CN101341538A - 用于写入具有区别特征的数据的方法 - Google Patents

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Abstract

在内容分发领域中，典型的问题是保护附于内容且以相应写入图案的形式写入到记录载体上的数字权利信息(DRM)不被恶意用户篡改。根据一些已知方案，通过将DRM与相应写入图案的一些物理区别特征相链接来实现该保护。利用一些约定方法可从该区别特征中提取出指纹数据并将该指纹数据用于DRM的验证。本发明提出了写入数据的方法，其中所形成的写入图案具有作为不可控的基本随机处理的结果而在写入期间形成的径向偏移。还描述了用于写入数据的相应设备、用于提取指纹数据的方法和设备以及记录载体。

Description

用于写入具有区别特征的数据的方法
本发明涉及在记录载体上写入数据的方法并涉及提取指纹数据的相应方法。
本发明还涉及用于在记录载体上写入数据的设备并涉及用于提取指纹数据的相应设备。
本发明还涉及其上记录了可从中提取数据指纹数据的数据的记录载体。
随着例如i Tunes、MusicMatch、PressPlay那样的新在线内容分发渠道的出现，视窗媒体数字权利管理(DRM)已开始扮演日益重要的角色。目前，采用了三种类型DRM。可通过它们存储和保护使用权利(如，“复制一次”、“在周三前观看”等)的方式来区分它们。
1.网络为中心：在网络中的专用服务器上安全地存储权利。想要访问内容的设备咨询(consult)服务器以获得(以及在必要时更新)这些权利。服务器可能驻留在因特网上或者在家庭网络中的某处(例如，在内容所有者处)。该DRM种类需要设备在访问内容时(几乎)总是在线。
2.(个人)卡为中心：在可移除卡或令牌(例如，智能卡、SD卡、记忆棒等)上安全地存储权利。想要访问内容的设备联系可移除安全卡以获得(以及在必要时更新)这些权利。该DRM种类需要设备具有用于插入卡的插槽。
3.设备为中心：在固定重放或存储设备(例如，驻留了内容的PC)内部安全地存储权利。想要访问内容的设备自己管理权利。该DRM种类的结果是，内容始终锁定于单个设备中。MusicMatch和原来的视窗DRM服务是这样的系统的例子。
在最近几年来，已经开发出了第四种变体，其实质目的是将当前的光学介质内容分发商业模型与DRM相结合，这给光盘带来与诸如SD卡和记忆棒之类的闪存卡几乎相同的功能性：
4.介质为中心：在可记录介质自身上安全地存储权利。想要访问内容的设备具有用来检索(以及在必要时更新)在介质上的这些权利的特殊电路。该DRM种类的结果是，可在任何(与以介质为中心的DRM兼容)设备中消费内容(权利与内容一起传送)。
尽管最后一种类型从消费者的角度看起来非常吸引人，但是在技术上它是最复杂的一个，这是因为光学介质的布局已经被标准化，这可让攻击者直接访问所有位和字节而无需验证和对系统秘密的了解等。当然，例如从基于盘的复制保护系统(DVD、CD等)可公知的是如何使用密码技术(密码、密钥分发方案、广播加密等)和盘标记/ROM侧沟槽(摆动、具有唯一介质ID的BCA...)的工具来防止复制这样的位。然而，这些系统都不能对付专用于具有可消费权利的DRM系统的、特别恶意的保存-恢复攻击。
与静态权利(永不复制、自由复制、EPN(加密和非断定状态))相反，可消费权利是一般在每次消费内容时变得更受限的权利(例如，播放4×或记录3×)。保存-恢复攻击如下进行：
-购买具有相应数字权利的内容并合法地下载到存储介质上；
-攻击者将该存储介质(“映像”)临时地逐位复制到如硬盘驱动器(HDD)之类的一些其他存储介质上；
-“消费”即正常使用原始存储介质，这在某种程度上意味着权利减少；
-在任何给定的时刻，攻击者可通过从替代存储装置(HDD)复制回映像来恢复原始权利。在此处理中，即使攻击者不知道已经复制回的(加密)比特的含义也同样恢复了原始权利：介质简单地返回到其初始状态。这独立于诸如“盘标记”(例如，BCA中唯一但固定的介质标识符)之类的任何ROM侧沟槽的使用。
WO02/015184A1中公开了一种解决这种盗用的方法。根据该方法，引入了作为侧沟槽的隐藏沟槽(HC)。侧沟槽是用来通过利用多个读出信号代表相同的用户数据模式(用户可用的数据)的事实，而在记录介质上存储附加信息的方法。例如，可用纠错奇偶位来编码附加消息。纠错机制将移除这些奇偶位，因而用户不会看到任何差别，但在纠错机制之前的专用电路会看到。当然，在此例子中，以减少系统的纠错性能为代价增加了介质的信息容量。
根据WO 02/015184A1，HC是包含遵守以下约束的信息的存储介质上的侧沟槽，该约束为该信息不能被用户写入而是仅仅由一些兼容的DRM应用来写入，因而在位复制时丢失。简单的例子是在扇区头和导入区中的特定部分中存储的数据。更复杂的例子是存储介质标准中的冗余，其中通过对这样的冗余进行具体选择来存储信息，所述具体选择例如为选择CD上的某个结合位图案、或DVD上的DSV(数字总和值，沟槽位的运行总和)中的特定趋势(例如US 5828754中所述)、或扇区数据(中的故意错误其可由冗余ECC码元来校正)。又一例子是在例如US 5737286中所述的、通过沟槽位块的缓慢变化来存储的信息。
在权利的更新期间，如下使用HC：
1.当更新(创建或覆盖)数字权利时，选择新的随即数据串，并将其记录到HC中；
2.将数字权利的新值与写入HC中的数据串密码地绑定(等)。一个例子是构建取决于HC有效负载的密钥，并利用该密钥将数字签名应用于数字权利；或者可替换地，利用此密钥加密数字权利。签名可基于对称密钥密码学(所谓消息验证码，或MAC)或公共密钥密码学(例如，基于DSA或RSA的签名)。
在权利的读出期间，使用HC进行以下检查：
(i)当读取数字权利时，从HC中检索数据串；
(ii)重新创建取决于HC数据串的、来自上述步骤2的密钥，并使用该密钥来验证数字权利和HC之间的密码关系(检查数字权利上的签名，或解密该数字权利)。
步骤(ii)防止了保存-恢复攻击：攻击者可恢复包括原始数字权利的映像，但HC不能被恢复，因而步骤(ii)中的检查失败。权利和内容密钥不能在密钥锁定器中受保护，而该密钥锁定器又由(部分)取决于HC有效负载的密钥锁定器密钥来保护。另外，HC中的数据不必要是可信的；然而，其应该让攻击者非常难以修改这些位。
然而，从WO 02/015184得知的系统具有这样的缺点：因为该已知系统依赖于在每个消费者设备中存在的通用秘密，即，用来在隐藏沟槽中存储位的算法。因而，攻击者可能构造非兼容的设备，其可使得他访问隐藏的信息，从而他可操纵隐藏信息，并因此可让他通过操纵任何数字权利来非法访问加密内容。因而，期望提供因为不依赖于通用秘密存在的原因而使得构建这样的装置非常困难、昂贵甚至不可能的措施。
根据未公布EP应用04106504.6(由同一申请人于2004年12月13日提交)来克服此缺点，其描述了用于控制数字作品(DW)的分发和使用的方法，其中DW与指定可访问DW的条件的附加使用权利信息(URI)一起被记录在记录载体上。上述方法预见到：
-URI被记录在记录载体上；
-从所记录的URI中提取指纹数据；以及
-从指纹数据导出的验证数据也被存储在记录载体上，以用于对URI的后续验证，
以便防止用户可用不太受限制的另一URI来代替该URI而不被检测到。
该方法依赖于从记录载体上记录的图案中提取指纹数据。具体地，写入图案的区别特征(本领域中已知为“指纹”)可由所述记录载体上记录的预定数据的沟槽位错误来代表，或者根据读出信号的过零点相对于所述记录载体上记录的预定数据的沟槽为边界的位置、或根据分别在所述记录载体上记录的预定数据的预定位置处的最高值或最低值来代表。换言之，写入图案的“指纹”是即使当代表相同的数据时、也可用来将写入图案与任何其他写入图案区别开的特征。此外，作为某些非控制处理的结果而获得指纹，在此情况下，指纹是写入处理所固有的、以使得它不可能或难以记录具有期望指纹的图案。
本发明的第一目的是提供一种在记录载体上写入数据的方法，其中通过该方法可以替代方式提取指纹数据，以及相应的提取指纹数据的方法。
本发明的第二目的是提供一种用于在记录载体上写入数据的设备，其中通过该设备可以替代方式来提取指纹数据，以及相应的提取指纹数据的设备。
本发明的第三目的是提供具有已记录数据的记录载体，通过该记录载体可以替代方式来提取指纹数据。
根据本发明，通过如权利要求1所述的写入数据的方法以及通过如权利要求7所述的用于提取指纹数据的相应方法来实现第一目的。
因此，根据本发明，从其提取指纹数据的写入图案的区别特征是其距离记录轨道的径向偏移。虽然根据现有技术，在写入图案之间的不可避免差异中找到区别特征，这导致写入处理的副作用，但是在根据本发明的方法中，有意地创建区别特征。这具有使得提取指纹数据更健壮和可靠的优点，这是因为写入处理可适合于创建这样的写入图案，其中足够容易地检测到区别特征，即，具有足够高幅度的径向偏移，或者换言之，其中可利用足够高的信噪比来检测区别特征。还利用不可控且基本随机的处理来创建区别特征，以使得通常不可能记录具有预定指纹的图案。这样，例如通过在多个固定的采样位置处测量径向位移，可从该不可再现的特征中提取指纹数据。
在从属权利要求中要求了根据本发明的写入数据的方法和提取指纹数据的方法的各种有利实施例。
如将根据前述讨论而清楚得知的，根据本发明，通过如权利要求13所述的用于写入数据的设备、以及通过如权利要求14所述的用于提取指纹数据的相应设备来实现第二目的。类似地，通过如权利要求15所述的记录载体来实现第三目的。
将参照附图进一步阐述和描述根据本发明的方法和设备的这些和其他方面。附图中：
图1示出了写入数据的已知方法、相应的写入图案和提取指纹数据的已知方法的示意图，
图2示出了根据本发明的写入数据的方法、相应的写入图案和提取指纹数据的方法的示意图，
图3示出了根据本发明的提取指纹的方法的实施例，
图4示出了根据本发明的写入数据的方法的实施例，
图5示出了使用本发明的验证方法的示意图，
图6示出了访问其中使用本发明保护DRM数据的记录载体的方法，
图7示出了使用本发明保护在记录载体上记录的数据的替代方法，
图8示出了已知设备中的寻道控制回路的示意图，
图9示出了根据本发明的设备中的寻道控制回路的实施例，
图10示出了根据本发明的设备中的寻道控制回路的另一实施例。
图1示出了写入数据的已知方法、相应的写入图案和提取指纹数据的已知方法的示意图。数据10是写入处理11的输入，通过写入处理11，在记录载体上形成写入图案12。写入图案12包括由第二区域14交错的第一区域13序列，其中基于例如反射性、磁化状态或电荷等物理参数，第二区域14可与第一区域13区别开。第一区域13和第二区域14沿着记录轨道15出现，并且根据采用两个惯例中的哪一个，分别对应于逻辑值1和0，或者反过来。通常，写入图案12必须遵守为相关类型的记录载体给定的某些标准规范，例如影响区域的宽度或长度，从第一区域到第二区域以及从第二区域到第一区域的转变的陡度等。尽管有任何写入图案必须支持的这些标准规范，但是可以定义一些属性，其中类似于人类指纹，根据这些属性，写入图案很可能不同于任何其他写入图案。例如，这些属性可以指的是：
-没有标准规范的一个或多个参数，或者
-具有标准规范的一个或多个参数，但在比标准规范中使用的分辨率更高的分辨率水平处观察。如现有技术中已知的那样，在用来提取指纹数据17的指纹提取处理16中，可使用这些属性作为写入图案12的区别特征或“指纹”。
图2示出了根据本发明的写入数据的方法、相应的写入图案和提取指纹数据的方法的示意图。写入处理21与已知写入处理11的不同之处在于，其包括扰动步骤23用于施加不可控的扰动(perturbation)，以使得在记录载体上形成的写入图案22具有距离记录轨道15的径向偏移25。图中示出的尺寸仅仅是为了理解目的而选择，并且不实际反映例如第一区域13和第二区域14的大小之间涉及的比例、以及径向偏移25及其变化率单位。如果给定任何这样的规范，则此径向偏移25还应当保持在最大径向偏移的范围内。因此，在补充指纹提取处理26中，可使用径向偏移25的整体趋势作为写入图案22的“指纹”，补充指纹提取处理26与已知指纹提取处理16的不同之处在于，在根据距离写入图案22中的记录轨道15的径向偏移24来确定指纹数据的步骤中导出指纹数据17。例如，指纹数据17可包括在预定采样点测量的径向偏移25的幅度的样本集合。可根据记录轨道15中存在的定时(timing)和/或同步信息来确定这些预定采样点，类似于可记录光盘的情况(其中，定时和/或同步信息以轨道的摆动频率和/或其中编码的信息的形式而存在于记录轨道15中)。
图3示出了根据本发明的提取指纹数据的方法的实施例。在此实施例中，通过随后的验证数据导出步骤30(其中根据指纹数据17生成验证数据31，特别地，还取决于数据10来生成验证数据31)来增强图2所示的提取指纹数据17的方法。如例如哈希函数或密码摘要那样的单向函数适合于在此验证数据导出步骤30中使用。
图4示出了根据本发明的写入数据的方法的实施例。在随后的指纹提取处理26中使用利用写入处理21创建的写入图案22以提取指纹数据17。然后，在存储步骤40中存储这些指纹数据17以作为参考指纹数据41，用于随后对数据10验证的后续使用。具体地，也可在记录载体上记录参考指纹数据41。
随后，可在图5示意性示出的验证方法中使用参考指纹数据41，其目的是确认是否已经操纵了以写入图案22的形式而在记录载体上记录的数据10，其中该操纵可能针对所涉及的一方(例如数据10的所有方或控制数据10的内容的主管方)的意图。
在此方法中，在一致性检查步骤50中，检查在指纹提取处理26中从写入图案22提取的指纹数据17与参考指纹数据41的一致性。例如如果确认这些是可信的，则该方法继续以允许对数据10的使用或完全访问。此方法依赖于可容易地覆盖在记录载体上记录的数据10、但至少在更新参考指纹数据41时存在要克服的技术障碍的事实。因而，尽管已经容易地操纵了数据10，但从原始数据10导出的参考指纹数据41不能被很容易地操纵。因而，通过检查参考指纹数据41与从写入图案22提取的指纹数据17的一致性，可确认数据10是否是原始的。
可通过使用帮助器数据来增强该方法，通过使用帮助器数据，在指纹提取步骤26的每个实例中，在指纹数据17的更可靠地一致的那些部分上进行比较。
很清楚，如果提取指纹数据的方法包括如图3所示的验证数据导出步骤30，则一致性检查步骤50必须涉及验证数据31和参考验证数据。
图6示出了访问其中使用本发明保护DRM数据的记录载体的方法。在此实施例中，访问记录载体，其中在记录载体中记录了数字作品(DW，例如服从版权的电影)和数字权利管理(DRM)信息(其指定可使用DW的程度和条件)。DRM信息可包括例如观看最多3次、观看一个月、复制一次等的条件。为了防止恶意用户用指定比原始DRM信息中指定的那些条件较少受限的条件的其他DRM信息来替代原始DRM信息，通过利用根据本发明的方法将DRM信息作为数据10写入、并通过存储根据本发明从对应于DRM信息的写入图案22提取的参考指纹信息41以用于后续验证，来保护原始DRM信息。
因而，该方法开始于DRM访问步骤60，以便访问对应于DRM信息的写入图案22。接着，利用图5所述的方法，在验证步骤61中验证DRM信息；如果验证步骤61不成功，则终止该方法，否则该方法继续到DRM检查步骤62，其中检验在该点处被当作是可信的DRM信息是否允许访问DW。如果不允许访问DW，则终止该方法，否则方法继续到DW访问步骤63。因为DRM信息可能需要某种更新(例如，在指定可用的访问数目并因而必须减少这样的数目的情况下)，该方法可继续到DRM更新步骤64，其中更新DRM信息，并且利用根据本发明的写入方法、用更新后的DRM信息覆盖原来在记录载体上写入的DRM信息，由此创建新写入图案22’。接着，在指纹数据提取步骤26中，从新写入图案22’提取新指纹数据17’，并且在存储步骤40中将新指纹数据17’存储为用于在访问记录载体的本方法的后续实例期间的验证的新参考指纹数据41’。DRM更新步骤64、指纹数据提取步骤26和存储步骤40应该始终与DW访问步骤63一起发生。
还在如图7所示的保护记录载体上记录的数据的替代方法中采用本发明。根据该方法，在密钥提取步骤70中使用指纹数据17以导出加密密钥71，然后在加密步骤72中使用加密密钥71来加密DW73，由此获得加密的DW 74。数据10可以是随机数据，其具有用于生成写入图案22的唯一目的，然而可使用任何辅助数据(例如DRM信息)作为数据10。在密钥提取步骤70中，优选地，使用单向函数来从指纹数据17中获得密码密钥71。然而，很清楚的是，考虑到指纹数据17的大小，因为指纹数据提取步骤26固有地具有单向函数的特性，所以可直接使用指纹数据17作为加密密钥71。
图8示出了用于在记录载体上写入数据的已知设备中的寻道控制回路的示意图。反映写入装置距离记录轨道15的位移的寻道信号86与设定点80进行比较；将所得的寻道误差81馈送到控制器82中，控制器82根据某些控制参数83进行操作并生成控制信号84。将控制信号84馈送到致动器85中，该致动器85物理地定位该写入装置。参照光盘系统，例如，寻道信号86可以是推挽信号。
图9示出了在根据本发明的设备的实施例中如何修改图8所示的控制回路。为了生成写入装置的可变位移，将扰动90添加到控制信号中。可通过使用噪声发生器91(具体地，白噪声发生器)来生成该扰动。还可以有带通滤波器92，但是通常，此带通滤波器92不是必要的，这是因为致动器85已经影响了噪声的频谱形状。很清楚，扰动90优选地将包括在控制回路的带宽之外的频率分量。
此外，如果记录轨道15具有摆动(因为通常是可记录光盘的情况)，则优选地将扰动90设计为使得径向偏移25具有可与摆动的频谱区分开的频谱。
图10中示出了根据本发明的设备的替代实施例。在此情况下，通过利用控制参数变化单元100操纵控制器82的控制参数83，来导致写入装置的位移。所进行的操纵可包括以下的任何组合：
-有意使用控制参数83的非最优值，
-暂时改变控制参数83的值，以及
-向控制参数83添加伪随机生成的可变分量。
在图9和图10所示的两个实施例中，实现了写入装置不能够一致地保持在轨道上，但在某些点上将具有径向位移。但是，在给定点处的径向位移的准确值不受控制。因此，可将径向位移的整体趋势看作是不可控且不可再现的处理的结果。
尽管已经参照光记录载体阐述了本发明，显然，其他应用是可能的，例如，可旋转非光盘记录载体。因而，本发明的范围不限于上述实施例。
应该进一步注意，术语“包括/包含”当在本说明书(包括权利要求)中使用时，是用来指示所述特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、组件或它们的集合的存在或添加。还应该注意，权利要求中的元素前面的“一”或“一个”不排除多个这样的元素的存在。此外，任何参考标记不限制权利要求的范围；可通过硬件和软件这两者来实现本发明，并且可用硬件的相同项目来代表数个“装置”。另外，本发明在于每个以及各个新颖性特征和这些特征的组合。
可如下总结本发明。在内容分发领域，典型的问题是保护附于内容且以相应写入图案的形式写入到记录载体上的数字权利信息(DRM)不被恶意用户篡改。根据一些已知方案，通过将DRM与相应写入图案的一些物理区别特征相链接来实现该保护。利用一些约定的方法可从该区别特征中提取出指纹数据，并将指纹数据用于DRM的验证。本发明提出了一种写入数据的方法，其中所形成的写入图案具有径向偏移，其作为不可控的基本随机处理的结果而在写入期间形成。还描述了用于写入数据的相应设备、用于提取指纹数据的方法和设备以及记录载体。

Claims (16)

1、一种在记录载体上沿着记录轨道(15)写入数据(10)并因此创建写入图案(22)的方法，可从该写入图案(22)中提取写入图案指纹数据(17)，该方法包括：
-使用写入装置用于写入数据；以及
-在写入数据的同时，使用寻道装置用于沿着记录轨道保持所述写入装置，其中
将不可控的扰动施加到所述寻道装置，以便使得所述写入图案具有距离记录轨道的径向偏移(25)。
2、如权利要求1所述的方法，其中使用了寻道装置，其包括致动器(85)和控制器(82)，所述控制器(82)根据某些控制参数(83)进行操作以便向致动器提供控制信号(84)。
3、如权利要求2所述的方法，其中通过向所述控制信号(84)添加噪声(90)来施加所述不可控的扰动。
4、如权利要求3所述的方法，其中通过噪声发生器来生成所述噪声(90)。
5、如权利要求2所述的方法，其中通过对控制器(82)中的控制参数(83)故意设置非最优值来施加所述不可控的扰动。
6、如权利要求2所述的方法，其中通过临时改变控制器(82)中的控制参数(83)的值来施加所述不可控的扰动。
7、一种从在记录载体上、沿着记录轨道(15)以写入图案(22)的形式记录的数据(10)中提取指纹数据的方法，其中，
根据所述写入图案(22)距离记录轨道(15)的径向偏移(25)来确定指纹数据(17)，该径向偏移是所述写入图案的区别特征。
8、如权利要求7所述的提取指纹数据的方法，还包括根据指纹数据(17)生成验证数据(31)。
9、如权利要求8所述的提取指纹数据的方法，其中根据指纹数据(17)、取决于数据(10)而生成验证数据(31)。
10、如权利要求1所述的方法，还包括：
-应用权利要求7所述的、用于从记录载体上记录的数据(10)中提取指纹数据(17)的方法，
-将所述指纹数据(17)存储为参考指纹数据(41)，以用于数据(10)的后续验证。
11、如权利要求10所述的方法，其中所述参考指纹数据(41)存储在记录载体中。
12、一种对在记录载体上、沿着记录轨道(15)以写入图案(22)的形式写入的数据(10)进行验证的方法，能够从所述写入图案(22)提取写入图案指纹数据(17)，参考指纹数据(41)可用于验证目的，该方法包括：
-提取指纹数据(17)，
-获取参考指纹数据(41)，
-检查指纹数据是否与参考指纹数据一致，其中
写入图案(22)具有距离记录轨道(15)的径向偏移(25)，该径向偏移是写入图案的区别特征，并且在提取指纹数据时使用了如权利要求7所述的方法。
13、一种在记录载体上沿着记录轨道(15)写入数据(10)并因此创建写入图案(22)的设备，其中可从该写入图案(22)中提取写入图案指纹数据(17)，该设备包括：
-写入装置，用于写入数据；以及
-寻道装置，用于在写入数据的同时沿着记录轨道保持所述写入装置，其中
存在将不可控的扰动施加到所述寻道装置、以便使得所述写入图案具有距离记录轨道的径向偏移(25)的装置。
14、一种从在记录载体上、沿着记录轨道(15)以写入图案(22)的形式记录的数据(10)中提取指纹数据(17)的设备，
被配置为根据写入图案(22)距离记录轨道(15)的径向偏移(25)来确定指纹数据(17)，该径向偏移是所述写入图案的区别特征。
15、一种具有沿着记录轨道(15)以写入图案(22)的形式的记录数据的记录载体，其中能够从该写入图案(22)提取写入图案指纹数据(17)，其中
写入图案(22)具有距离记录轨道(15)的径向偏移(25)，该径向偏移是写入图案的区别特征。
16、如权利要求15所述的记录载体，存储了作为利用权利要求7的方法而从数据(10)提取的指纹数据(17)而获得的参考指纹数据(41)。
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