DE69807807T2

DE69807807T2 - Verfahren und vorrichtung zur übertragung von inhaltsinformation und darauf bezogener zusatzinformation

Info

Publication number: DE69807807T2
Application number: DE69807807T
Authority: DE
Inventors: Paul Linnartz
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: TW399191B; WO1998033325A3; US6209092B1; CN1220805A; EP0906700B1; KR20000064791A; CN1482542A; ATE224124T1; CN1135852C; WO1998033325A2; DE69807807D1; EP0906700A2; AU5493398A; JP2000509588A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Inhaltsinformation und von darauf bezogener Zusatzinformation, wobei in diesem Verfahren ein codiertes Signal, das die Inhaltsinformation darstellt, und ein Wasserzeichenmuster, das die Zusatzinformation darstellt, übertragen wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Codieren von Inhaltsinformation und von darauf bezogener Zusatzinformation, wobei ein codiertes Signal dadurch erzeugt wird, dass die Inhaltsinformation entsprechend einem Wasserzeichenmuster, das zusätzliche Information darstellt, codiert wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Auslesen von Zusatzinformation, bezogen auf die Inhaltsinformation, wobei ein Wasserzeichenmuster, das zusätzliche Information darstellt, aus einem codierten Signal, das die Inhaltsinformation und das Wasserzeichenmuster darstellt, ausgelesen wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein System zum Übertragen von Inhaltsinformation und von darauf bezogener Zusatzinformation, auf eine Anordnung zum Erzeugen eines codierten Signals, eine Anordnung zum Verarbeiten eines codierten Signals, eines codierten Signals, eines Kontrollsignals und eines Aufzeichnungsträgers.
Derartige Verfahren und ein derartiges System sind in der Patentanmeldung WO 97/13248 (PHN 15.391), Dokument D1 in dem Bezugsmaterial, beschrieben worden. Das Dokument beschreibt, dass Video- und Audio-Inhalt zunehmend in digital codierter Form, beispielsweise als MPEG-Bitstrom, übertragen und Aufgezeichnet wird. Es gibt ein wachsendes Bedürfnis nach der Übertragung von Zusatzinformation, die auf logische Weise auf die Inhaltsinformation bezogen ist, wobei diese Zusatzinformation dazu gemeint ist, die Verarbeitung der Inhaltsinformation zu kontrollieren. Die Zusatzinformation soll vor Manipulation geschützt werden, damit die Kontrollfunktion nach wie vor beibehalten wird. Zusatzinformation ist besonders nützlich für Kopierschutzapplikationen.
Kopierschutz hat im Audio-Bereich eine lange Historie. Die neulich installierte Ausrüstungsbasis, einschließlich PCs mit Audio-Karten, schaffen nur wenig Schutz für unerlaubtes Kopieren. In jedem beliebigen Kopierschutzschema ist der heikelste Punkt, dass ein Pirat immer versuchen kann, eine ursprüngliche Platte wiederzugeben, er kann den Inhalt derart behandeln, als wäre es eine analoge Aufzeichnung für den Heimgebrauch und diese Aufzeichnen. Es ist aber erwünscht, dass Konsumenten-Recorder imstande sind, Aufzeichnungen der kreativen Erzeugnisse des Konsumenten selber unbeschränkt zu kopieren, dass sie aber die Aufzeichnung von mit Schutzrecht behaftetem Material nicht zulassen. Auf diese Art und Weise muss der Kopierschutzmechanismus imstande sein, zwischen den eigenen Erzeugnissen des Konsumenten und Inhalt, der von berufsmäßigen Musikproduzenten herrührt. Die Apparatur soll auf Basis nur des Audio- oder Videosignals unterscheiden können, da jede Bezugnahme aus die physikalische Quelle des Inhaltes (beispielsweise CD oder Mikrophon) unzuverlässig ist. Für digitale Speichermedien, wie eine DCC, wurden "Kopierbits" definiert, wobei diese Bits einen Copyright-Zustand angeben, beispielsweise "keine Kopie erlaubt", "freie Kopie" oder "nur eine einzige Kopie-Fertigung erlaubt". Andere Kopierbits können angeben, dass das Medium mit der Information ein "professionelles" Medium ist, hergestellt in einem Pressverfahren, und dass es sich nicht um eine "aufzeichenbare" Disk handelt.
Das Markieren des digitalen Inhaltssignals, beispielsweise mit Hilfe einer Markierung, untergebracht in einem derartigen codierten Signal, zum Klassifizieren des codierten Signals als authentisches Programm-Material, wird als das Anbringen eines Wasserzeichens bezeichnet. In unserem System hat das Wasserzeichen die Form eines Multi-Bit Wasserzeichenmusters, das bestimmte Zusatzinformation darstellt, die beispielsweise angibt, dass das codierte Signal kopiergeschützten Inhalt bildet und/oder den Ursprung des Inhaltes angibt. Ein Wasserzeichen hat meistens einen festen Teil zum Identifizieren des Bitmusters als ein gültiges Wasserzeichen und/oder zum Synchronisieren des Wiedergewinnungsprozesses und kann einen variablen Teil aufweisen, der die genannte zusätzliche Information enthält. In D1 wird ein Verfahren beschrieben zum Einbetten des Wasserzeichenmusters in das codierte Signal, und zwar derart, dass es sich auf einfache Art und Weise detektieren lässt, aber schwer löschen oder ändern lässt ohne eine wesentliche Beeinträchtigung der Qualität des Audio- oder Videoinhaltes nach Decodierung. Weiterhin soll das Wasserzeichenmuster relativ lang sein um zu vermeiden, dass ein nicht markiertes, codierte Signal ungewollt als markiert klassifiziert wird. Auch das Wasserzeichen soll in relativ kurzer Zeit, beispielsweise in 1 bis 10 Sekunden, detektierbar sein, damit beim Klassifizieren eine Schnelle Reaktion möglich ist. Bekannte Wasserzeichen haben den Nachteil, dass sie nur einen beschränkten Betrag an Zusatzinformation darstellen. Manipulation des Wasserzeichens oder von Teilen desselben durch eine böswillige Partie ist dennoch möglich mit einer begrenzten Beeinträchtigung des Inhaltes nach Decodierung.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung Mittel zu schaffen zum Übertragen von Zusatzinformation bezogen auf die Inhaltsinformation, so dass Manipulation der Zusatzinformation effektiver begegnet wird.
Dazu weist das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass ein Kontrollsignal übertragen wird, das ein Kontrollmuster darstellt, wobei die Kombination des Wasserzeichenmusters und des Kontrollmusters die Zusatzinformation darstellt, und dass das Wasserzeichenmuster das Ergebnis darstellt, das erhalten worden ist durch Anwendung einer Einwegfunktion auf das Kontrollmuster. Das Codierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass ein Kontrollsignal erzeugt wird, das ein Kontrollmuster darstellt, wobei die Kombination des Wasserzeichenmusters und des Kontrollmusters die Zusatzinformation darstellt, und dass das Wasserzeichenmuster dadurch erzeugt wird, dass auf das Kontrollmuster eine Einwegfunktion angewandt wird. Das Wiedergewinnungsverfahren weist das Kennzeichen auf, dass die Kombination des Wasserzeichenmusters und einer Kontrollmusters die Zusatzinformation darstellt, und dass das Kontrollmuster durch eine Einwegfunktion verarbeitet wird, und dass die Zusatzinformation durch einen Vergleich des Wasserzeichenmusters mit dem verarbeiteten Kontrollmuster überprüft wird. Dazu umfasst die Anordnung zum Verarbeiten eines codierten Signals, das Inhaltsinformation darstellt, und einer Wasserzeichenmusters, das Zusatzinformation darstellt, wobei diese Anordnung eine Wiedergewinnungseinheit aufweist zum Wiedergewinnen des Wasserzeichenmusters nach der vorliegenden Erfindung, das Kennzeichen auf, dass die Anordnung eine Kontrolleinheit umfasst zum Empfangen eines Kontrollsignals, das ein Kontrollmuster darstellt, wobei die Kombination des Wasserzeichenmusters und des Kontrollmusters Zusatzinformation darstellt, sowie eine Einwegfunktionseinheit zum Erzeugen eines verarbeiteten Kontrollmusters und eine Vergleichsstufe zum Überprüfen der Zusatzinformation durch einen Vergleich des Wasserzeichenmusters und des verarbeiteten Kontrollmusters. Ein Aufzeichnungsträger nach der vorliegenden Erfindung enthält das codierte Signal und/oder die Kontrollsignale als aufgezeichnete Information.
Die oben genannten Maßnahmen nach der vorliegenden Erfindung haben den Effekt, dass eine geringfügige Änderung in dem Kontrollmuster zu einem völlig anders verarbeiteten Kontrollmuster führt, und zwar durch die Art der Einwegfunktion. Wenn eine böswillige Partie das Kontrollmuster manipuliert, entspricht das Wasserzeichen nicht länger mehr dem geänderten Kontrollmuster, oder es soll völlig ersetzt werden. Folglich kann eine Manipulation des Kontrollmusters auf einfache Art und Weise während der Wasserzeichenkontrolle in einem Spieler. Auch eine geringe Änderung in dem Wasserzeichenmuster kann nicht angepasst werden, indem auch das Kontrollmuster modifiziert wird, und zwar durch die Art der Einwegfunktion, was vermeidet, dass die Eingangsdaten von einem bestimmten Ausgangswert aus "rückwärts" berechnet werden. Dies ist dadurch vorteilhaft, dass Änderungen in dem Kontrollmuster oder in dem Wasserzeichen auf einfache Art und Weise detektiert werden können. Wenn die böswillige Partie die durch das Wasserzeichen und/oder das begleitende Kontrollsignal Zusatzinformation manipulieren möchte, wird diese Partie gezwungen das ganze Wasserzeichenmuster zu ersetzen, was zu einem wesentlichen Verlust an Qualität in dem wiedergegebenen Inhalt führen wird, während sogar geringfügige Änderungen in dem Wasserzeichenmuster nicht dadurch angepasst werden kann durch Berechnung eines entsprechenden Kontrollmusters und wird ebenfalls detektiert.
Es sei bemerkt, dass ein System zum Kopierschutz aufgezeichneter Signale, ein Informationsträger und eine Ausleseanordnung aus EP-0545472 (Dokument D2) bekannt sind. Das bekannte System benutzt eine physikalische Markierung, die Zusatzinformation darstellt für eine kontrollierte Informationswiedergabe. Wenn die Information auf einem beschreibbaren Informationsträger kopiert wird, wird die Information dieser Kopie nicht wiedergegeben, weil während des Schreibprozesses nur die Information aufgezeichnet wird und die Kopie selber nicht die physikalische Markierung aufweist. Ein Problem bei dem bekannten System ist, dass es nicht möglich ist, dass eine Kopie gemacht werden darf, die nicht weiter kopiert werden kann. In einer Ausführungsform des Systems nach der vorliegenden Erfindung hat das oben genannte Kontrollmuster die Funktion einer Kopiererlaubnismarkierung, die mit dem Signal erteilt wird, das von einer Originalaufzeichnung wiedergegeben wird. Das Aufzeichnungsgerät dieser Ausführungsform überprüft das Wasserzeichen in dem Signal auf die Kopiererlaubnismarkierung. Wenn die beiden Markierungen miteinander übereinstimmen wird der Inhalt auf einem aufzeichnungsfähigen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet und folglich wird eine Kopie der ersten Generation gemacht, aber die Kopiererlaubnismarkierung selber wird nicht in der Kopie aufgezeichnet. Wenn also das Signal der Kopie wiedergegeben wird, enthält es nicht länger die Kopiererlaubnismarkierung. Das Aufzeichnungsgerät wird keine andere Aufzeichnung von dem Signal der Kopie der ersten Generation machen. Folglich kann nur eine einzige Generation Kopien gemacht werden.
Eine Ausführungsform der Anordnung zum Erzeugen und/oder Verarbeiten eines codierten Signals nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Einwegfunktionseinheit vorgesehen ist zum Erzeugen eines n-fach verarbeiteten Kontrollmusters dadurch, dass das Kontrollmuster n Male durch eine kryptographische Einwegfunktion geschickt wird, wobei n eine ganze Zahl > 0 ist. Dies hat den Effekt, dass das codierte Signal ein Wasserzeichen aufweist und ein Kontrollsignal ein Kontrollmuster als einen kryptographisch gesteuerten Zähler aufweist. Der Zählerwert, der implizit durch das Kontrollmuster dargestellt ist, wird durch einen Vergleich der n-fach verarbeiteten Kontrollmuster mit dem Wasserzeichenmuster bestimmt, bis eine Übereinstimmung gefunden worden ist (oder es ist keine Übereinstimmung mit einem vorbestimmten maximalen Zählwert möglich). Der Zähler wird kryptographisch in dem Spieler reduziert, bevor das verarbeitete Kontrollmuster einem Recorder zugeführt wird. Der Recorder kontrolliert den Zähler und, wen der Zählwert es gestattet, nimmt der Zähler wieder allmählich ab und macht eine Aufzeichnung einschließlich des verarbeiteten Kontrollmusters. Dies hat den Vorteil, dass eine beschränkte Anzahl Generationen von Kopien erlaubt werden können, während eine Kopierkontrolle in dem Spieler und in dem Recorder durchgeführt wird. Die Reduktion erfolgt durch eine kryptographische Einwegfunktion, die nicht ohne einen riesigen, prohibitiven rechnerischen Aufwand invertiert werden kann, wodurch die Reduktion des genannten Zählerwertes virtuell unmöglich ist. Sobald der Zähler zu oft verringert wird, stimmt das verarbeitete Kontrollmuster nicht länger mit dem Wasserzeichen überein. Der Spieler und der Recorder werden dann die Wiedergabe und/oder die Aufzeichnung der Information sperren.
Weiter Vorteil, bevorzugte Ausführungsformen des Systems und Anordnung nach der vorliegenden Erfindung werden in den abhängen Patentansprüchen beschrieben.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kopierkontrollsystem und
Fig. 2 die Einweg-Verarbeitung eines Kopierkontrollmusters mit zwei Teilen und
Fig. 3 eine Einwegfunktion,
Fig. 4 ein Kopierkontrollsystem, wobei eine Mediummarkierung P verwendet wird, und
Fig. 5 eine Anordnung zum Verarbeiten eines codierten Signals und
Fig. 6 eine Aufzeichnungsanordnung.
Das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung ist das Hinzufügen eines Kontrollmusters zu einem mit einem Wasserzeichen versehenen, codierten Signal, während eine Einwegfunktion angewandt wird zum Erzeugen des Wasserzeichens aus dem Kontrollmuster. Dies ermöglicht eine Kontrolle an dem Bestimmungsort des mit einem Wasserzeichen versehenen Signals zur Integrität des Wasserzeichens und des begleitenden Kontrollmusters. Dies hat viele Vorteile, so kann beispielsweise das Wasserzeichen relativ kurz sein und braucht nicht seine eigene Integritätsüberprüfungsbits, es kann um jeweils einige Sekunden in dem Signal wiederholt werden, wodurch eine Klassifikation der Teile des Signals nach der Editierung usw. möglich ist. Da das Wasserzeichen einem verarbeiteten Kontrollmuster decken soll, das dadurch erzeugt worden ist, dass eine Einwegfunktion angewandt wird, ist es rechnerisch gesehen unmöglich das Kontrollmuster "rückwärts" aus einem Wasserzeichen zu berechnen. Verfälschung bei einem Kontrollmuster und einem Wasserzeichen ist nur dann möglich, wenn beide völlig ersetzt werden, was zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Qualität des wiedergegebenen Inhaltes führt. Wenn ein gültigen Muster nicht verfügbar ist, kann die Wiedergabe oder die Aufzeichnung eines codierten Signals kontrolliert oder gesperrt werden, und zwar in Spielern und/oder Recordern, die den Kopierschutzregeln entsprechen. Vorzugsweise überprüfen alle dem Verbraucher zur Verfügung stehenden Anordnung das Wasserzeichenmuster und sie akzeptieren überhaupt kein Signal ohne das Kontrollsignal. Viele Applikationen können Vorteil ziehen aus dieser Kontrolle, beispielsweise eine Kopierkontrolle, die Bezahlung von Urheberrechten, Musik- oder Videovermietung usw. Die Kopierkontrolle kann den genannten DCC-Kopierbits ähnlich sein. Das Vorhandensein eines Kontrollmusters kann erforderlich sein um eine Wiedergabe zu ermöglichen und/oder um den Zustand der Urheberrechte anzugeben, beispielsweise die Erlaubnis nur einer Generation von Kopien. Auch die Freigabe nach einem bestimmten Datum kann effektuiert werden, indem das Kontrollmuster nach diesem Daten separat verteilt wird. Weiterhin kann jede beliebige relatierte Information unlöslich angehängt werden, beispielsweise der Author, der Songtext, die Titel, die Interpreten, oder eine Benutzungsperiode kann in dem Kontrollmuster eingeschlossen sein.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Kopierschutz, wobei nur eine Generation von Kopien erlaubt ist, auch als "Eimal- Kopieren" bezeichnet. Dies wird dadurch implementiert, dass ein Wasserzeichen yco in den Audio-Strom eingebettet wird. Weiterhin enthält die ursprüngliche Disk eine spezielle Erlaubnismarkierung xco, wobei yco = H(xco), wobei H eine kryptographische Einwegfunktion ist. Die Marke yco bleibt bei Wiedergabe in dem Audio drin (möglicherweise darin eingebettet), wird aber durch den Konsumentenrecorder entfernt. Eine durch den Recorder gemachte Kopie enthält folglich nicht die Erlaubnismarke und kann nicht kopiert werden.
Für die Ausführungsformen des Systems wird eine Einwegfunktion angewandt um das Wasserzeichen, das ein Bitmuster y darstellt, aus dem Kontrollmuster x zu erzeugen. Eine Implementierung der Einwegfunktion kann sein: y = x² mod N, wobei N ein öffentliches Modul ist. Hier ist N das Produkt aus zwei geheimen großen Primzahlen (N = p q). Im Wesentlichen kann N ein Teil der Daten sein, die in das Wasserzeichen eingebettet sind, d. h. zusammengefügt mit y. Eine andere Möglichkeit ist die diskrete-log Einwegfunktion, vorausgesetzt durch Diffie und Hellman (1976) (= Dokument D4): F(x) = ax in GF(p), wobei α ein primitives Element von GF(p) ist. Hier ist p eine große Primzahl, so dass p-1 einen großen Primfaktor hat. Die oben genannten zwei Implementierungen haben den Nachteil, dass die Größe der Argumente, d. h. die Anzahl Bits erforderlich um sicher zu sein, ist ziemlich groß. Ein praktisches System auf Basis von weniger Bits kann sein, einen geeigneten Verschlüsselungsalgorithmus mit einem geheimen Schlüssel anzuwenden, beispielsweise das DES, wobei y = F(x) DES(x). Dies ist in der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Implementierung eines Einwegfunktionsgenerators auf Basis eines Verschlüsselungsalgorithmus mit einem geheimen Schlüssel. An dem Eingang 31 wird das Kontrollmuster x zugeführt und in dem Verschlüssler 32unter Verwendung eines Schlüssels von einem Schlüsseleingang 33 verarbeitet. Der Ausgang des Verschlüsslers 32 wird von der logischen Einheit 34 bitweise zu dem Eingang x geEXOR't, was zu einem Bitmuster y an dem Ausgang 35 führt. In dieser Schaltungsanordnung kann der Schlüssel bekannt gegeben werden oder in dem Wasserzeichen eingeschlossen sein, d. h. zu y hinzugefügt.
Ein geeignetes Wasserzeichen für ein Audiosignal mit dem DSD- Format (siehe das Dokument D3) wird dadurch eingebettet, dass ein kleiner Bruchteil (0,01% bis 1%) der Bits zu spezifischen Werten, bestimmt durch W gezwungen werden. Dies macht die Detektion einfach, das ein Spieler oder ein Recorder nur den Wert vorbestimmter Bits an vorbestimmten Stellen zu überprüfen braucht. Die durch Bits, die gezwungen werden, ein Wasserzeichen darzustellen, verursachten Artefakte können durch Störungsformgebung minimiert werden. Es wurde für DSD gefunden, dass ein Wasserzeichen, das 1% der Bits erfordert, das Verhältnis zwischen dem Störabstand und der Verzerrung für eine SNR über 110 dB um ein dB reduzieren wird. Andererseits wenn ein Angreifer den Wert dieser Bits ändert, verschlechtert die SNR dramatisch um viele Dutzende von dBs. Für Video wird ein geeignetes Wasserzeichen in das komprimierte MPEG eingebettet, beispielsweise in den Bildtyp (PTY Wasserzeichenmarkierung, beschrieben in D1).
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Kopierschutz, wobei n Generationen von Kopien erlaubt sind, auch als Kopierkontrolle mit n-fachem Kopiererlaubnis bezeichnet. Diese Ausführungsform für Kopierschutz aufgezeichneter Signale erlaubt eine beschränkte Anzahl Kopien. In unserem Konzept enthalten professionell hergestellte Titel wenigstens zwei verschiedene Typen von Kopierkontrollmarkierungen: ein Wasserzeichen, eingebettet in den Inhalt und ein Kopierkontrollmuster (Legalisierung/Authorisierung), angehängt an den Inhalt, aber entfernbar und durch Recorder modifizierbar. Das genannte Kontrollmuster wird als Kopierkontrollschein bezeichnet. Der Schein in dem digitalen Signalstrom wird jeweils dann modifiziert, wenn das Signal durch eine Aufzeichnungs- oder Wiedergabeanordnung geht. Eine kryptrographische Beziehung zwischen dem Wasserzeichen und dem Schein wird während jeder Wiedergabe und jeder Aufzeichnung überprüft. Ein etwaiger dritter Typ einer Kopierkontrollmarkierung, ein Trägermuster, das eine Mediummarkierung darstellt, die das Medium identifiziert (Disk/Band/usw.), kann separat angewandt werden oder kann ebenfalls auf dasselbe Wasserzeichen bezogen werden. Eine Mediummarkierung kann beispielsweise durch eine Wobble-Rille oder eine Loch-Jittermodulation dargestellt werden, und ist vorzugsweise auch sichtbar detektierbar. Aufzeichenbare Medien können eine feste vorbestimmte Mediummarkierung aufweisen, die das Medium als aufzeichenbar identifiziert, oder als eine professionelle Disk von einer bekannten Quelle. Eine separate Überprüfung kann für die Mediummarkierung durchgeführt werden, wobei es sich um einen vorbestimmten Wert oder einen Wert bezogen auf das Wasserzeichen und/oder den Schein über die kryptographische Funktion handeln kann. In dem gesamten Systemkonzept unterscheiden wir wie folgt:
- Startparameter U: eine beliebige Nummer, erzeugt von dem Eigner des Inhaltes.
- Eine Mediummarkierung P, die auf professionell gefertigten Disks/Speichermedien vorhanden ist; aufzeichenbare Medien tragen einen vorbestimmten Wert von P.
- Ein Wasserzeichen W, eingebettet in den Inhalt. W kann gleichzeitig in allen digitalen Darstellungsformaten (Audio in DSD-Format, Bitstrom, PCM, oder Video-MPEG usw.) sowie in einer analogen Version bestehen. Wenn dieses Konzept auf Video angewandt wird, kann ein analoges Wasserzeichen beispielsweise mit dem Schein kombiniert werden, dargestellt in Vertikal-Austastintervallen. Das digitale Wasserzeichen kann in der MPEG PTY-Sequenz (Bildtyp) und in der Pixeldomäne dargestellt werden, der Schein kann in "user data fields" einem GOP-Kopf ("Group Of Pictures") gespeichert werden. Vom Benutzer daheim gefertigte Aufzeichnungen (urheberrechtlich nicht geschützt) können als solche unterschieden werden, und zwar wegen des Fehlens vorbestimmter Werte von W.
- Einen Kopierkontrollschein T, der die Rolle eines kryptographischen Zählers spielt. T ist ein kleines Datenfeld, das in den Datenköpfen vorhanden ist, beispielsweise an das Signal hinzugefügt, und zwar auf dieselbe Art und Weise wie die genannten DCC- Kopierkontrollbits. T enthält typischerweise 40 bis 1000 Bits.
In dem Konzept des gesamten Systems wird der Schein T in dem Strom durch T' = F(T) während jedes Aufzeichnungs- oder Wiedergabevorgangs ersetzt, wobei F eine allgemein bekannte kryptographische Einwegfunktion ist. Das heißt, weder der Spieler, noch das Aufzeichnungsgerät lassen T transparent durch, sondern führen ihn durch die Funktion F. Unser Schema nutzt die Erfindung aus, dass T als kryptographischer Zähler betrachtet werden kann, der auf einfache Art und Weise erhöht werden kann, der aber nicht verringert werden kann, es sei denn, ein Angreifer kann F umkehren. Von einem kryptographischen Gesichtspunkt aus gesehen ist es nicht notwendig, dass F für etwaige Angreifer geheim gehalten wird. An dieser Stelle wollen wird die Länge der Kopierstrecken beschränken, d. h. das Vermeiden der Herstellung von Kopien von Kopien von Kopien, d. h. die Anzahl Generationen beschränken. Wiedergabe ist nur dann erlaubt, wenn das Wasserzeichen in dem Strom übereinstimmt Fm(T), wobei m die Anzahl aufeinander folgender Aufzeichnungs- oder Wiedergabevorgänge ist, die noch erlaubt sind. Typischerweise ist m ungerade. Aufzeichnung ist nur dann erlaubt, wenn das Wasserzeichen in dem Strom übereinstimmt Fm(T), wobei m die Anzahl aufeinander folgender Aufzeichnungs- oder Wiedergabevorgänge ist, die noch erlaubt sind. Typischerweise ist m gerade. In den oben stehenden Ausdrücken kann m entweder explizit verfügbar sein, oder die Anordnung kann alle m überprüfen, die ziemlich klein sind, beispielsweise m < 4, wenn "einmal kopieren" die maximale Anzahl Kopien ist, die überhaupt gemacht werden dürfen. Ein Beispiel einer möglichen kryptographischen Einwegfunktion ist oben anhand der Fig. 3 näher beschrieben worden.
Bei einer Ausführungsform wird die Anzahl paralleler Kopien von einem Original begrenzt. Das oben stehende Konzept wird erweitert und angewandt zum Begrenzen der Anzahl paralleler Kopien, hergestellt von ein und derselben Disk, beispielsweise wenn es dem Kunden nur erlaubt ist, unmittelbar von dem Original, das er von dem Herausgeber gekauft hat, Kopien zu machen und die Anzahl derartiger Kopien begrenzt ist. Dazu brauchen wird ein kleines aufzeichenbares Gebiet auf jedem professionell gefertigten Titel um T zu speichern und zu aktualisieren. Der Grundgedanke dabei ist, dass der Spieler T in F(T) modifiziert, und zwar jeweils wenn der Spieler einen Recorder authorisiert, eine Kopie zu machen. In einem derartigen Fall wird die ursprüngliche Disk, wie diese von dem Herausgeber verkauft worden ist, dadurch erzeugt, dass zunächst ein Startparameter U erzeugt wird. Von diesem Startparameter werden die nachfolgenden Variablen berechnet: P = F(U) und T = F(F(L)), was wird schreiben als F²(U). Für eine Disk, von der ein Konsument n-fach eine Kopie parallel herstellen darf, wird ein Wasserzeichen W als W = Fn+1(U) erzeugt. Der Spieler liefert den Inhalt, aber nicht T im normalen Betrieb. Beim Aufzeichnen bittet der Recorder den Spieler darum, einen Schein T derart zu liefern, dass W = F(T) ist, was auch auf der aufzeichenbaren Disk aufgezeichnet wird. Der Spieler liest T aus F(T) aus und ersetzt es durch F(T). Der Spieler liefert nur F(T) zu dem Recorder, wenn der Spieler eine Original-Disk ausliest, d. h. mit einem gültigen P, über einstimmend mit T. Der Recorder ersetzt wiederholt T durch F(T), bis W = F(T) ist. Der Inhalt mit dem eingebetteten W und mit dem geeigneten T wird auf der Disk aufgezeichnet. Wenn der Spieler eine aufzeichenbare Disk liest, wird T niemals ausgeliefert.
Es wird nun ein Kopierkontrollkonzept beschrieben, das auf physikalischen Markierungen auf dem Medium, auf Wasserzeichen, eingebettet in den Inhalt und auf einen Kopierkontrollschein basiert ist, der als eine digitale Zahl dargestellt ist. Es sei bemerkt, dass dieses Konzept zwei separate Mechanismen verkörpert: einen Wasserzeicheninhalt in Kombination mit dem Kontrollschein T und einer Mediummarkierung P. Offenbar kann das Konzept der Verwendung eines Kontrollscheins in Kombination mit einem mit einem Wasserzeichen versehenen Signal separat angewandt werden in einem System zum Übertragen von Inhalt, beispielsweise in einem Rundfunksystem oder über Internet. Im Grunde schafft der Kontrollschein einen Zähler, der erhöht werden kann, der aber nicht verringert werden kann. Der Kontrollschein ist insbesondere geeignet für zum Anbringen eines Wasserzeichens von DSD- Audio, wie in dem Dokument D3 beschrieben. Das Konzept der Einbettung von Daten in die LSB Bits und das Reduzieren deren Artefakte durch Rauschformung, kann ebenfalls auf PCM-Audio angewandt werden. Die Idee kann auch auf MPEG-Videospeicherung von DVD angewandt werden. Das Wasserzeichen kann in GOP-Struktur dadurch gespeichert werden, dass die PTY-Sequenz modifiziert wird. Außerdem kann ein Identifizierer des Recorders in W oder in einem separaten Wasserzeichen Wi eingeschlossen werden. Vorzugsweise umfasst jeder Heim-Recorder einen derartigen Identifizierer wenn eine Aufzeichnung von nicht markiertem Material gemacht wird. Der Identifizierer kann ein einfacher Hersteller-Code, eine Typen- oder Seriennummer des Recorders sein.
Fig. 1 zeigt ein Kopierkontrollsystem nach der vorliegenden Erfindung. Der Musikinhalt auf einem Aufzeichnungsträger 11 ist durch ein Wasserzeichenmuster W mit einem Wasserzeichen versehen, während der Aufzeichnungsträger 11 weiterhin ein Kontrollmuster, den Kopierkontrollschein T, aufweist. Der Spieler 12 umfasst die üblichen Elemente zum Wiedergeben der Musik von dem Aufzeichnungsträger, beispielsweise bekannt von einem CD-Spieler, und Überprüfungsmittel mit drei Einwegfunktionseinheiten 121, 123, 124, die eine Einwegfunktion F aufweisen (siehe Beschreibung der Fig. 3) und zwei Vergleichsschaltungen 122, 125, die in einer einzigen Recheneinheit, beispielsweise einem Mikroprozessor implementiert sein können, und ein Programm. Das Wasserzeichen W und der Schein T werden von dem Original-Aufzeichnungsträger 11 hergeleitet. Der Schein T ist mit der Einwegfunktionseinheit 12 gekoppelt, was zu T' führt, wobei T' mit der ersten Vergleichsschaltungseinheit 122 und einer zweiten Einwegeinheit 123 gekoppelt ist, deren Ausgang T" mit einer dritten Einwegeinheit 124 gekoppelt ist, was zu T''' führt, gekoppelt mit einer zweiten Vergleichsschaltungseinheit 125. Die beiden Vergleichsschaltungseinheiten empfangen das Wasserzeichen W an einem zweiten Eingang zum Vergleichen. Wenn die erste Vergleichsschaltungseinheit 122 Übereinstimmung vorfindet, dann ist Wiedergabe zwar erlaubt, nicht aber (weitere) Kopierung. Wenn die zweite Vergleichsschaltungseinheit 125 Übereinstimmung vorfindet, dann ist Wiedergabe erlaubt, und eine einzige Kopiegeneration ist dann möglich. Wenn die beiden Vergleichsschaltungen keine Übereinstimmung vorfinden, ist Wiedergabe nicht gestattet. Der Spieler hat einen Ausgang zu einer digitalen Schnittstelle 13, beispielsweise einer digitalen Schnittstelle IEC 958 oder P-394, zum Ausliefern der Inhaltsinformation mit dem Wasserzeichen W und dem verarbeiteten Schein T'. Der Recorder 14 hat einen Eingang zum Empfangen der genannten Signale von der digitalen Schnittstelle 13. Das Wasserzeichen W ist mit einer dritten Vergleichsschaltungseinheit 133 gekoppelt. Der Schein T' ist mit einer vierten Einwegfunktionseinheit 131 gekoppelt, was zu einem verarbeiteten Schein T" führt, wobei dieser T" mit einer fünften Einwegfunktionseinheit 132 gekoppelt ist, was zu T''' führt, der mit der dritten Vergleichsschaltungseinheit 133 gekoppelt ist. Wenn die dritte Vergleichsschaltungseinheit 133 zwischen T''' und W Übereinstimmung vorfindet, ist Kopieren erlaubt und der Musikinhalt mit dem Wasserzeichen W und dem zweimal verarbeiteten Schein T" werden auf einem aufzeichenbaren Aufzeichnungsträger 15 aufgezeichnet. Auf diese Weise ist eine einzige Generation von Kopien erlaubt, wenn das 3-fach verarbeitete Kontrollmuster T''' dem Wert W entspricht. Die Resultierende Kopie umfasst ein 2-mal verarbeitetes Kontrollmuster T", was eine Wiedergabe dieser Kopie der ersten Generation erlaubt, wenn der Spieler zunächst ein 1-mal verarbeitetes Muster erzeugt, d. h. (T")', das nun dem Wasserzeichenmuster W entspricht. Eine weitere Aufzeichnung des Musikinhaltes wird durch den Recorder gesperrt, da der 5-mal verarbeitete Schein nicht mit dem Wasserzeichen übereinstimmt. Sogar wenn eine böswillige Partie einen manipulierten Recorder verwendet, umfasst die resultierende Kopie einen 4-fach verarbeiteten Schein T"", wie durch den Spieler angeboten. Eine derartige Kopie kann nicht auf einem flexiblen Spieler abgespielt werden, da die erste und die zweite Vergleichsschaltung keine Übereinstimmung vorfinden werden. Folglich sollen ein Recorder und ein Spieler beide manipuliert sein um illegale Kopien zu schaffen und zu verwenden.
Bei einer Ausführungsform des Übertragungssystems bildet das n-fach verarbeitete Kontrollmuster einen kryptographisch geschützten Zähler. Dieser Zähler kann benutzt werden zum Zählen einer Anzahl Male, dass es gestattet ist, dass ein codiertes Signal abgespielt, beispielsweise in einem Audio- oder Video-Mietsystem, oder aufgezeichnet wird, beispielsweise zum Zählen sog. paralleler Kopien. Bei solchen Applikationen wird das Steuersignal vorzugsweise auf dem Aufzeichnungsträger selber gespeichert und aktualisiert, kann aber auch separat gespeichert werden, beispielsweise in der Wiedergabeanordnung und/oder in der Aufzeichnungsanordnung oder auf einer Chipkarte. Auch eine Anzahl Steuersignale kann gespeichert werden, während für jede Aktion, die kontrolliert werden soll, eines der Kontrollsignale vernichtet oder unzugreifbar gemacht wird, beispielsweise auf einer optischen Disk dadurch, dass in dem betreffenden Bereich Farbe angebracht oder entfernt wird.
Fig. 2 zeigt die Einweg-Verarbeitung eines Kontrollmusters Tn-1 mit zwei Teilen. Der erste Teil 21 ist ein Startparameter und der zweite teil 22 ist ein Infoteil mit Zusatzinformation, wie dem Namen des Authors, des Inhabers, einem Ausgabedatum usw. Die beiden Teile 21, 22 werden in der Kombiniereinheit 23 kombiniert, beispielsweise aneinander gehängt, addiert, oder ge"EXOR"t, und das Ergebnis wird mit einer ersten Einwegfunktionseinheit 24 gekoppelt. Das Kontrollmuster Tn enthält wieder zwei Teile, wobei der erste Teil 25 der Ausgang der ersten Einwegfunktionseinheit 24 ist und wobei der zweite Teil 26 derselbe Teil wie der Infoteil 22 ist. Für den nächsten Einweg-Verarbeitungszyklus werden dieselben Funktionen angewandt, d. h. eine weitere Kombinationseinheit 27 und eine weitere Einwegfunktionseinheit 28, was zu einem Kontrollmuster Tn+1 führt, das wieder zwei Teile aufweist. Nach einer vorbestimmten Anzahl Einweg-Zyklen stimmt der erste Teil des Musters vom Ausgang der Einweg-Einheit mit dem Wasserzeichen überein, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen. Dies hat den Vorteil, dass der Infoteil 22, 26 jeder Generation von Kontrollmuster unmittelbar auslesbar ist und ebenfalls gegen Manipulation geschützt, da jede geringfügige Änderung in dem Infoteil das resultierende Muster an dem Ausgang der Einweg-Einheiten während der Überprüfung völlig ändern wird. In dem Fall eines verschlüsselten codierten Signals kann der Infoteil den Entschlüsselungsschlüssel enthalten. Der Infoteil 22 kann ebenfalls einen expliziten Zählerwert haben, der vor der Verarbeitung des nächsten (n+1)-fach verarbeiteten Kontrollmusters verringert werden soll. Der explizite Zählerwert p gibt dann die Anzahl Verarbeitungszyklen der Einweg-Einheit an. Dies hat den Vorteil, dass nur das p-fach verarbeitete Kontrollmuster mit dem Wasserzeichenmuster verglichen werden soll. Selbstverständlich soll eine vorbestimmte Änderung, wie ein expliziter Zählerwert eingeschlossen in dem Infoteil, während der Erzeugung und Überprüfung auf dieselbe Art und Weise geändert werden. Folglich wird Manipulation mit solchen vorbestimmten sich ändernden Werten auf effektive Art und Weise vermieden.
Fig. 4 zeigt ein Kopiekontrollsystem, wobei eine Mediummarkierung P verwendet wird. Die Mediummarkierung gestattet, dass zwei separate Bedingungen für eine Original-Disk überprüft werden, bevor Wiedergabe erlaubt wird. Der Aufzeichnungsträger 41, beispielsweise eine optische Disk, weist ein weiteres Modulationsmuster von Variationen eines physikalischen Parameters auf, das eine Mediummarkierung P darstellt, relatiert an das WasserW, wobei das weitere Modulationsmuster von einem anderen Typ ist als das Modulationsmuster. Ein Beispiel weiterer Modulationsmuster, wie das Wobbeln einer Spur, lässt sich in D2 finden. Nach der vorliegenden Erfindung ist die Mediummarkierung P mit einer Einweg-Einheit 421 gekoppelt, deren Ausgang mit einer ersten Vergleichsschaltung 423 und/oder einer zweiten Vergleichsschaltung 424 gekoppelt ist. Die Einweg-Einheiten weisen alle eine kryptographische Einwegfunktion auf, wie beispielsweise anhand der Fig. 3 beschrieben ist. Die erste Vergleichsschaltung 423 empfängt ebenfalls das Wasserzeichen W und bei Übereinstimmung wird die erste Bedingung für ein "keine Kopie"-Original detektiert. Die zweite Vergleichsschaltung 424 empfängt den Kontrollschein T und bei Übereinstimmung wird eine erste Bedingung für eine "Einmal Kopieren gestattet" Disk detektiert. Der Schein T ist ebenfalls mit einer zweiten Einweg-Einheit 425 gekoppelt, was zu T' führt, wobei dieses T' mit einer dritten Vergleichsschaltung 426 gekoppelt ist, die ebenfalls das Wasserzeichen W empfängt. Bei Übereinstimmung wird die zweite Bedingung für eine "Keine Kopie" Originaldisk detektiert, oder es wird eine legale "Erste Generation"-Kopie detektiert (in welchem Fall die Mediummarkierung P fehlen kann oder einen vorbestimmten Wert hat). Der zum ersten Mal verarbeitete Schein T' ist ebenfalls mit einem Ausgang des Recorders an der digitalen Schnittstelle 43 gekoppelt, sowie mit einer dritten Einweg-Einheit 427, die mit einer vierten Einweg-Einheit 428 gekoppelt ist, was zu einer dreimal verarbeiteten Schein T''' führt, der mit einer vierten Vergleichsschaltung 429 gekoppelt ist, die ebenfalls das Wasserzeichen W empfängt. Bei Übereinstimmung wird die zweite Bedingung für eine "Nur einmal Kopieren erlaubt" Disk detektiert. Wenn die Bedingungen für Wiedergabe erfüllt werden, wird der Musikinhalt einschließlich des Wasserzeichens W von dem Spieler 42 zu der digitalen Schnittstelle 43 ausgeliefert. Ein Recorder 44 kann mit der digitalen Schnittstelle 43 zum Aufzeichnen von Musik gekoppelt sein. Das Wasserzeichen W und der Schein T' von der Schnittstelle werden auf dieselbe Art und Weise überprüft wie der anhand der Fig. 1 beschriebene Recorder.
In einer Ausführungsform haben der Spieler 42 und der Recorder 44 einen Eingang 431, 441 für ein "Heim-Wasserzeichen" WH. In dem Spieler wird das Heimwasserzeichen WH mit einer fünften Vergleichsschaltung 430 gekoppelt, die ebenfalls das Wasserzeichen empfängt. Bei Übereinstimmung wird eine Heimaufzeichnung detektiert. Der Eingang 431 wird vorzugsweise über eine weitere Einweg- Einheit mit der genannten fünften Vergleichsschaltung 431 gekoppelt, wobei in diesem Fall der Heim-Startparameterwert dem Eingang der weiteren Einweg-Einheit zugeführt werden soll. Der Heim-Startparameterwert oder das Wasserzeichen kann in einem Speicher des Spielers/Recorders gespeichert werden, oder in einem separaten Speichermodul, beispielsweise auf einer Chipkarte, oder kann auf Papier gebracht und mit Hilfe eines Tastenfeldes durch den Benutzer, wie ein PIN-Code, eingegeben werden. Auf alternative Art und Weise können Aufzeichnungen der vom Benutzer selber ausgeführten Kreationen erkannt und unterschieden werden, weil deren Wasserzeichen ein festes Wasserzeichen, beispielsweise das Dauernull-Wort, ist.
In einer Ausführungsform des Systems wird das codierte Signal verschlüsselt, während P zur Verschlüsselung benutzt wird, dargestellt als etwaige Verschlüsselungseinheit 422, verbunden zwischen dem ausgelesenen Signal und den Signalen, die den ganzen Inhalt einschließlich W und Schein T tragen. Dies ist vorteilhaft zum Schützen der Disk gegen nicht kontrollierte Datenrückgewinnung oder bitweise Kopierung, beispielsweise mit einem Computersystem. Das Trägermuster P kann von einer Einwegfunktion in einer Anordnung zum Markieren einer Master-Disk erzeugt werden, wobei diese Master-Disk benutzt wird zum Multiplizieren der Disk. Die Mastering-Anordnung kann dann das Wasserzeichenmuster dadurch erzeugen und Ausliefern, dass eine weitere Einwegfunktion auf das Trägermuster angewandt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Trägermuster P nicht außerhalb der Mastering- Anordnung verfügbar ist, während die Mastering-Anordnung nicht gesteuert werden kann zum Erzeugen einer Disk mit einem vorbestimmten Trägermuster (beispielsweise extrahiert aus einer Quellen-Disk, die von einer böswilligen Partie reproduziert werden soll).
Das Kontrollmuster oder der Kontrollschein können zusammen mit der Inhaltsinformation aufgezeichnet werden, oder auf alternative Weise kann eine separate Stelle, auf die eine böswillige Partie nicht unmittelbar zugreifen kann, selektiert werden, beispielsweise in dem Kopf von Beständen oder in dem Vorspann einer CD oder DVD. Der Kopie-Kontrollschein kann in dem MPEG-Videostrom versteckt sein. Bei einer Ausführungsform liegen diese Daten in dem GOP-Kopf, in dem "extension_and_user_data"-Feld (siehe MPEG Video-Kompressionsnorm).
Fig. 5 zeigt eine Anordnung zum Verarbeiten eines codierten Signals. Die dargestellte Anordnung ist der Spieler 52 zum Abspielen einer optischen Disk 51. Der Spieler ist mit Auslesemitteln versehen, die einen Lesekopf und eine Servo/Steuereinheit 58 zum Auslesen von Information aus der Disk 51 aufweisen. Der Spieler hat einen digitalen Ausgang 53 zu einem digitalen Bus zum Ausliefern des zurückgewonnenen Inhaltssignals mit dem Wasserzeichen W und einem verarbeiteten Kontrollschein T. Ein weiterer analoger Ausgang 54 zum Verbinden eines Kopfhörers oder einer anderen Audio-Anlage kann vorgesehen sein zum Ausliefern des Musikinhaltes nach der Verarbeitung durch einen (etwaigen, nicht dargestellten) Digital- Analogwandler. Das aus der Disk 51 ausgelesene Signal wird von der Ausleseeinheit 55 verarbeitet, die mit einer Verschlüsselungsfunktion versehen werden kann, wie diese anhand der Fig. 4 beschrieben ist. Die Ausleseeinheit 55 ist mit einer Rückgewinnungseinheit 61 gekoppelt zum Rückgewinnen des Wasserzeichenmusters W und mit einer weiteren Rückgewinnungseinheit 60 zum Wiederherstellen des Kontrollmusters T. Das Wasserzeichen W und das Kontrollmuster sind mit der Kontrolleinheit 62 verbunden. Die Kontrolleinheit 62 ist mit einer Einweg-Einheit mit der kryptographischen Einwegfunktion F (oben anhand der Fig. 3 beschrieben), versehen, wobei diese Funktion F n-fach angewandt werden kann zum Erzeugen eines n-fach-Kontrollmusters Tn, und mit einer Vergleichseinheit zum Vergleichen des verarbeiteten Kontrollmusters Tn und des Wasserzeichens. Der n-fach verarbeitete Kontrollschein T' am Ausgang 57 der Kontrolleinheit 62 wird zusammen mit dem mit einem Wasserzeichen versehenen Steuersignal über einen Schalter 56 zu dem digitalen Ausgang 53 geschaltet, wobei dieser Schalter 56 von der Kontrolleinheit 62 in Abhängigkeit eines Überprüfungsprozesses betrieben wird. Folglich ist das Ausgangssignal, das die Inhaltsinformation darstellt, nur an dem Ausgang 53 verfügbar in Abhängigkeit von der Zusatzinformation, dargestellt durch das Wasserzeichen in Kombination mit dem Kontrollschein. Die nachfolgenden Kontrollen werden in der Überprüfung durchgeführt: W = F(T) oder W = F³(T), was angibt, dass Wiedergabe gestattet ist, oder möglicherweise weitere wiederholte Tests bis zu W = F2n+1 (T). Der erste erfolgreiche Test eines n-fach verarbeiteten Kontrollmusters Tm gleich W gibt einen Zählerwert m des Kontrollmusters an. Der Zählerwert m kann benutzt werden zum Überprüfen der Erzeugung einer Kopie in einem System, bei dem n Generationen von Kopien erlaubt sind, oder die Anzahl Male, dass eine bestimmter Vorgang durchgeführt werden darf (beispielsweise Bezahlen je Gebrauch für ein Softwareprogramm), oder jede andere beliebige Applikation, bei der ein genauer Zähler erforderlich ist. Bei einer Ausführungsform des Spielers ist eine Trägermuster-Ausleseeinheit 59 vorgesehen zum Wiedergewinnen einer Mediummarkierung P von dem Aufzeichnungsträger, beispielsweise aus den Servosignalen der Servoeinheit 58 für ein Wobble-Muster, wie in D2 beschrieben. Die Mediummarkierung P ist mit der Kontrolleinheit 62 verbunden, wobei eine weitere Überprüfung T = F(P) zum Überprüfen des Kontrollmusters T und der physikalischen Markierung P durchgeführt wird. Die Mediummarkierung P kann mit einer etwaigen Verschüsselungseinheit in der Ausleseeinheit 55 gekoppelt sein. Wenn Verschlüsselung auf den Disk-Inhalt angewandt wird, verschlüsselt der Spieler den Strom, und zwar unter Verwendung von P.
Fig. 6 zeigt eine Aufzeichnungsanordnung. Die Anordnung ist ein Recorder 65 zum Aufzeichnen von Daten auf einer aufzeichenbaren Disk 66. Der Recorder hat einen digitalen Eingang 72 von einem digitalen Bus zum Empfangen eines aufzuzeichnenden Signals mit einem Wasserzeichen W und einem Kontrollschein T. Der Eingang 72 ist mit einer Wiedergewinnungseinheit 69 gekoppelt zum Wiedergewinnen des Wasserzeichenmusters W, und mit einer weiteren Wiedergewinnungseinheit 70 zum Wiederherstellen des Kontrollmusters T. Das Wasserzeichen W und das Kontrollmuster T sind mit der Kontrolleinheit 71 verbunden. Die Kontrolleinheit 71 ist mit einer Einweg-Einheit versehen, welche die kryptographische Einwegfunktion F (oben anhand der Fig. 3 beschrieben) enthält, wobei diese Funktion F n-fach angewandt werden kann zum Erzeugen eines n-fachen Kontrollmusters T", und mit einer Vergleichseinheit zum Vergleichen des verarbeiteten Kontrollmusters T" und des Wasserzeichens. Der einmal verarbeitete Kontrollschein T' am Ausgang 67 der Kontrolleinheit 71 wird zu einem Aufzeichnungsmittel 73 geschaltet, und zwar zusammen mit dem mit einem Wasserzeichen versehenen Inhaltssignal über einen Schalter 68, wobei dieser Schalter 68 von der Steuereinheit 71 in Abhängigkeit von einem Überprüfungsprozess betrieben wird. Folglich ist der Ausgang der Aufzeichnungsmittel, der die Inhaltsinformation darstellt, nur für die aufzeichenbare Disk 66 verfügbar, wenn der Überprüfungsprozess positiv ist und angibt, dass eine Kopiehergestellt werden kann. Der Recorder führt den Kopierkontrollschein T durch die Einwegfunktion in der Kontrolleinheit 71 bevor er der Disk zugeführt wird. Das Aufzeichnen von mit Copyright behaftetem Audio ist gestattet, wenn das Wasserzeichen in dem Strom mit W = F²(T) übereinstimmt. Bei einer Ausführungsform, bei der mehr Generationen von Kopien erlaubt sind, wird W = F2n(T) überprüft. Wenn ein Böswilliger seinen Recorder "frisiert" und Audio aufzeichnet, selbst wenn der geeignete T nicht vorhanden ist, wird ein normaler Spieler die Wiedergabe der Disk verweigern. Im Professionellen Bereich wird ein professioneller Titel dadurch erzeugt, dass zunächst ein Startparameter erzeugt wird. Von diesem Startparameter werden die nachfolgenden Variablen berechnet: P = G(U), und T = (F(F(U)), was wir als F²(U) bezeichnen. Für eine Disk, wovon der Konsument n-mal eine Kopie herstellen darf, wird ein Wasserzeichen wie W = F2n+1(T) geschaffen. Die Einwegfunktion G und die Variable P können derart spezifiziert werden, dass P ebenfalls eine Identifikation enthält für den Herausgeber oder eine Seriennummer der Mastering-Maschine. Wenn ein "Pirat"-Herausgeber ein bestimmtes P schreiben möchte, damit eine bit-genaue Kopie einer mit Copyright behafteten Disk hergestellt wird, muss dieser Pirat seine Mastering-Anlage manipulieren. Die professionell herausgegebene Disk enthält P, T, W und ggf. auch n, mit der oben beschriebenen kryptographischen Beziehung. Legale Kopien und professionell herausgegebener (mit Copyright behafteter) Inhalt auf aufzeichenbaren Medien enthalten ein Wasserzeichen W und einen Schein T derart, dass W = Fm(T) ist, wobei m = 1, 3, 5, 7, ... In dem Fall, dass m = 1 ist, darf der Inhalt der Disk bzw. des Mediums überhaupt nicht mehr kopiert werden. Datenströme von professionell herausgegebenem (mit Copyright behaftetem) Inhalt zu einem Recorder enthalten Wasserzeichen W und einen Schein T, so dass W = Fm(T), wobei m = 2, 4, 6, ... ist. In dem Fall, wo m = 2 ist, kann der Inhalt einmal aufgezeichnet und wiedergegeben werden.
Obschon die vorliegende Erfindung anhand einer Ausführungsform erläutert worden ist, wobei eine Disk als Aufzeichnungsmedium verwendet wird, dürfte es einleuchten, dass andere Systeme zur Übertragung von Information nach der vorliegenden Erfindung angewandt werden können. So kann beispielsweise das codierte Signal und das Kontrollsignal über ein Datennetzwerk, wie das Internet, übertragen werden.
Während die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, dürfte es einleuchten, dass es sich dabei nicht um beschränkende Beispiele handelt. Deshalb dürften dem Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung mehrere Abwandlungen einfallen. So kann beispielsweise das codierte Signal auf einer CD-ROM oder einem Nur-Ausleseband erschienen sein, während das Kontrollsignal separat verteilt werden kann. Weiterhin kann ein Wasserzeichen in dem analogen Bereich ebenfalls benutzt werden, obschon im Allgemeinen solche Wasserzeichen sich schwerer wiedergewinnen lassen. Ein unbegrenzter Gebrauch des Kontrollsignals kann dadurch vermieden werden, dass das Kontrollsignal durch einen nur bei der Bestimmung bekannten Schlüssel verschlüsselt werden kann, beispielsweise einen Schlüssel, der in bestimmten Wiedergabeanordnungen eingebaut ist oder durch einen öffentlichen Schlüssel, geliefert von der Bestimmung unter Verwendung eines öffentlichen Schlüsselsystems (beispielsweise RSA). Auch das codierte Signal und/oder das Kontrollsignal kann durch Verschlüsselungsmethoden zusätzlich geschützt werden, oder kann zusätzlich mit einer digitalen "Unterschrift" versehen werden. Ein "Frei-Kopier-Schein" R, der eine digitale Unterschrift des Inhaltes (oder eines Teils des Inhaltes) und des Wasserzeichens W ist, kann ebenfalls verwendet werden.

Bezugsmaterial

(D1) WO 97/13248-Al (PHN 15391) Mit einem Wasserzeichen codierte Signale
(D2) EP-0545472 (PHN 13922) Geschlossenes Informationssystem mit physikalischem Kopierschutz
(D3) EP-A 97200197.8 Einreichungsdatum 27.01.97 (Bezugszeichen der Anmelderin: PHN 16.209)
Das Anbringen eines Wasserzeichens in Bitstrom- oder DSD-Signalen (A. A. M. Bruekers u. a.)
(D4) New Directions in Cryptography (Diffie and Hellman), IEEE Transactions on information theory, Heft Informationsträger-22, Nr. 6, November 1976, Seiten 644- 654.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen von Inhaltsinformation und darauf bezogener Zusatzinformation, wobei:

ein codiertes Signal, das die Inhaltsinformation darstellt, und ein Wasserzeichenmuster, das Zusatzinformation darstellt, übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontrollsignal übertragen wird, das ein Kontrollmuster darstellt, wobei die Kombination des Wasserzeichenmusters und des Kontrollmusters die Zusatzinformation darstellt, und dass das Wasserzeichenmuster das Ergebnis darstellt, das erhalten worden ist durch Anwendung einer Einwegfunktion auf das Kontrollmuster.

2. Verfahren zum Codieren von Inhaltsinformation und darauf bezogener Zusatzinformation, wobei:

ein codiertes Signal dadurch erzeugt wird, dass ein Wasserzeichenmuster, das Zusatzinformation darstellt, in der Inhaltsinformation eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontrollsignal erzeugt wird, das ein Kontrollmuster darstellt, wobei die Kombination des Wasserzeichenmusters und des Kontrollmusters die Zusatzinformation darstellt, und dass das Wasserzeichenmuster dadurch erzeugt wird, dass auf das Kontrollmuster eine Einwegfunktion angewandt wird.

3. Verfahren zum Wiedergewinnen von Zusatzinformation, bezogen auf die Inhaltsinformation, wobei:

ein Wasserzeichenmuster, das Zusatzinformation darstellt, wird aus einem codierten Signal wiedergewonnen, das die Inhaltsinformation und das Wasserzeichenmuster darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserzeichenmuster und ein Kontrollmuster in Kombination die Zusatzinformation darstellen, und dass das Kontrollmuster durch eine Einwegfunktion zu einem verarbeiteten Kontrollmuster verarbeitet wird, und dass die Zusatzinformation dadurch überprüft wird, dass das Wasserzeichenmuster und das verarbeitete Kontrollmuster verglichen werden.

4. System zum Übertragen von Inhaltsinformation und darauf bezogener Zusatzinformation über ein Übertragungssignal mit einem codierten Signal, wobei das System einen Sender aufweist zum Übertragen des Übertragungssignals, wobei dieser Sender eine Codierungseinheit aufweist zum Erzeugen des codierten Signals durch Einbettung eines Wasserzeichenmusters, das Zusatzinformation in der Inhaltsinformation darstellt, und einen Empfänger zum Empfangen des Übertragungssignals, wobei dieser Empfänger eine Wiedergewinnungseinheit aufweist zum Wiedergewinnen des Wasserzeichenmusters, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungssignal weiterhin ein Kontrollsignal aufweist, das ein Kontrollmuster darstellt, wobei das Wasserzeichenmuster und das Kontrollmuster in Kombination die Zusatzinformation darstellen, und dass der Sender eine Einwegfunktionseinheit aufweist zum Erzeugen des Wasserzeichenmusters aus dem Kontrollmuster, und dass der Empfänger eine weitere Einwegfunktionseinheit aufweist zum Erzeugen eines verarbeiteten Kontrollmusters und eine Vergleichsschaltung zum Überprüfen der Zusatzinformation durch einen Vergleich des Wasserzeichenmusters und des verarbeiteten Kontrollmusters.

5. Anordnung zum Erzeugen eines codierten Signals, wobei diese Anordnung eine Codierungseinheit aufweist zum Erzeugen des codierten Signals durch Einbettung eines Wasserzeichenmusters, das Zusatzinformation in Inhaltsinformation darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Kontrolleinheit aufweist zum Erzeugen eines Kontrollsignals, das ein Kontrollmuster darstellt, wobei das Wasserzeichenmuster und das Kontrollmuster in Kombination Zusatzinformation darstellen, und eine Einwegfunktionseinheit zum Erzeugen des Wasserzeichenmusters aus dem Kontrollmuster.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anordnung eine Übertragungseinheit aufweist zum Erzeugen eines Übertragungssignals mit dem codierten Signal und dem Kontrollsignal.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwegfunktionseinheit vorgesehen ist zum Erzeugen eines n-fach verarbeiteten Kontrollmusters dadurch, dass das Kontrollmuster n-mal durch die kryptographische Einwegfunktion hindurchgeführt wird, wobei n eine ganze Zahl > 0 ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass n = 3 angibt, dass nur eine Generation von Kopien erlaubt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Identifikationseinheit aufweist zum Einschließen eines Recorder-Identifikationscodes in der Zusatzinformation.

10. Anordnung zum Verarbeiten eines codierten Signals, das Inhaltsinformation darstellt und eines Wasserzeichenmusters, das Zusatzinformation darstellt, wobei diese Anordnung eine Wiedergewinnungseinheit aufweist zum Wiedergewinnen des Wasserzeichenmusters, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Kontrolleinheit aufweist zum Empfangen eines Kontrollsignals, das ein Kontrollmuster darstellt, wobei das Wasserzeichenmuster und das Kontrollmuster in Kombination Zusatzinformation darstellen, und eine Einwegfunktionseinheit zum Erzeugen eines verarbeiteten Kontrollmusters und eine Vergleichsschaltung zum Überprüfen der Zusatzinformation durch einen Vergleich des Wasserzeichenmusters und des verarbeiteten Kontrollmusters.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwegfunktionseinheit vorgesehen ist zum Erzeugen eines n-mal verarbeiteten Kontrollmusters dadurch, dass das Kontrollmuster n-mal durch die kryptographische Einwegfunktion hindurchgeführt wird, wobei n eine ganze Zahl > 0 ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollmuster einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, und dass die Anordnung eine Kombinationseinheit aufweist zum Kombinieren des n-mal verarbeiteten Kontrollmusters und des zweiten Teils des (n-1)-mal verarbeiteten Kontrollmusters, wobei der Ausgang der Kombinationseinheit mit dem Eingang der Einweg-Einheit gekoppelt ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Steuereinheit zum Ausliefern eines weiteren Kontrollsignals aufweist, welches das n-mal verarbeitete Kontrollsignal darstellt, wobei n gleich 1 ist.

14. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung vorgesehen ist zum Determinieren eines Wertes m durch einen ersten Vergleich des Wasserzeichenmusters und des n-mal verarbeiteten Kontrollmusters bei n = 1 und wenigstens einen weiteren Vergleich des Wasserzeichenmusters und des nmal verarbeiteten Kontrollmusters bei n > 1, wobei m der Wert von n ist, was zu einem erfolgreichen Vergleich führt.

15. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Ausgangseinheit aufweist zum Ausliefern eines Ausgangssignals, das die Inhaltsinformation darstellt, und zwar in Abhängigkeit von der Zusatzinformation.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangseinheit eine Aufzeichnungseinheit ist zum Aufzeichnen des Ausgangssignals auf einem Aufzeichnungsträger.

17. Anordnung nach Anspruch 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnungseinheit vorgesehen ist zum Aufzeichnen des weiteren Kontrollsignals.

18. Anordnung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangseinheit vorgesehen ist zum Ausliefern des Ausgangssignals, wenn m = 1 oder m = 3 ist.

19. Anordnung nach Anspruch 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnungseinheit vorgesehen ist zum Aufzeichnen, wenn m = 2 ist.

20. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Wiedergabeeinheit aufweist zum Eingeben des codierten Signals von einem Aufzeichnungsträger.

21. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Trägermuster-Ausleseeinheit aufweist zum Wiedergewinnen eines Trägermusters aus dem Aufzeichnungsträger und eine Einwegfunktionseinheit zum Erzeugen eines verarbeiteten Trägermusters und einer Vergleichsschaltung zum Vergleichen des Wasserzeichenmusters und des verarbeiteten Trägermusters.

22. Codiertes Signal, das Inhaltsinformation und ein Wasserzeichenmuster aufweist, das Zusatzinformation darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserzeichenmuster das Ergebnis eines Kontrollmusters aufweist, das durch eine Einwegfunktion verarbeitet worden ist, wobei das Wasserzeichenmuster und das Kontrollmuster in Kombination Zusatzinformation darstellen.

23. Kontrollsignal zur Steuerung der Wiedergabe und/oder der Aufzeichnung von Inhaltsinformation, wobei dieses Kontrollsignal ein Kontrollmuster darstellt zur Steuerung eines codierten Signals, wobei das codierte Signal die Inhaltsinformation und das Wasserzeichenmuster darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollmuster und das Wasserzeichenmuster in Kombination Zusatzinformation darstellen, wobei das Wasserzeichenmuster das Ergebnis des von einer Einwegfunktion verarbeiteten Kontrollmusters darstellt.

24. Aufzeichnungsträger mit darauf dem codierten Signal nach Anspruch 22 und/oder dem Kontrollsignal nach Anspruch 23.

25. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserzeichen indikativ ist für ein n-faches Kontrollmuster, wobei das n-fache Kontrollmuster nach n-facher Verarbeitung durch eine kryptographische Einwegfunktion dem Wasserzeichen entspricht, wobei n eine ganze Zahl > 0 ist.

26. Aufzeichnungsträger mit einem codierten Signal, das Inhaltsinformation und ein Wasserzeichenmuster enthält, das Zusatzinformation darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzeichnungsträger weiterhin ein Trägeridentifikationsmuster aufweist, wobei das Wasserzeichenmuster das Ergebnis des durch eine Einwegfunktion verarbeiteten Identifikationsmusters aufweist, wobei das Wasserzeichenmuster und das Trägeridentifikationsmuster in Kombination Zusatzinformation darstellen.

27. Aufzeichnungsträger mit einem Kontrollsignal zur Steuerung der Wiedergabe und/oder der Aufzeichnung von Inhaltsinformation, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsignal ein Trägeridentifikationsmuster zur Steuerung eines codierten Signals darstellt, wobei das Wasserzeichenmuster das Ergebnis des durch eine Einwegfunktion verarbeiteten Trägeridentifikationsmusters aufweist, wobei das Wasserzeichenmuster und das Trägeridentifikationsmuster in Kombination Zusatzinformation darstellen.

28. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 26 oder 27, wobei das codierte Signal durch ein Modulationsmuster von Variationen eines physikalischen Parameters dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzeichnungsträger ein weiteres Muster von Variationen eines physikalischen Parameters aufweist, welches das Trägeridentifikationsmuster auf eine andere Art und Weise darstellt als die genannte Darstellung des codierten Signals.

29. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserzeichen indikativ ist für ein n-faches Kontrollmuster, wobei das n-fache Kontrollmuster nach n-facher Verarbeitung durch eine kryptographische Einwegfunktion dem Wasserzeichen entspricht, wobei n eine ganze Zahl > 0 ist.

30. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Aufzeichnungsträger von einem optisch auslesbaren Typ ist, wobei das codierte Signal durch ein Modulationsmuster optisch auslesbarer Markierungen in einer Spur dargestellt wird.

31. Kontrollsignal nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollmuster Copyright-Information enthält.