(c)把所说的已接收信号耦合到所说的智能卡，所说的智能卡具有用于访问控制处理的装置，所说的访问控制处理装置包括：响应所说的已收信号产生一个解扰密钥的装置；使用所说的解扰密钥解扰所说的已收信号，以便产生一个已解扰信号的装置；使用所说的智能卡的一个专用密钥用于解密所说的加密籽码值的装置，以便提供所说的籽码值；响应所说的籽码值而用于产生一个随机序列的装置；以及使用所说的随机序列和所说的已解扰信号用于加扰所说的解扰信号的装置，以便产生一个重新加扰的信号；和

(d)从所说的智能卡接收所说的重新加扰的信号。

16．权利要求15的系统，其中所说的公用密钥存储在所说的主机装置中，而所说的专用密钥存储在所说的智能卡中。

17．权利要求16的系统，其中所说的主机装置是数字电视、数字录像机和数字机顶盒之一。

18．用于管理在一个服务提供者和一个耦合了智能卡的主机装置之间的存取的一个系统，所说的主机装置执行步骤：

(a)从所说的服务提供者接收一个加扰的信号；

(b)把一个第二籽码值发送到所说的智能卡；

(c)把所说的已接收信号耦合到所说的智能卡，所说的智能卡具有用于访问控制处理的装置，所说的访问控制处理装置包括：响应所说的已接收信号产生一个解扰密钥的装置；使用所说的解扰密钥解扰所说的已接收信号，以便产生一个已解扰信号的装置；用于产生一个第一籽码值的装置；响应所说的第一和第二籽码值而用于产生一个加扰密钥的装置；以及使用所说的加扰密钥加扰所说的已解扰信号的装置，以便产生一个重新加扰的信号；和

(d)从所说的智能卡接收所说的重新加扰的信号。

19．权利要求18的系统，其中所说的主机装置是数字电视，数字录像机和数字机顶盒之一。