CN101051906B - 发送、接收流式媒体的方法及流式媒体认证系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发送流式媒体的方法，将流式媒体分割为流式媒体分段；利用私钥对流式媒体分段进行数字签名；发送流式媒体及认证信息，所述认证信息中包含数字证书以及数字签名结果。本发明还涉及接收流式媒体的方法，接收流式媒体分段及认证信息；所述认证信息中包含数字证书及数字签名结果；验证数字证书；若数字证书合法则验证流式媒体分段的数字签名。本发明又涉及流式媒体认证系统，包括前端系统和终端系统，其中前端系统包括分割模块、签名模块及发送模块，终端系统包括接收模块、数字证书验证模块及数字签名验证模块。本发明实现了对流式媒体真实性完整性的认证，即在前端确保只发送合法的流式媒体，在终端确保用户只消费合法的流式媒体。
Description
技术领域
本发明涉及流式媒体技术，尤其涉及发送、接收流式媒体的方法及流式媒体认证系统。
背景技术
流式媒体是指使用流式传输技术的连续时基媒体，如：音频、视频或其他多媒体文件。流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。与传统的下载方式相比，流式媒体技术一方面可大大缩短用户的等待时延，并降低客户端系统对缓存容量的需求，另一方面又可适用于诸如现场直播等形式的实时媒体传播。流式媒体实现的关键技术就是流式传输。流式传输主要指通过网络传送媒体(如视频、音频)的技术。
数字签名是确认信息来源和完整性的基本手段。对任意大小的输入数据，数字签名技术使用私钥生成一个相对短小且固定长度的字节字符串，即签名。签名具有两个属性：一是如果提供了与生成签名的私钥相对应的公钥，就可以验证输入的真实性和完整性；二是签名和公钥不会泄露私钥的相关信息。
随着网络化、数字化的发展，流式媒体技术得到了广泛应用。如，在数字电视广播领域得到广泛应用的传输(Transport Stream，简称TS)流和网络电视(Internet Protocol Television，简称IPTV)领域里采用的实时传输(Real-time Transport Protocol，简称RTP)流。除此之外，流式媒体还以不同的格式应用于视频点播(Video on Demand，简称VOD)、可视电话、视频会议、视频监控、远程教育和远程医疗等领域。
在用户获取流式媒体越来越容易的情况下，对用户来说，能够确认流式媒体来源的真实性和流式媒体内容的完整性是十分重要的。出于安全考虑，用户需要对节目来源进行认证，以确保消费的节目确实来自可信任的业务提供商(Service Provider)。
但对于业务提供商(比如，电视台)，目前普遍采取资质认证的方式，由监管部门颁发纸质的业务许可证。同时，对播出的节目，在各级监控中心，主要以人工的方式对接收到的开路信号的合法性进行辨别。这虽然对广播电视安全起到了一定的作用，但存在很大的局限性：首先是监控网络很难做到完全覆盖；其次，人工的方式必然需要一定的反应时间。从根本上说，“监控”很难做到万无一失，因此应考虑一旦非法信号进入了消费终端，终端应该如何处理。显然，在目前情况下，难以避免非法信号被合法终端所消费。
现在也有采用数字证书的方式实现业务提供商的身份认证。但其针对的是数字广播电视领域的视频流，对于种类繁多的流式媒体的其他应用场景并不能很好适用；另外，其认证办法是，对视频帧做签名和验证，签名结果直接附在视频帧后面或以水印方式嵌入视频流，这种办法不太灵活，终端在提取数字签名时运算量较大(比如，水印检测)。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术所存在的缺陷，提供一种流式媒体认证方法及系统，实现对流式媒体真实性完整性的认证，满足监管部门对流式媒体传播的监管要求和用户认证流式媒体的需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种发送流式媒体的方法，将流式媒体分割为流式媒体分段；利用私钥对流式媒体分段进行数字签名；发送流式媒体及认证信息，所述认证信息中包含数字证书、数字签名结果以及签名模式信息。
可根据签名模式信息将流式媒体分割为流式媒体分段，并将签名模式信息加入到认证信息中；可以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割，每个流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个数据帧。可对流式媒体分段进行全部签名或部分签名。在进行数字签名后，可进一步建立数字签名结果与流式媒体分段的对应关系，并将该对应关系加入到认证信息中。可将认证信息与流式媒体集成在同一数据流上发送，也可将获取认证信息的说明信息与流式媒体一同发送。
本发明还提供了一种接收流式媒体的方法，接收流式媒体分段及认证信息；所述流式媒体分段具体是以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割的结果，每个所述流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应 用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个视频帧；所述认证信息中包含数字证书及数字签名结果；验证数字证书；若数字证书合法则验证流式媒体分段的数字签名。
接收数据流时，若数据流是包含流式媒体及认证信息的数据流，则从数据流中提取流式媒体及认证信息；若数据流是包含流式媒体及获取认证信息的说明信息的数据流，则从数据流中提取流式媒体以及该说明信息，并根据说明信息获取认证信息。在验证数字签名时，可根据签名模式信息和/或数字签名结果与流式媒体分段的对应关系，从认证信息中提取当前处理的流式媒体分段的数字签名结果，然后利用数字证书中的公钥验证流式媒体分段的数字签名结果。
本发明又提供了一种流式媒体认证系统，包括：
前端系统，用于发送匹配有数字证书和数字签名的流式媒体；该前端系统包括：分割模块，用于将流式媒体分割为流式媒体分段，具体为：以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割，每个流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个数据帧；签名模块，用于利用私钥对流式媒体分段进行数字签名；发送模块，用于发送流式媒体及认证信息，所述认证信息中包含数字证书、数字签名结果以及签名模式信息；对应关系建立模块，用于收集各流式媒体分段的数字签名结果，建立数字签名结果与流式媒体分段的对应关系，并将该对应关系发送至发送模块；
终端系统，用于接收流式媒体并对流式媒体的合法性进行认证；该终端系统包括：接收模块，用于接收流式媒体及认证信息；数字证书验证模块，用于验证数字证书；数字签名验证模块，用于验证流式媒体分段的数字签名，具体为：根据认证信息中的数字签名模式、数字签名结果、数字签名结果与流式媒体分段的对应关系提取出当前处理的流式媒体分段的数字签名结果，利用数字证书的公钥验证流式媒体分段的数字签名结果；所述流式媒体分段具体是以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割的结果，每个所述流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个视频帧。
本发明实现了对流式媒体真实性完整性的认证，满足了权力部门对流式媒体传播的监管要求和用户认证流式媒体的需求，即在前端确保只发送合法的流式媒体，在终端确保用户只消费合法的流式媒体。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的流式媒体认证系统结构图；
图2为本发明的发送流式媒体的方法流程图；
图3为本发明的前端系统一实施例结构示意图；
图4为本发明的流式媒体接收方法流程图；
图5为本发明的流式媒体接收方法一实施例流程图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的流式媒体认证系统结构图。该系统包括前端系统和终端系统两部分。前端系统用于发送合法的流式媒体，为流式媒体配备合法的数字证书和合法的数字签名，使其成为合法的流式媒体。终端系统用于接收流式媒体并对流式媒体的合法性进行认证，只有通过终端系统合法性认证的流式媒体才会被解码播放。
前端系统包括：分割模块、签名模块及发送模块。分割模块根据签名模式信息将流式媒体分割为流式媒体分段。签名模块利用私钥对流式媒体分段进行数字签名。发送模块发送流式媒体及认证信息，所述认证信息中包含数字证书以及数字签名结果。
终端系统包括：接收模块，数字证书验证模块以及数字签名验证模块。接收模块接收流式媒体及认证信息。数字证书验证模块验证数字证书。在数字证书合法的情况下，数字签名验证模块验证流式媒体分段的数字签名。
如图2所示，为本发明的发送流式媒体的方法流程图，包括如下步骤：
步骤A1、将流式媒体分割为流式媒体分段；
步骤A2、利用私钥对流式媒体分段进行数字签名；
步骤A3、发送流式媒体及认证信息，所述认证信息中包含数字证书、数字签名结果以及数字签名结果与流式媒体分段的对应关系。
根据不同的应用场景，传输流式媒体的数据流的类型可能有所不同。因此，签名模式中规定的认证单元也会有所不同。比如，视频流的认证单元可以是一到多个视频帧，音频流的认证单元可以是固定的时间段，传输流(Transport Stream，简称TS)的认证单元可以是一到多个TS包或PES包(Packetized Elementary Stream，简称PES)，RTP流的认证单元可以是一到多个RTP包或访问单元(等同于帧)。而每个流式媒体分段包括一个认证单元。在对流式媒体分段签名时，可以全签，即对所有流式媒体分段都签名，也可以有选择性的部分签，比如每10个连续的流式媒体分段签第1个流式媒体分段。具体采用哪种方式，可以根据相关规定和应用需求在签名模式中指出。
当有多种签名模式可供选择时，需要将签名模式信息通知终端系统，以使终端系统可以采用相应的方式验证签名。签名模式信息可加入到认证信息中发送至终端系统。终端系统根据签名模式信息可以得知流式媒体是如何分割，如何签名的。签名模式的某些参数甚至可由前端系统和终端系统在流式媒体传输前协商确定，比如根据终端系统的运算能力确定认证单元的大小(认证单元越大，所需的签名验证次数越少)。
为了与灵活的签名模式相适应，在对流式媒体分段签名的同时，还可收集各流式媒体分段的数字签名结果，并建立数字签名结果与流式媒体分段的对应关系。从而，终端系统可方便地根据该对应关系提取所需的数字签名结果。如图3所示，为本发明的前端系统一实施例结构示意图，本实施例在图1所示前端系统的基础上加入了一个对应关系建立模块，该模块专门用于收集各流式媒体分段的数字签名结果，建立数字签名结果与流式媒体分段的对应关系，并将该对应关系发送至发送模块。
认证信息可以采取“带内”和“带外”两种传送方式。“带内”即，认证信息与流式媒体集成在同一个数据流上一起传送；“带外”即，认证信息与流式媒体分开传送，这种情况下，数据流中包括流式媒体以及关于如何获取认 证信息的说明信息。
根据具体应用的不同，步骤A1、A2及A3的执行顺序会有所不同。若采用预签名方式，则事先完成对整个流式媒体的分割及签名，然后再进行传输，即先执行步骤A1和A2，然后再执行A3发送；若采用实时签名方式，则分割出一个流式媒体分段，然后签名发送，再分割出下一个流式媒体分段，此时，步骤A1、A2及A3构成一个处理循环。
如图4所示，为本发明的流式媒体接收方法流程图，包括如下步骤：
步骤B1、接收流式媒体分段及认证信息；
步骤B2、验证数字证书；
步骤B3、若数字证书合法则验证流式媒体分段的数字签名。
当认证信息以“带内”方式发送时，终端系统可以从接收到的数据流中提取出认证信息；当以“带外”方式发送时，终端系统需要从数据流中提取获取认证信息的说明信息，然后根据该说明信息获取认证信息。
若终端系统没有获取到业务提供商的数字证书，则表明流式媒体非法，终端系统停止接收该流式媒体，并抛弃已接收的流式媒体分段。若有数字证书，则验证该数字证书是否合法，若合法则继续验证流式媒体的数字签名，若数字签名通过验证，则说明流式媒体分段合法，则可送解码单元解码播放。
为了验证数字证书的合法性，终端系统中要存储业务提供商的数字证书颁发者的证书，利用该上级证书验证业务提供商的数字证书是否合法。
如图5所示，为本发明的流式媒体接收方法一实施例流程图，包括如下步骤：
步骤101、接收数据流，从中提取流式媒体分段及认证信息；
步骤102、判断认证信息中是否有数字证书，若没有，执行步骤103，否则，执行步骤104；
步骤103、停止接收该数据流，并抛弃已接收的流式媒体分段；
步骤104、用数字证书的上级证书验证数字证书的合法性，若验证未通 过，说明流式媒体非法，执行步骤103，若验证通过，说明数字证书合法，执行步骤105；
步骤105、根据认证信息中的数字签名模式、数字签名结果、数字签名结果与流式媒体分段的对应关系提取出当前处理的流式媒体分段的数字签名；
步骤106、根据签名模式，用数字证书中的公钥验证流式媒体分段的数字签名，若验证未通过，执行步骤107，否则，执行步骤108；
步骤107、抛弃该流式媒体分段；
步骤108、将流式媒体分段送解码器解码播放；
步骤109、判断流式媒体分段是否均处理完毕，若没有处理完，则继续处理下一流式媒体分段，执行步骤105。
需要根据签名模式来进行数字签名的验证。例如，若以TS中的PES包或者RTP流中的访问单元作为签名的单元，由于PES可能被分配到多个TS包中，而访问单元也可能被分配到多个RTP包中，因此终端系统在接收到数据报后，需要先进行处理，恢复成PES包或者访问单元，然后再进行签名验证。若以TS包或RTP包等基本传输单元为认证单元，那么每接收到一个数据包就可以进行签名验证，验证未通过则丢弃，验证通过则进行后续的处理。
本发明提供了一种普遍适用的流式媒体认证方法与系统，为流式媒体的安全传播提供了保障机制。本发明实现了对流式媒体真实性完整性的认证，满足了权力部门对流式媒体传播的监管要求和用户认证流式媒体的需求，即在前端确保只发送合法的流式媒体，在终端确保用户只消费合法的流式媒体。对流式媒体的不同应用领域(如数字电视广播、IPTV等)和流式媒体的不同传播方式(如广播、点播、P2P等)，本发明提供的一种流式媒体认证方法与系统可以直接应用或作为扩展应用的基础。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技 术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (13)
1.一种发送流式媒体的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
将流式媒体分割为流式媒体分段，具体为：以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割，每个流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个视频帧；
利用私钥对流式媒体分段进行数字签名；
发送流式媒体及认证信息，所述认证信息中包含数字证书、数字签名结果以及签名模式信息。
2.根据权利要求1所述的发送流式媒体的方法，其特征在于，所述利用私钥对流式媒体分段进行数字签名的步骤具体为：对流式媒体分段进行全部签名或部分签名。
3.根据权利要求1所述的发送流式媒体的方法，其特征在于，在进行数字签名后，建立数字签名结果与流式媒体分段的对应关系，并将该对应关系加入到认证信息中。
4.根据权利要求1-3任一所述的发送流式媒体的方法，其特征在于，所述发送流式媒体及认证信息的步骤具体为：将认证信息与流式媒体集成在同一数据流上发送。
5.根据权利要求1-3任一所述的发送流式媒体的方法，其特征在于，所述的发送流式媒体及认证信息的步骤具体为：在不同数据流上发送流式媒体及认证信息，发送流式媒体时携带获取认证信息的说明信息。
6.一种接收流式媒体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
接收流式媒体分段及认证信息；所述流式媒体分段具体是以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割的结果，每个所述流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个视频帧；所述认证信息中包含数字证书及数字签名结果；
验证数字证书；
若数字证书合法则验证流式媒体分段的数字签名，具体为：从认证信息中提取当前处理的流式媒体分段的数字签名结果，利用数字证书的公钥验证流式媒体分段的数字签名结果；
其中，所述认证信息还包括签名模式信息，所述从认证信息中提取当前处理的流式媒体分段的数字签名结果的步骤具体为：根据签名模式信息提取认证信息中的当前处理的流式媒体分段的数字签名结果。
7.根据权利要求6所述的接收流式媒体的方法，其特征在于，所述接收流式媒体分段及认证信息的步骤具体为：接收包含流式媒体及认证信息的数据流，从数据流中提取流式媒体及认证信息。
8.根据权利要求6所述的接收流式媒体的方法，其特征在于，所述接收流式媒体分段及认证信息的步骤具体为：接收包含流式媒体及获取认证信息的说明信息的数据流，根据所述说明信息获取认证信息。
9.根据权利要求8所述的接收流式媒体的方法，其特征在于，所述认证信息还包括数字签名结果与流式媒体分段的对应关系，所述从认证信息中提取当前处理的流式媒体分段的数字签名结果的步骤具体为：根据数字签名结果与流式媒体分段的对应关系从认证信息中提取当前处理的流式媒体分段的数字签名结果。
10.根据权利要求8任一所述的接收流式媒体的方法，其特征在于，所述利用数字证书中的公钥验证流式媒体分段的数字签名的步骤具体为：利用合法数字证书的公钥，根据签名模式信息验证流式分体分段的数字签名结果。
11.一种流式媒体认证系统，其特征在于，所述系统包括：
前端系统，用于发送匹配有数字证书和数字签名的流式媒体；该前端系统包括：
分割模块，用于将流式媒体分割为流式媒体分段，具体为：以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割，每个流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个视频帧；
签名模块，用于利用私钥对流式媒体分段进行数字签名；
发送模块，用于发送流式媒体及认证信息，所述认证信息中包含数字证书、数字签名结果以及签名模式信息；
对应关系建立模块，用于收集各流式媒体分段的数字签名结果，建立数字签名结果与流式媒体分段的对应关系，并将该对应关系发送至发送模块；
终端系统，用于接收流式媒体并对流式媒体的合法性进行认证；该终端系统包括：
接收模块，用于接收流式媒体及认证信息；
数字证书验证模块，用于验证数字证书；
数字签名验证模块，用于验证流式媒体分段的数字签名，具体为：根据认证信息中的数字签名模式、数字签名结果、数字签名结果与流式媒体分段的对应关系提取出当前处理的流式媒体分段的数字签名结果，利用数字证书的公钥验证流式媒体分段的数字签名结果。
12.一种流式媒体前端系统，其特征在于，所述系统包括：
分割模块，用于根据签名模式信息将流式媒体分割为流式媒体分段，具体为：以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割，每个流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个视频帧；
签名模块，用于利用私钥对流式媒体分段进行数字签名；
发送模块，用于发送流式媒体及认证信息，所述认证信息中包含数字证书、数字签名结果及签名模式信息；
对应关系建立模块，用于收集各流式媒体分段的数字签名结果，建立数字签名结果与流式媒体分段的对应关系，并将该对应关系发送至发送模块。
13.一种流式媒体终端系统，其特征在于，所述系统包括：
接收模块，用于接收流式媒体及认证信息；所述认证信息中包含数字证书以及数字签名结果；
数字证书验证模块，用于验证数字证书；
数字签名验证模块，用于验证流式媒体分段的数字签名，具体为：根据认证信息中的数字签名模式、数字签名结果、数字签名结果与流式媒体分段的对应关系提取出当前处理的流式媒体分段的数字签名结果，利用数字证书的公钥验证流式媒体分段的数字签名结果；所述流式媒体分段具体是以签名模式规定的认证单元为单位对流式媒体进行分割的结果，每个所述流式媒体分段包括一个认证单元，签名模式中规定的认证单元根据不同的应用场景中传输流式媒体的数据流的类型的不同而有所不同，所述认证单元为一到多个TS包或PES包、一到多个RTP包或访问单元、固定的时间段或一到多个视频帧。
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