CN101140601A - 保护数字内容及通用播放的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可在任何形式的储存媒体上，利用加密/解密引擎来保护数字内容及通用播放的装置和方法。其装置的特征为包含：装置通讯接口，用以连接该装置与其它外部装置，并负责两者之间的数据传输；装置控制器，包含有一已广泛验证且高安全性的加密/解密引擎，且具有一独特标识符，该加密/解密引擎通过此独特标识符做为密钥，对数字内容进行加密的动作；以及大量储存媒体，包含有加密数据区，用以储存加密后的数字内容，并通过识别该独特标识符来对所储存的已加密数字内容进行解密的动作。此发明还涉及一软件应用程序编程接口(API)及方法来让此储存装置可以通用地播放于个人计算机/笔记本计算机、嵌入式系统以及便携式主机装置上。

Description

保护数字内容及通用播放的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种可在任何形式的储存装置上，利用加密/解密引擎来保护数字内容及通用播放的装置及方法。

背景技术

近年来，因为各式各样的多媒体蓬勃发展，自然衍生出多样化的数字内容，例如：音乐、图片、文件、电影等。又随着技术的演进，上述的数字内容所占的容量亦日益增加，所以用以储存这些数字内容的媒体容量亦日益增大，且当储存容量成长至一定程度后，开始发展出携带式储存媒体，从最早的1.2MB磁盘片一直到现在的USB随身碟、外接式硬盘、光盘片等，不但提升了信息流通的速度，也提升了数据备份及保存的便利性。

然而，在信息备份容易且流通速度快的同时，也衍生出了数据版权遭到侵害的严重问题，例如常见的MP3音乐，因为未加上任何保护而常常流通于各处且被任意地播放。

为了解决以上问题，而发展出一种数字版权管理(DigitalRights Management，以下简称DRM)。DRM是一种保护多媒体内容免受未经授权的播放和复制的方法。其提供了一种机制，使数字内容的提供者用以保护其私有音乐或其它数据免受非法复制和使用。这项技术通过对数字内容进行加密和附加使用规则而对数字内容进行保护，其中，可通过使用规则来判定用户是否符合存取或播放的资格。

目前市面上最普遍且最成功的DRM范例即是苹果计算机的iPod/iTune MP3播放器。iTune从第四版开始便引进了iTune在线音乐商店的功能，允许iTune使用者从商店中购买并下载所要的歌曲，这些歌曲可以在有限数量的计算机以及无限数量的iPod上被播放。换言之，通过苹果计算机的FairPlay DRM系统，可以成功地来防止用户自行拷贝在iTune音乐商店中所购买的歌曲。

但是苹果计算机提供的在线音乐只能在iTune及iPod和特殊播放装置上才能使用，如此一来，使用者在方便性上就大打折扣。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出一种可在任何形式的储存媒体上利用加密/解密引擎来保护数字内容及通用播放的系统，其至少包含：主机装置、便携式大容量储存装置以及用以连接两者的连接接口；其中，该主机装置包含主机通讯接口，用以连接至该连接接口与该便携式大容量储存装置之间进行数据传输；该便携式大容量储存装置包含：装置通讯接口，用以连接至该连接接口与该主机装置之间进行数据传输；装置控制器，连接至该装置通讯接口，包含有加密/解密功能，且具有一独特标识符，该加密/解密功能通过此独特标识符作为密钥，对该数字内容进行加密/解密的动作；以及大容量储存媒体，连接至该装置控制器，且包含有加密数据区，用以储存加密后的数字内容，并通过识别该独特标识符来对所储存的已加密数字内容进行同步解密的动作，由该主机装置来进行播放该数字内容。

该装置控制器更包含：中央处理器，用以处理所有内部数据的运算；接口控制器，用以连接该中央处理器与该装置通讯接口；随机存取内存，连接于该中央处理器，且可储存或读取数据处理或程序的中间过程结果；只读存储器，连接于该中央处理器，并储存有部分或所有该中央处理器所需的软件与固件；加密/解密引擎，连接于该中央处理器，并利用该独特标识符来进行该加密/解密功能；以及大容量储存媒体控制器，连接于该中央处理器和该加密/解密引擎之间，用以进行该装置控制器与该大容量储存媒体的存取。

另外，该装置控制器更包含有先入先出(first-in，first-out)内存，其连接在该中央处理器和该大容量储存媒体控制器之间，且可被用作为数据缓冲区，用以加快该数据处理量并加强计算效率。其中，该加密/解密引擎可以是利用先进加密标准(AdvancedEncryption Standard，AES)来进行加密/解密动作。

首先，先概括介绍AES加密技术。AES加密技术是由NIST(National Institute of Standard and Technology，美国国家标准及科技学院)进行长达四年的测试，最后采用Vincent Rijmen和JoanDaemen两位比利时籍科学家提出的Rijndael加密算法所完成；该标准支持128、192及256位的加密长度，NIST表示相较于原有仅支持56位的DES加密标准，128位的AES在数据安全保密上扩展许多。AES标准可有效加强政府单位及私人企业中，利用自动提款机、网络购物或电子邮件等，通过计算机进行个人数据及金融交易等数据传输的安全性，并严密保护电子信息及隐私权的保密。

本发明更揭示一种可在任何形式的储存装置上利用加密/解密引擎来保护数字内容及通用播放的方法，其包含以下步骤：连接步骤，将便携式大容量储存装置连接至前述主机装置；撷取步骤，接着在该主机装置上执行数字内容管理程序来撷取该已加密的数字内容；认证步骤，该数字内容管理程序会先进行认证动作，以判别是否可对该已加密的数字内容文档进行解密的动作，若认证失败的话，则结束程序的执行；若认证成功的话，则主机装置于播放步骤时才能顺利地对该已加密的数字内容文档进行同步解密的动作；连结步骤，依照各种不同的数字内容的文档格式，来自动连结至该主机装置上已有的多媒体播放软件；显示步骤，根据连结的结果来显示出可播放的数字内容文档，且可编辑或管理播放列表；以及播放步骤，完成该播放列表后即可播放该数字内容。

另外，本发明还揭示一种可在任何形式的储存媒体上利用加密/解密引擎来保护数字内容并通用播放的系统，其至少包含主机装置、前述便携式大容量储存装置、以及用以连接两者的连接接口，其中，该主机装置包含：主机通讯接口，连接至该连接接口；专用软件接口，连接至该主机通讯接口，且具有多项功能；以及媒体播放器，连接至该专用软件接口，用于播放该数字内容。

其中，该主机装置可以是嵌入式系统以及便携式主机装置。且该专用软件接口可以执行读取、写入、删除、格式化、取得文档列表、设定属性参数(有效日期或执行次数等等赋予数字内容的属性参数)、取得属性参数、DRM相互认证接口等功能。

接着，本发明揭示一种可在任何形式的储存装置上利用加密/解密引擎来保护数字内容并通用播放的方法，其包含以下步骤：连接步骤，将便携式大容量储存装置连接至嵌入式系统或便携式主机装置；认证步骤，通过该主机装置的专用软件接口来进行认证动作，以判别是否可对该已加密的数字内容文档进行解密的动作，若认证失败的话，则结束程序的执行；若认证成功的话，则主机装置于播放步骤时才能顺利地对该已加密的数字内容文档进行同步解密的动作；显示步骤，根据认证的结果来显示出可播放的数字内容文档，且可编辑或管理播放列表；以及播放步骤，完成该播放列表后即可播放该数字内容。

其中，该专用软件接口至少包含读取、写入、删除、格式化、取得文档列表、设定属性参数(有效日期或执行次数等等赋予数字内容的属性参数)、取得属性参数、DRM相互认证接口等功能。本发明更提出一种软件API来让此储存装置可以通用地播放于个人计算机/笔记本计算机、嵌入式系统以及便携式主机装置上。通过本发明的装置及方法，可提供一种播放接口，可将以本发明的独特标识符以及加密/解密引擎所加密的数字内容进行解密并播放，但其属于开放式结构，所以可用于不同的主机装置(例如：个人计算机、笔记本计算机、PDA、手机、家用娱乐系统...等)，而不限于特定装置(例如：苹果计算机的iPod与iTune)。就方便性而言，可谓大幅提升，且又兼具加密的保护功能，大大地提高了产业利用性。

附图说明

图1表示个人计算机系统与便携式大容量储存装置的功能框图。

图2表示便携式大容量储存装置的系统控制器与大容量储存媒体的细节框图。

图3表示个人计算机系统的通用播放流程图。

图4表示便携式主机装置与嵌入式系统以及与便携式大容量储存装置的功能框图。

图5表示便携式主机装置与嵌入式系统的通用播放流程图。

具体实施方式

以下参照图1来说明本发明的实施例，其表示出主机装置与便携式大容量储存装置。

其中，因为目前公知的加密/解密引擎的种类繁多，不胜枚举，故以下特别以AES(Advanced Encryption Standard，先进加密标准)加密/解密引擎为例，来逐步说明本发明的最佳实施例。

本发明的系统至少包含主机装置和便携式大容量储存装置20。该主机装置涵盖个人计算机/笔记本计算机11、嵌入式系统50、便携式主机装置60、或可以处理便携式大容量储存装置20所储存的数字内容的任何装置。该嵌入式系统50可以是家庭式影音多媒体娱乐系统、汽车影音多媒体娱乐系统、数字内容的存取传播站(Kiosk)、或者是任何由微处理器所控制的嵌入式系统，其具有连接至便携式大容量储存装置20的能力。该便携式主机装置60可以是便携式音乐播放器、便携式媒体播放器(PMP)、手机、PDA、或者是任何由微处理器所控制的便携式主机装置，其具有连接至便携式大容量储存装置20的能力。

所有的主机装置都必须要有主机I/O接口16来与便携式大容量储存装置20的装置I/O接口26进行成对双向通讯。该主机装置与该便携式大容量储存装置20之间的成对双向通讯接口17可以是串行(RS-232)接口，双向并行接口(例如：PS/2，ECP，EPP)、USB接口、闪存卡接口(SD，MMC，Compact Flash，Memory Stick等等)、火线(FireWire，IEEE 1394)接口、SCSI接口、IDE接口、SATA接口、PCI快速接口、或主机装置与周边装置之间的任何公知或未来的成对双向通讯接口。此外，该成对双向通讯接口17也能以无线方式实现，例如：工业标准的无线射频(RF)装置(例如：IEEE 802.11)、Wi-Fi标准、蓝牙、无线射频装置或是红外线发射装置(例如：符合IrDA的装置)等等公知或未来的成对双向无线通讯接口。

图2表示便携式大容量储存装置20的功能框图。典型的便携式大容量储存装置20包含具备微处理器的装置控制器30、装置I/O接口26、以及大容量储存媒体40。装置控制器30扮演着便携式大容量储存装置中的一个重要角色，用来控制该装置I/O接口26的传输动作，执行数字内容加密与解密，并控制对该大容量储存媒体40的存取。该大容量储存媒体40用于储存该使用者数据/程序与该加密后的数字内容。该大容量储存媒体40可以是磁盘、非易失性固态内存、或任何可用于储存该数字内容且能以微处理器来进行电子存取的其它储存媒体。目前市面上这类结构的便携式大容量储存装置20有外接式硬盘、USB随身碟、SD卡、MMC卡、CF记忆卡...等等，但是这些市面上的便携式大容量储存装置，不含有对数字内容进行加密与解密和设定加密数据区的功能。

该装置控制器30之中，包括了微处理单元(MPU)或更有运算能力的数字信号处理器(DSP)31，用以计算及控制该便携式大容量储存装置20。该MPU/DSP 31利用高速随机存取内存(RAM)32来储存或读取数据处理或程序中间过程的结果。只读存储器(ROM)33可储存部分或所有本发明的MPU/DSP 31所需的该软件与固件。软件与固件指令与ROM 33内的数据可直接从ROM 33被直接执行或读取或者是先暂存至该RAM 32以加快该执行速度。先入先出(FIFO)内存34可被用作为数据缓冲区，用以加快该数据处理量并加强该计算效率。每个装置控制器30都具有独特标识符(ID)36，且被当成密钥(Key)用于该AES加密/解密引擎37进行的该数字内容的加密与解密，以保证相同一份的该数字内容，能在每个便携式大容量储存装置20上进行不同的加密动作。除了通过该MPU/DSP 31的计算及控制之外，该装置控制器30还需要一些额外的逻辑电路，例如接口控制器38以及大容量储存媒体控制器35，用以处理该装置I/O接口26的传输控制与该大容量储存媒体40的存取控制。以上所述为装置控制器30的主要基本功能框图，当因应不同系统应用的需求，该装置控制器30可以衍生出其它所需要的功能方块。

图2表示了该大容量储存媒体40的逻辑配置结构。所有的大容量储存媒体40可被视为内存数组。在本发明中，该装置控制器30将内存数组分成两个不重迭的区域用以分别储存不同型态的数据。该第1储存区域为公用程序数据区41，用以储存数字内容管理程序43或其它使用者数据或程序。该公用程序数据区41根据不同应用的需求，可以是可读/可写区域，或只读区域；且该资料可包含或不包含已加密的资料。该第2储存区域为加密数据区46，用以储存已AES加密的数字内容48。文档系统表47被建置来记录该加密数据区46的每个已AES加密的数字内容48的分配。通过此认证机制与加密资料区46，可以避免数字内容被非法地使用。该公用程序数据区41与该加密数据区46两者的文档系统为一种一般的FAT文档系统或其它通用的文档系统。该公用程序数据区41与该加密数据区46的主要差别在于后者只有在成功地执行明确的相互认证机制之后，主机装置于播放时才能顺利地对该加密数据区46的数字内容文档进行同步解密的动作。未能成功通过认证机制的主机装置，将无法顺利地对加密数据区46进行同步解密的动作，也就无法非法地使用数字内容，进而达到DRM的目的。

图3表示此便携式大容量储存装置20在个人计算机系统上的通用播放流程图。为了达到通用播放(即使用者带着此便携式大容量储存装置20，可在任何一台计算机上播放其内的数字内容)，在该便携式大容量储存装置20的公用程序数据区41，存放有本发明专用的数字内容管理程序43。该数字内容管理程序43包含有以下的功能：A，执行DRM相互认证机制；B，撷取储存于该加密数据区46的所有数字内容文档；C，自动连结该主机装置(个人计算机/笔记本计算机)11上已有的多媒体播放软件；D，显示及管理数字内容播放列表。除了这些基本功能之外，该数字内容管理程序43还可包含其它因应不同应用的需求而衍生出的功能。在图3的流程图里，首先，将该便携式大容量储存装置20插入至该主机装置(个人计算机/笔记本计算机)11(步骤101)；接着使用者在个人计算机/笔记本计算机上执行本发明的专用的数字内容管理程序43来进行数字内容的撷取(步骤102)；该程序会先进行相互认证机制，以判别该使用者是否有权限合法地对该加密数据区46的数字内容文档进行解密的动作(步骤103)，相互认证失败的话，显示警告信息并结束程序的执行；相互认证成功的话，该主机装置在播放时才能顺利地对该已加密的数字内容文档进行同步解密的动作，程序继续往下执行，撷取储存于该加密数据区46的所有数字内容文档格式(步骤104)；并依照各种不同的数字内容文档格式，来自动连结至该主机装置(个人计算机/笔记本计算机)11上已有的多媒体播放软件(步骤105)；之后，根据连结结果来显示出可播放的数字内容文档(步骤106)；并进入「播放列表管理中心」(步骤107)，使用者可以在「播放列表管理中心」来编辑或管理自己喜爱的播放列表；完成编辑后即可进行同步解密并播放(步骤108)，播放结束后再回到播放列表管理中心。根据此通用播放流程图，使用者带着此便携式大容量储存装置20，通过其内的公用程序数据区41存放的数字内容管理程序43，即可在任何地方的任何计算机上，不需再安装任何程序，就能播放其内加密数据区46内的已AES加密的数字内容。

除了一般的个人计算机/笔记本计算机之外，本发明的便携式大容量储存装置20还可适用于其它便携式主机装置或嵌入式系统，以达到通用播放的效果。

图4表示便携式主机装置与嵌入式系统以及与便携式大容量储存装置的功能框图。与前述的主机装置(个人计算机/笔记本计算机)11不同的是，该便携式大容量储存装置20连接至嵌入式系统50或便携式主机装置60。而该嵌入式系统50与便携式主机装置60皆包含有主机I/O接口16、媒体播放器51以及一个根据本发明专用的软件API 52来实施的存取接口，以顺利存取该便携式大容量储存装置20。而其中该发明专用的软件API 52包含有以下的存取接口：A，读取；B，写入；C，删除；D，格式化；E，取得文档列表；F，设定属性参数(有效日期或执行次数等等赋予数字内容的属性参数)；G，取得属性参数；H，DRM相互认证接口等功能。除了这些基本存取接口之外，本发明专用的软件API 52还可包含其它因应不同应用的需求，而衍生出的存取界面。通过该发明提供的专用的软件API 52，嵌入式系统50或便携式主机装置60的制造商就可以依此来设计与实施，让其嵌入式系统50或便携式主机装置60可以读取该便携式大容量储存装置20内以本发明的AES加密/解密引擎37以及独特标识符36所加密保护的数字内容或媒体文档，并通过该媒体播放器51来播放该数字内容或媒体文档。

图5表示便携式主机装置与嵌入式系统的通用播放流程图。首先，将该便携式大容量储存装置20插入至该嵌入式系统50或便携式主机装置60(步骤201)，该主机装置会先进行相互认证机制，以判别该使用者是否有权限合法地对该加密数据区46的数字内容文档进行解密的动作(步骤202)，相互认证失败的话，显示警告信息并结束装置的使用；相互认证成功的话，该主机装置于播放时才能顺利地对该已加密的数字内容文档进行同步解密的动作，继续往下执行；显示出可播放的数字内容文档(步骤203)；并进入「播放列表管理中心」(步骤204)，使用者可以在「播放列表管理中心」来编辑或管理自己喜爱的播放列表；编辑后即可进行同步解密并播放(步骤205)，播放结束后再回到播放列表管理中心。

利用本发明的便携式大容量储存装置20，除了可以对数字内容进行妥善的保护，且不同于苹果计算机的iPod/iTune等系统，以本发明的AES加密/解密引擎以及独特标识符所加密的数据，可通过开放提供的专用软件API，即可在各种不同的主机系统上播放。使用者除了可以将便携式大容量储存装置20内的加密数字内容随时带着走外，可不受限于播放的主机装置，就便利性而言即大幅提升。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，但本发明并非限定于此，任何熟习该项技术的所属领域技术人员，不脱离本发明的精神的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种利用加密/解密引擎来保护数字内容及通用播放的系统，其至少包含：主机装置、便携式大容量储存装置、以及用以连接两者的连接接口；

其特征在于，该便携式大容量储存装置包含：

装置通讯接口，用以连接至该连接接口与该主机装置之间进行数据传输；

装置控制器，连接至该装置通讯接口，包含有加密/解密功能，且具有独特标识符，该加密/解密功能通过此独特标识符作为密钥，对该数字内容进行加密/解密的动作；以及

大容量储存媒体，连接至该装置控制器，且包含有加密数据区，用以储存加密后的数字内容，并通过识别该独特标识符来对所储存的已加密数字内容进行同步解密的动作，由该主机装置进行播放该数字内容。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该主机装置包含一主机通讯接口，用以连接至该连接接口。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该装置控制器更包含：

中央处理器，用以处理所有内部数据的运算；

接口控制器，用以连接该中央处理器与该装置通讯接口；

随机存取内存，连接于该中央处理器，且可储存或读取数据处理或程序的中间过程结果；

只读存储器，连接于该中央处理器，并储存有部分或所有该中央处理器所需的软件与固件；

加密/解密引擎，连接于该中央处理器，并利用该独特标识符进行该加密/解密功能；以及

大容量储存媒体控制器，连接于该中央处理器和该加密/解密引擎之间，用以进行该装置控制器与该大容量储存媒体的存取。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该装置控制器更包含有先入先出内存，其连接在该中央处理器和该大容量储存媒体控制器之间，且被用作为一数据缓冲区。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该加密/解密引擎是利用先进加密标准进行加密/解密动作。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该连接接口是选自如下之一的有线成对双向连接接口：串行接口、双向并行接口、USB接口、闪存卡接口、火线接口、SCSI接口、IDE接口、SATA接口、PCI快速接口。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该连接接口是以无线方式呈现的选自如下之一的无线成对双向连接接口：工业标准的无线射频装置、Wi-Fi标准、蓝牙、无线射频装置、红外线发射装置。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该大容量储存媒体可以是磁盘、非易失性固态内存、或用于储存数字数据且能以微处理器来进行电子存取的储存媒体。

9.一种利用加密/解密引擎来保护数字内容并通用播放的方法，其包含以下步骤：

连接步骤，将便携式大容量储存装置连接至如权利要求1所述的主机装置；

撷取步骤，接着在该主机装置上执行数字内容管理程序来撷取该数字内容；

认证步骤，该数字内容管理程序先进行认证动作，以判别是否可对该已加密的数字内容文档进行解密的动作，若认证失败的话，则结束程序的执行；若认证成功的话，则主机装置在播放步骤时才能顺利地对该已加密的数字内容文档进行同步解密的动作；

连结步骤，依照各种不同的数字内容的文档格式，自动连结至该主机装置上已有的多媒体播放软件；

显示步骤，根据连结的结果来显示出可播放的数字内容文档，且可编辑或管理播放列表；以及

播放步骤，完成该播放列表后即可同步解密并播放该数字内容。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该数字内容管理程序至少执行以下步骤：认证步骤，连结步骤，显示步骤。

11.一种利用加密/解密引擎来保护数字内容并通用播放的系统，其至少包含主机装置、如权利要求1所述的便携式大容量储存装置、以及用以连接两者的连接接口，

其特征在于，该主机装置包含：

主机通讯接口，连接至该连接接口；

专用软件接口，连接至该主机通讯接口，且具有多项功能；以及

媒体播放器，连接至该专用软件接口，用于播放该数字内容。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该主机装置可以是嵌入式系统，其具有连接至该便携式大容量储存装置的能力。

13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该主机装置可以是便携式主机装置，其具有连接至该便携式大容量储存装置的能力。

14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该多项功能包含：读取、写入、删除、格式化、取得文档列表、设定属性参数、取得属性参数、DRM相互认证接口。

15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该连接接口是选自如下之一的有线成对双向连接接口：串行接口、双向并行接口、USB接口、闪存卡接口、火线接口、SCSI接口、IDE接口、SATA接口、PCI快速接口。

16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该连接接口是以无线方式呈现的选自如下之一的无线成对双向连接接口：工业标准的无线射频装置、Wi-Fi标准、蓝牙、无线射频装置、红外线发射装置。

17.一种利用加密/解密引擎来保护数字内容并通用播放的方法，其包含以下步骤：

连接步骤，将便携式大容量储存装置连接至如权利要求11所述的主机装置；

认证步骤，通过该主机装置的专用软件接口来进行认证动作，以判别是否可对该已加密的数字内容文档进行解密的动作，若认证失败的话，则结束程序的执行；若认证成功的话，主机装置于播放步骤时才能顺利地对该已加密的数字内容文档进行同步解密的动作；

显示步骤，根据认证的结果来显示出可播放的数字内容文档，且可编辑或管理播放列表；以及

播放步骤，完成该播放列表后即可同步解密并播放该数字内容。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该专用软件接口至少包含读取、写入、删除、格式化、取得文档列表、设定属性参数、取得属性参数、DRM相互认证接口的功能。

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