CN101981927B - 用于音频/视频数据处理单元的安全模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是要限制安全漏洞所产生的影响，而该安全漏洞是安全模块的仿效器。该目的可通过以下单元得以实现：一种有杂件访问的数字音频/视频数据的处理单元，该数据被控制字加密，负责处理包括至少一个与控制字相关的密码和与控制字相关的指令的安全消息，其特征在于，包括通过安全消息接收至少两个微程序的装置，所述微程序能够由安全模块执行，所述安全模块包括存储至少两个微程序的装置和接收安全消息中指令、用于选择所述指令指示的微程序、用于至少以所述密码作为执行参数地执行所述微程序的装置，该执行使能够计算将被返回给音频/视频处理单元的控制字。

Description

用于音频/视频数据处理单元的安全模块
技术领域
本发明涉及对有条件访问音频/视频数据的保护的领域，特别是涉及在安全模块中所执行的安全机制。
背景技术
音频/视频数据保护技术是公知的，并且是若干公开出版物的主题，如1995年冬天EBU技术回顾中的“有条件访问系统的功能模式”。
在一个公知的实施例中，向多媒体单元广播多个流，如向一个解码器广播，以便浏览收费电视事件，例如是一部电影、一场体育赛事或一场重要的比赛。这些流，特别的，在一方面，是编码数据流形式的事件文件，而另一方面，控制消息流允许对数据流的解密。数据流的内容通过有规律地更新“控制字”(控制字＝CW)来编码。第二流被称作ECM流(权利控制消息)，并能通过两种不同的方式形成。根据第一种方法，通过密钥，传输密钥TK对控制字进行编码，该密钥一般属于位于管理中心和与接收机/解码器相关联的安全模块之间的传输系统。利用传输密钥TK通过对控制消息进行解密来获得控制字。
根据第二种方法，ECM流并不直接包含编码的控制字，但是含有使能够确定控制字的数据。控制字的这种确定，可以通过不同的操作来实现，特别是通过解密，这种解密可以直接导出控制字，与上述第一种方法相应，但是解密同样能够导出一段包含控制字的数据，而控制字仍必须要从该段数据中提取出来。
特别地，数据段可以包含控制字以及与将要传播的内容相关联的值，并且特别地，也可包括该内容的访问条件。另一种使能够确定控制字的操作可以使用，例如，特别是该段数据的单向散列功能。
一般在与多媒体单元或接收机相关联的安全模块中执行安全操作。这样的安全模块特别地可以通过四个不同的形式来实现。
所述形式中的一种是一种微处理器卡、一种智能卡，或更普遍的采用一种电子模块(具有密钥或标记等的形式)。这样一种模块通常可从接收机处移开，并可与接收机相连。最常用的是具有电接触的形式，但是并不排除不接触的连接，如ISO 14443型。
第二种已知的设计，是将一集成电路芯片，通常通过确定的不能移动的方式置于接收机的印刷电路板上。一种选择是安装在一个底座或连接器上如SIM模块的连接器上的电路。
在第三种设计中，安全模块被集成在一个也具有其他功能的集成电路芯片中，如安置在解码器的解扰模块中或解码器的微处理器中。
在第四个实施例中，安全模块没有通过硬件形式实现，而是其功能仅通过软件的方式实现。这种软件可基本归于(obfuscate)接收器的主要软件内。
假设四个例子虽然安全级别有所区别，但其功能是相同的，我们将以最适合实现其功能的方式或是所述模块能采用的形式来谈及安全模块。在上述四种设计中，安全模块具有用于执行存储在其存储器中的程序的装置(CPU)。此程序使能够执行安全操作，验证权限，使进行解密或激活一解密模块等。
某些居心不良的人采取的多种分析这种安全模块的操作的手段会是有效的，并且能够使这些人在装载必要的机密消息(密钥或序列号)后，就可以实现对所述安全模块的仿造。这样的模块运行如同一可信的模块，并且也具有处理器和存储器。安全模块的功能性被仿效以重现原操作。
发明内容
因此本发明的目的是要限制安全模块的这种类型的仿效器的影响。
这个目的可以通过用于通过数字音频/视频处理单元有条件访问数据的安全模块实现，所述有条件访问数据通过控制字被加密，所述安全模块负责处理安全消息，该安全消息包括至少一个与控制字相关的密码和与控制字相关的指令，其特征在于，其还包括用于通过安全消息接收至少两个微程序的装置，所述微程序是通过安全模块可执行的，所述安全模块包括用于存储至少两个微程序的装置和用于接收包含在安全消息中的指令、用于选择通过所述指令指示的微程序、至少以密码作为执行参数地执行所述微程序的装置，该执行使得能够计算将被送回到音频/视频处理单元的控制字。
根据本发明，获取最终控制字取决于一个原本不存在于安全模块中并且被下载到所述模块中的程序的运行。
安全模块的仿效器在另一个中央单元(CPU)的基础上仿效功能，并且不能直接执行微程序的机器码。
附图说明
通过以下结合附图的细节说明，将会更好的理解本发明：
图1示出了本发明第一实施例，
图2示出了本发明的第二实施例，其包括密钥的操作，
图3示出了两级的第三实施例，在各级上都有密码操作。
具体实施方式
本发明的目的是使得执行为了获得最终的控制字所必需的程序代码。该代码开始时并不在该模块中，而是在一个安全消息中被发送。更多地，多个微程序是可选择的以用于产生控制字CW，安全消息一方面包括密码CTG，另一方面包括指令，以用于选择将要被使用的微程序。
根据图1中公开的第一实施例，ECM安全消息包含密码，CTG，和指令，IN。
需要注意的是，这个安全消息本身是安全的，也就是说它的内容通过一个密钥加密，该密钥也存储于安全模块中。一旦被解密，验证数据(签名，散列)使能够验证它的内容是可靠的和值得信赖的。
包含在ECM安全消息中的指令IN被用作选择器，以确定必须使用哪个微程序(MP1，MP2，MPn)。该微程序被加载在处理器的执行存储器内，并能够与其它软件模块相关联。包含在安全消息中的密码CTG被用作这个微程序的输入变量，所述微程序的执行使能够获得控制字CW。
根据图2中公开的第二实施例，由指令IN选择出的微程序MP接收密码CTG作为一个变量，并接收包含在安全模块中的密钥KCW。这个密钥最好通过另一个安全消息如EMM权限管理消息发送到安全模块。其后微程序MP作为一个特别的解密模块，其使用密钥KCW作为密码CTG的解码密钥。
根据图3中公开的第三实施例，密码被分成两个部分，第一部分CTG1与由指令IN所选出的微程序MP一起使用，执行微程序或微程序的一部分的操作结果被传送到密码模块DEC。
该模块也接收密码的第二部分CTG2作为变量。通过模块DEC实现密码操作，一方面基于由微程序MP处理密码第一部分CTG1的结果，另一方面基于密码的第二部分CTG2，使能够获得控制字CW。需要注意的是，指令IN不会干扰后面的步骤。
密码模块DEC可以是IDEA型，AES型，TDES型或其他型。微程序MP的结果可以被用作一个密钥，或是密码模块的一个输入。在第一种情况中，密码的第二部分CTG2被用作一个输入，而在第二种情况中，它被用作一个密钥。
如上所述，一个或多个微程序MP从一个管理中心被传送到与安全模块相连的接收机/解码器。微程序MP可在一个特定安全消息(EMM)中并通过一个合适的密钥进行加密地传送给所述安全模块。因此只有这个安全模块能够访问它的内容。根据另一个实施例，微程序被包含在与密码和指令所在的消息相同的消息中。因此该消息的处理允许微程序的操作，并且它的执行用密码作为一个参数。
根据另一个实施例，微程序由所述微程序的特定密钥加密。微程序被发送到安全消息中，并且当它在安全模块中被接收到时，它以加密形式被存储。包含密码的安全消息也将包含能解密微程序的密钥。
根据本发明的优选实施例，每个微程序都被标记以确保其真实性。微程序以加密的形式被存储在安全模块的存储器中。在执行前，微程序通过一个密钥被解密，该密钥在安全模块的安全存储器中或是在已激活此操作的安全消息中。一旦解密，要根据包含微程序的一组数据的签名来进行认证。为验证签名，就需要一个已标记该数据的来自权力机构的公共密钥，该权力机构使用专用的和秘密的密钥来产生签名。
微程序的数量是至少两个或者可以更多。它们可以优选地以加密的形式存储在安全模块的非可执行的存储器中。一旦其中一个微程序通过指令IN被选中，该微程序就被解密、认证以及被发送到安全模块的处理器的可执行区域内。处理器代码的其它部分能够用于微程序的执行。需要注意的是如果没有微程序执行的操作，就不能获得密码的转换结果。
根据一个实施例，安全消息包含一组由密钥加密的微程序。该密钥既可以是安全模块初始化时所存储的密钥，也可以通过安全消息更新。各微程序由一个适当的密钥加密。在接收到安全消息时，安全模块提取微程序块，并通过相应的密钥对其进行解密。虽然微程序块在安全模块的存储器中已经被解密，各微程序仍由它们自身的密钥加密。在包含使能够获得控制字的密码的安全消息到达时，该消息也会包含用于解密由指令所指示的微程序的密钥。
根据一个特定的实施例，安全模块具有可支配的处理器，其上加载有虚拟软件，也就是由类语言编写的指令由处理器经过虚拟化层来执行。一个公知的虚拟化层例子就是Java。安全消息中所包含的微程序由与虚拟化层兼容的指令构成。它们由虚拟化层执行，也就因此可被不同类型的处理器执行，如同这些处理器都有这样一个共同的虚拟化层。
根据本发明的另一个特定实施例，安全模块包括一个可编程的硬件元件，例如所知的作为可编程逻辑模块的FPGA族的元件。这些电路执行一个功能，这是由内部连接的配置程序所定义的。该程序允许电路里不同内部元件的连接，以形成触发器、移位寄存器或是其它逻辑功能块。因此一个微程序包括如此一个可编程逻辑的配置程序，其允许可编程逻辑模块行为的改变，和依据一个变量执行特定功能，该变量此处是密码。
以上通过不同密码操作获得的被称做“控制字”的结果，都可在被传送到音频/视频数字数据处理单元之前进行再次改变，例如被加密或解密，或甚至是与一个寄存值进行简单混合(XOR)。也可以由音频/视频数字数据处理单元进行改变，例如由音频/视频流的解密模块中的解密来改变。
根据一个实施例，以上所述的方法是由一个接收机-解码器执行的，其包括音频/视频流的解码单元和处理单元。处理单元负责安全操作(接收和处理安全消息)，也负责接收机-解码器(EPG，切换频道等)的整体管理。当位于处理单元核心的处理器与所编写的微程序所用于的处理器不一样时，处理单元会模仿执行安全微代码。
如上所述，用高级语言(例如JAVA，C)编写微程序以及因此由处理单元执行是可能的。

Claims (10)

1.一种用于由控制字加密的有条件访问的音频/视频数字数据的处理单元的安全模块，负责处理至少包含与控制字相关的密码和与所述控制字相关的指令的安全消息，其特征在于还包括通过安全消息接收至少两个微程序的装置，所述微程序能够由所述安全模块执行，所述安全模块包括用于存储至少两个微程序的装置，和用于接收包含在所述安全消息中的所述指令、用于选择由所述指令指示的微程序、至少以所述密码作为执行参数来执行所述微程序的装置，该执行使得能够计算将返回给音频/视频处理单元的控制字。
2.根据权利要求1所述的安全模块，其特征在于，所述微程序以被加密和/或被认证的形式存在于所述安全消息中，并且所述安全模块还包括用于在所述微程序执行之前解密和/或认证所述微程序的装置。
3.根据权利要求2所述的安全模块，其特征在于所述微程序包含在第一安全消息中，所述微程序的解密装置包含在第二安全消息中。
4.根据权利要求1或2所述的安全模块，包括密码模块，其特征在于所述密码包括第一部分和第二部分，第一部分作用在由所述指令选择的微程序上，第二部分作用在接收通过所选择的微程序获得的结果的密码模块上以用于产生所述控制字。
5.根据权利要求1或2所述的安全模块，其特征在于包括处理器和虚拟化软件，使得能够执行类指令，所述微程序由类指令形成。
6.根据权利要求1或2所述的安全模块，其特征在于包括可编程逻辑模块，所述微程序是可编程逻辑的配置程序。
7.一种用于接收要由接收机-解码器处理的音频/视频内容的方法，所述接收机-解码器包括解码单元和处理单元，所述内容由控制字加密，与所述控制字 相关的密码在还包含至少一个指令的安全消息中被接收，所述方法的特征在于包括以下步骤：
a.接收包含在安全消息中的至少两个微程序，这些微程序能够由所述处理单元执行，
b.在所述处理单元的微程序存储器中存储所述微程序，
c.接收安全消息，并提取所述密码和所述指令，
d.根据所述指令的值在所述微程序中选择一个微程序，
e.至少以所述密码作为执行参数来执行被选出的微程序，该执行使得能够计算将返回给所述音频/视频解码单元的控制字。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述微程序以被加密和/或被认证的形式存在于所述安全消息中，所述方法在所述微程序执行前还包括微程序的解码和/或认证步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述微程序被加密密钥加密并被第一安全消息接收，所述微程序的加密密钥在第二安全消息中传送。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于所述密码包括第一部分和第二部分，第一部分作用在由所述指令选择的微程序上，第二部分作用在接收通过被选择的微程序获得的结果的密码模块上以用于产生所述控制字。 
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