CN102663290A - 一种基于虚拟机的数字版权保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟机的数字版权保护方法，属于信息安全技术领域。本方法为：1)在客户端和服务器端分别安装可信计算平台；客户端安装TVMM，并从服务器端获取虚拟机VM；2)客户端通过TVMM上的管理虚拟机向CA服务器发送认证链信息，CA验证通过后客户端用该VM访问服务器端建立链接；3)客户端使用该VM浏览服务器端的数字产品并申请下载；4)服务器端使用客户端提供的该VM的公钥对申请下载产品加密，并附带一授权文件，发送给该VM；5)客户端使用该VM私钥解密得到所述数字产品，并在该VM的播放器中运行。本方法实现了数字版权保护，而不会因为复制和传播的简单易操作性使数字产品被无限制使用。

Description

一种基于虚拟机的数字版权保护方法

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，尤其涉及数字知识版权保护，实现了一种基于虚拟机的数字版权保护方法。

背景技术

随着网络技术的发展，侵权已经成为非常严峻的问题。数字网络环境下的数字内容获取和复制传播变得容易实现，一些产品采用了序列号，时间戳等方式防止产品被反复或者无限期使用，但是这些方法都没有从根本上解决版权问题。

针对音乐文件管理和销售，有一种成熟的经营模式iTunes Store，该模式需要使用专用的硬件和软件连接，以付费的模式下载音乐和电影，对于购买的多媒体文件可以下载到任意数量的iPod播放器中，但是存在刻录限制。对于刻录的内容可以再次被保存使用从而产生不能控制的传播。

针对这种问题的另一种解决方案是使用DVD播放机，或者其他专用的设备播放数字产品。使用加密的DVD盘，能限制内容不被拷贝。例如一些游戏产品使用这种方式，如果要进行游戏则必须使用光盘，但虚拟光驱技术能够摆脱这种限制。从而使产品的传播使用不能受到控制。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于基于虚拟化平台，提出一种新的数字版权保护机制。本发明通过将数字文件分发后在特定的虚拟机中运行，类似于在专有设备中使用，包含授权文件，在可信的硬件平台上保证虚拟机不会被更改，以此来保证数字资源，包括多媒体数据和保密数据以及其他数据能够根据不同的安全策略达到不同的保护效果。

使用可信虚拟机设计了数字版权管理的平台，在该平台上，使用TCG(Trusted ComputingGroup)的硬件平台和虚拟机软件。数字产品提供商提供客户端一个类似于Closed-box的VM(Virtual Machine)，包含了数字产品浏览器，支付程序，SSL通信程序和播放器程序。客户端使用该VM浏览该提供商的数字产品，对于选择的产品使用支付程序支付后下载使用，下载的产品会附加一个授权文件。

本发明的技术方案为：

一种基于虚拟机的数字版权保护方法，其步骤为：

1)在客户端和服务器端分别安装可信计算平台；客户端安装可信虚拟机管理平台TVMM，并从服务器端获取虚拟机VM；

2)客户端通过TVMM上的管理虚拟机向CA服务器发送认证链信息，CA服务器验证通过后客户端用该VM访问服务器端建立链接；

3)客户端使用该VM浏览服务器端的数字产品并申请下载；

4)服务器端使用客户端提供的该VM的公钥对申请下载产品加密，并附带一授权文件，发送给该客户端VM；

5)客户端使用该VM私钥解密得到所述数字产品，并在该VM的播放器中运行；其中，客户端的虚拟机根据该授权文件监控所述数字产品的使用。

进一步的，所述虚拟机VM为一包含指定功能的独立的封闭系统。

进一步的，所述虚拟机VM的功能包括：数字产品浏览器、支付程序、通信程序和播放器程序。

进一步的，所述通信程序为SSL通信程序；客户端与服务器端使用SSL加密方式通信，在SSL握手过程中相互验证对方平台的可信信息。

进一步的，所述认证链信息包括该VM运行的硬件平台、BIOS系统、Bootloader程序、TVMM程序、VM和VM中的应用程序。

进一步的，所述认证链为该VM的证书链；所述证书链的生成方法为：首先客户端使用带有TPM芯片的硬件平台度量客户端平台固件，产生hash值和客户端平台固件的公钥，并使用TPM的私钥对其签名产生第一个底层的证书；然后TPM对客户端平台固件和客户端系统启动器度量，客户端系统启动器对TVMM度量，分别产生相应的证书；最后TVMM对该VM签名产生证书，该VM对其中的应用程序签名生成证书，得到所述证书链。

进一步的，所述TVMM的私钥用封装存储方式存储在外部存储介质中，并使用客户端系统启动器的公钥加密。

进一步的，所述证书中包含：被验证内容的hash值，被验证程序的公钥，程序的版本信息，补丁信息。

进一步的，客户端使用该VM私钥解密得到所述数字产品后，客户端管理虚拟机向服务器端提供验证信息，验证通过后在该VM的播放器运行。

本发明方法流程如图1所示，假设客户端和数字产品提供商的服务器端都使用可信计算平台，客户端基于可信虚拟机管理平台(TVMM，Trusted Virtual Machine Monitor)。

TVMM上具有超级权限的虚拟机成为管理虚拟机，负责启动其他的虚拟机系统。管理虚拟机从系统启动开始根据可信计算度量过程产生证书链，发送给CA(Certificate Authority)进行认证，认证成功后，客户端使用认证过的虚拟机VM与服务器端建立SSL链接，在VM中浏览产品并申请下载，使用支付程序支付费用。服务器端使用客户端提供的VM的公钥对产品加密附带授权文件，和客户端在加密通信中传输产品。用户得到数字产品后，使用VM私钥解密，并在播放器中运行。

客户端VM由服务商提供，除了浏览产品，支付和播放产品之外不提供其他的功能。用户在使用数字产品时，使用可信虚拟机管理平台TVMM保证VM中的内容不被修改，不被复制，不被传播，只能按照发行商定制好的策略使用。通过这种方式实现了数字版权保护，而不会因为复制和传播的简单易操作性使数字产品被无限制使用。

其中，TVMM是指虚拟化技术通过在可信硬件平台上添加一层薄的可信虚拟机监控程序Trusted Virtual Machine Monito，实现对处理器、内存管理器和I/O系统等的虚拟化管理。从应用层来看，程序运行在虚拟机上如同运行在实体计算机上一样。TVMM上可以运行多个虚拟机VM程序。TVMM向上层的每个VM提供原始的硬件接口。每个VM针对不同的应用可运行相应的操作系统和应用程序，VM之间不会相互影响。

本发明的一种基于虚拟机的数字版权保护方法，其技术方案如下：

1)平台安全

本地和服务器端都使用基于虚拟机的可信计算平台。客户端的管理虚拟机通过TVMM管理其他虚拟机资源。管理虚拟机是TVMM上具有高级权限的虚拟机系统，提供定义严格的管理接口，包括启动、关闭、暂停其他虚拟机系统，为其他的VM提供虚拟的硬件资源，保证VM之间的隔离性和完整性，并向CA服务器端提供认证链信息从而保证客户端是可信的。管理虚拟机分配资源，控制每个VM的动作，通过虚拟网卡与VM通信。管理虚拟机运行于TVMM之上，但其不能更改TVMM，否则将会使整个平台不可信。

管理虚拟机向CA服务器端提供认证链信息，认证的内容包括底层运行的硬件平台，BIOS系统，Bootloader程序，TVMM程序，VM自身和VM中的应用程序。在本地，管理虚拟机将平台启动过程中产生的证书链发送到CA服务器端，证书链如图2所示。CA服务器端验证证书并决定是否相信客户端平台的可信，即相信的程度。证书链的传输过程使用SSL加密通信技术。

2)证书链

在平台启动到TVMM启动的过程中，证书链的产生过程如下：

首先由客户端上安装的TPM(Trusted Platform Module)芯片度量Firmware产生hash和Firmware的公钥一起作为内容使用TPM的私钥签名产生第一个底层的证书；

然后可信模块TPM对Firmware(客户端平台固件)和Bootloader(客户端系统启动器)度量；

最后Bootloader对TVMM度量产生相应的证书。其中TVMM的私钥用封装存储(SealedStorage，TPM提供的保存数据的一种方式)方式存储在外部存储介质中，使用Bootloader的公钥加密，只有对应的私钥才能将其解密使用，从而保证TVMM的安全，保证TVMM不能被拷贝到其他平台上使用。

客户端VM证书产生过程如下：首先每个VM创建的过程中都有产生一个公私钥对，用来对其中运行的需要验证的程序加密签名使用；管理虚拟机对每个VM签名产生证书，客户端VM对其中的应用程序签名生成证书；从底层的硬件平台到高层的应用程序，整个证书链建立成功。

3)证书

每个证书中包含被验证内容的hash值，被验证程序的公钥和一些应用数据，这些数据中可以包括程序的版本信息，补丁信息以及其他的一些信息，如图3所示。使用低层的模块的私钥签名后形成一个完整的证书。

CA得到证书链以后根据TPM平台验证最底层的模块的hash值，判断硬件平台的可信性。再顺序的判断证书链中的其他证书，如果整个证书链中的hash值都能够在CA得到验证，那么可以说明整个平台是可信的。

4)分发安全

客户端使用从服务器端得到的VM和服务器端建立连接，客户端系统是服务器端定制的安全的系统，只包含裁剪过的操作系统，浏览器程序和在线支付程序和播放器，客户端管理虚拟机和CA服务器的通信使用SSL加密过程。VM只能和多媒体内容提供商服务器联系，减少了网络连接的风险。

以客户端要获取音乐文件为例，客户端使用浏览器访问服务器端，在SSL握手过程中，客户端将整个VM平台的证书链发送到服务器端，服务器端验证证书，确定该客户端系统中运行的浏览器和支付程序是可信的。在选择和试听音乐之后，支付并开始下载音乐文件。音乐文件和限定播放策略文件经由VM的公钥加密，保证只有相应的VM才能够打开文件使用。客户端得到文件后通过VM解密，管理虚拟机向服务器端发送验证的证书链，保证VM及其中内容的完整性，经验证后才能够播放，从而保证策略文件能够正确的执行。

5)权限控制

购买的数字产品附带了提供商的授权文件，根据购买的使用权限，指定不同的使用限制。例如可以限定一个文件的使用次数，每次使用时，客户端会自动和CA服务器端通信验证平台的可信，保证授权使用的文件没有被修改，每使用一次，静态计数器会减少一次，当使用了规定次数后，就限制客户不能再使用。

6)防拷贝

提供商提供的VM可以看成是一个独立的封闭系统。这个系统只提供指定的功能，不能进行内容拷贝等其他操作。

在通常的平台上，对于音乐文件来说，如果不能复制的文件，可以采用在播放的同时使用录音程序将音乐录制保存下来。但是在VM中，提供商裁剪了系统，只能进行指定的操作，不提供录制功能，所以能够防止此类盗版事件发生。对于客户端VM来说，每个VM都使用相对独立的硬件，相互之间的隔离性由TVMM来保证。其他系统也不能通过获取声卡信息来获得播放内容。

对于视频或者文件等文件，在通常平台上，可以使用录屏软件或者抓屏软件得到其中内容。但在客户端VM中，由与TVMM隔离性的保证，每个程序的使用范围只能限定在当前窗口和当前VM范围内，不能够录制其他VM中的内容。

因此，在VM中使用数字版权产品，就像在封闭的硬件系统(Closed-Box)中使用产品一样，能够保证产品内容不会被复制传播。

7)播放器设备使用

对于音乐文件来说，可能会需要拷贝到MP3播放器等硬件播放设备上，提供商可以在提供的授权文件中限制复制的次数，对于机密文件可以限制不允许复制，只能够在对应的VM中使用，而不允许复制出来使用。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

本发明针对数字版权保护，防止复制和版权滥用。在提供商购买的VM中，启动后只能够进入到浏览器中，没有其他的输入窗口和执行其他程序的窗口，不提供其他程序，不提供复制功能。播放器和支付系统都集成到浏览器中，浏览器仅能够浏览提供商的文件和浏览本地已下载文件，对于本地文件，在浏览器中能够直接播放。VM提供的功能就是一个专用的(Closed-box)DVD播放机功能。用户只能在指定的位置输入，VM中没有其他程序和接口，这样保证了输入的内容全部由用户手工输入，从而排除有害程序输入的可能。在独立的VM中，也不允许其他的程序在播放同时录制，避免了其他方式的复制。

本发明对于全面保护数字版权具有举足轻重的作用。

附图说明

图1是本发明的实施方案流程图；

图2是证书链生成示意图；

图3是本发明的证书示意图；

图4是多媒体版权保护系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明的范围。

一个多媒体版权保护场景实例，用户Client和电影提供商Server，场景结构如图4所示。

在该系统中，Client端(客户端)获得多媒体内容提供商提供的VM。VM中包含了电影信息浏览器，和内容提供商的通信程序，播放器和在线支付系统。客户端通过SSL协议向CA认证VM，证明VM的可信。CA服务器端认证客户端发送的证书链，确认Client确实运行的是可信的软件系统，证书链中包含了该VM平台的从硬件到最顶层软件的信息。Client使用VM中的浏览器浏览Server端的电影产品，试看Server上提供的电影，确定选择相应的电影后，使用支付系统支付费用，然后下载电影。下载的电影包含了Server端提供的授权文件，授权文件中定义了电影的播放规则，下载的文件使用VM传递过来的公钥加密。保证只有相应的VM才能够解密并播放下载到的文件。

播放限制策略，每个下载的文件都有一个对应的授权文件，文件中规定了下载文件的使用限制。每次使用时首先验证客户端VM内容的完整性，根据使用策略判断其中的文件是否能够继续使用。例如，如果规定电影文件只能播放10次，VM中有一个静态计数器，每播放一次会减少1，当次数为0时，文件不能再使用。可以通过支付程序支付费用更新策略文件获得新的授权。

Claims (9)

1.一种基于虚拟机的数字版权保护方法，其步骤为：

1)在客户端和服务器端分别安装可信计算平台；客户端安装可信虚拟机管理平台TVMM，并从服务器端获取虚拟机VM；

2)客户端通过TVMM上的管理虚拟机向CA服务器发送认证链信息，CA服务器验证通过后客户端用该VM访问服务器端建立链接；

3)客户端使用该VM浏览服务器端的数字产品并申请下载；

4)服务器端使用客户端提供的该VM的公钥对申请下载产品加密，并附带一授权文件，发送给该客户端VM；

5)客户端使用该VM私钥解密得到所述数字产品，并在该VM的播放器中运行；其中，客户端的虚拟机根据该授权文件监控所述数字产品的使用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述虚拟机VM为一包含指定功能的独立的封闭系统。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述虚拟机VM的功能包括：数字产品浏览器、支付程序、通信程序和播放器程序。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述通信程序为SSL通信程序；客户端与服务器端使用SSL加密方式通信，在SSL握手过程中相互验证对方平台的可信信息。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在所述认证链信息包括该VM运行的硬件平台、BIOS系统、Bootloader程序、TVMM程序、VM和VM中的应用程序。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述认证链为该VM的证书链；所述证书链的生成方法为：首先客户端使用带有TPM芯片的硬件平台度量客户端平台固件，产生hash值和客户端平台固件的公钥，并使用TPM的私钥对其签名产生第一个底层的证书；然后TPM对客户端平台固件和客户端系统启动器度量，客户端系统启动器对TVMM度量，分别产生相应的证书；最后TVMM对该VM签名产生证书，该VM对其中的应用程序签名生成证书，得到所述证书链。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述TVMM的私钥用封装存储方式存储在外部存储介质中，并使用客户端系统启动器的公钥加密。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述证书中包含：被验证内容的hash值，被验证程序的公钥，程序的版本信息，补丁信息。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于客户端使用该VM私钥解密得到所述数字产品后，客户端管理虚拟机向服务器端提供验证信息，验证通过后在该VM的播放器运行。

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