DE10029643A1 - Verfahren zur abhörsicheren Übertragung von IP-Diensten über ein Rundfunkmedium - Google Patents

Verfahren zur abhörsicheren Übertragung von IP-Diensten über ein Rundfunkmedium

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur abhörsicheren Übertragung von Internet Protocol-Diensten, IP-Diensten, über ein Rundfunkmedium, bei dem die ankommenden IP-Daten in DVB-Transportpakete aufgeteilt werden. Die DVB-Transportpakete werden dann auf die Sendeseite von einem defizierten Gerät wie beispielsweise einem Multiplexer/MUX (4) oder einem separaten Scrambler verschlüsselt, über einen Satelliten (9) transportiert und auf der Empfangsseite von einem DVB-Empfangsgerät (6), wie beispielsweise einer Set-Top-Boc STB, einer PC-Steckkarte oder einem DVB-Server in einem LAN entschlüsselt. Die so erhaltenen IP-Daten werden dann an die entsprechenden Geräte/Applikationen wie einen PC (8), einen Router oder einen TCP/IP-Stack weitergegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur abhörsicheren Übertragung von Internet-Protocol-Diensten, IP-Diensten, über ein Rundfunkmedium gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches.
Der Zugang eines Kunden zum Internet erfolgt heute in der Regel durch Einwahl über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung (Modem, ISDN) in den mit Point of Presence, POP, bezeichneten Zugang eines Internet Service Providers, ISP, wie zum Beispiel T-Online der Deutschen Telekom AG mit Point to Point Protocoll, PPP. Nach Zuweisung einer temporären IP-Adresse an den Kunden wird der gesamte IP-Verkehr von und zu dieser IP-Adresse über die Punkt-zu-Punkt-Verbindung geroutet. Um die Performanz der Anbindung des Kunden an das Internet zu erhöhen, werden einerseits neue Techniken auf der Telefonleitung eingesetzt (z. B. ADSL, T-Online Speed, http:/ / www.t- online.de/service/index/adssvxaa.htm), andererseits werden auch neue bereits vorhandene Übertragungsmedien wie das Breitband Kabelnetz, BK-Kabelnetz und Satelliten eingesetzt (z. B. high-Speed Internet über Satellit,
siehe: http:/ / www.astra.lu/multimedia/applications/commercial/high_speed_internet.htm.).
Das BK-Kabelnetz und Satelliten werden bereits in beträchtlichem Umfang zur Verbreitung von digitalem Fernsehen nach den Digital Video Broadcasting-Standards, DVB-Standards (bzw. äquivalenter Standards in den USA und anderen außereuropäischen Staaten) genutzt. Eine besondere Rolle spielt hier Pay-TV. Bei diesem entgeltpflichtigen Dienst werden die Inhalte mit einem Verschlüsselungalgorithmus (z. B. DVB Scrambling Algorithmus, www.dvb.org, oder DES) unter Kontrolle eines Sitzungsschlüssels ("Kontrollwort", CW) verschlüsselt übertragen. Der Kunde benötigt eine Set-Top-Box STB mit einem "Conditional Access"- System CA genannten Schlüsselmanagement, um diese Inhalte entschlüsseln zu können.
Dazu wird das Sicherheitsmodul der Set-Top-Box STB (in der Regel eine Chipkarte) mit einer speziellen Nachricht, einer sogenannten "Entitlement Management Message" EMM freigeschaltet. Nach dieser Freischaltung kann dieses andere spezielle Nachrichten, die sogenannten "Entitlement Control Messages" ECM entschlüsseln und die zum Entschlüsseln der Inhalte benötigten Sitzungsschlüssel, die sogenannten "Control Words" CW, ausgeben. (Vgl. auch J. Schwenk, "Conditional Access" oder Wie kann man den Zugriff auf Rundfunksendungen kontrollieren? taschenbuch der telekom praxis 1996, Hrsg. Bernd Seiler, Schiele & Schön, Berlin 1996, oder J. Schwenk, Sicherheit bei Pay- TV. Proc. 2. ITG-Fachtagung Codierung für Quelle, Kanal und Übertragung.) Die Verschlüsselung der Inhalte stellt dabei eine sogenannte Leitungsverschlüsselung (Link Encryption) dar, bei der lediglich der Transportweg über Satellit verschlüsselt wird. Innerhalb des Transportweges, wie beispielsweise eines Übertragungskanals, ist dabei jedoch kein Schutz zwischen den auf den Übertragungskanal zugriffsberechtigten Kunden selber gewährleistet, d. h. berechtigte Kunden können auf die Inhalte anderer Kunden (private E-Mails, HTML-Seiten) zugreifen.
Die neuen Medien Satellit und BK-Netz (und auch andere Medien wie z. B. terrestrischer Rundfunk, Passive optische Netze, PONs, . . .) arbeiten im Gegensatz zum Telefonnetz nach dem Rundfunk-Prinzip, wobei Daten, die an einen Teilnehmer über diese Medien gesendet werden, auch andere Teilnehmer, die über dieses Medium angeschlossen sind, in gleicher Qualität erreichen. Im Folgenden soll der Übertragungsweg via Satellit stellvertretend für alle anderen Übertragungswege stehen. CA-Verfahren sind heute die einzigen praktisch eingesetzten Schlüsselmanagement-Verfahren, die in diesem Rundfunk-Szenario funktionieren.
Bei Internet-Diensten wie WWW, Email und FTP ist bekannt, dass die übertragenen Daten ungeschützt über das Internet übertragen werden. Bei sicherheitskritischen Anwendungen setzt man daher verschiedene Sicherheitstechniken ein, z. B. das von der Firma Netscape entwickelte "Secure Sockets Layer"-Protokoll für Homebanking, SSL. Angriffe auf die ungeschützten Daten im Internet erfordern aber zumindest ein geringes Expertenwissen und vor allem einen Zugang zu den Leitungen oder Vermittlungknoten (Routern) im Internet. Diese Anforderungen werden nur von einem kleinen Personenkreis erfüllt. Dadurch ist es möglich, Angriffe auf ungeschützte Daten unter Strafe zu stellen.
Bei der Übertragung von Internet-Daten über ein Rundfunkmedium, beispielsweise mittels Satellit, können die übertragenen Daten von nicht berechtigten Personen mitgelesen werden. Geringe Kenntnisse über die Protokollschichten des Internet- Protocolls, IP, genügen, um den gesamten IP-Verkehr mitzuschneiden. (Als Analogon aus der bisherigen IP-Welt können die Sniffing-Angriffe auf den IP-Verkehr innerhalb eines Ethernt-LAN's angesehen werden. Hier braucht man nur die Ethernet-Karte in den "promiscous mode" umzuschalten und kann so den gesamten IP-Verkehr mitlesen. Die dazu benötigten Sniffer-Programme sind frei erhältlich und äußerst leicht zu bedienen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem der IP-Verkehr so über ein Rundfunkmedium übertragen wird, dass unbefugte Personen, die ebenfalls Zugriff auf das betreffende Rundfunkmedium bzw. den betreffenden Rundfunkkanal haben, den Dateninhalt nicht entschlüsseln können.
Die technische Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der gesicherten Übertragung des IP- Verkehrs über Rundfunkmedien, wobei die ankommenden IP-Daten in DVB- Transportpakete, wie MPEG-2 Transport-Pakete aufgeteilt werden. MPEG-2 ist ein Internationaler Standard zur Kompression und Übertragung von digitalen Bewegtbildern nach der Norm ISO/IEC 13818. Diese Pakete werden dann auf Sendeseite von einem dedizierten Gerät, wie beispielsweise einem Multiplexer, MUX 4 oder einem separaten Scrambler, verschlüsselt, über die Rundfunkstrecke übertragen und auf der Empfangsseite von einem DVB-Empfangsgerät 6, wie beispielsweise einer Set-Top-Box STB, einer PC-Steckkarte oder einem DVB-Server in einem LAN, entschlüsselt. Die so erhaltenen IP-Daten werden dann an die entsprechenden Geräte/Applikationen wie einen PC, einen Router oder einen TCP/IP-Stack) weitergegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt das Vorhandensein eines Schlüsselmanagement- Systems wie beispielsweise ein Conditional-Access-System, CA-System und ein DVB- Empfangsgerät, wie beispielsweise eine Set-Top-Box oder entsprechenden PC- Steckkarten beim Kunden voraus. Der Kunde empfängt den IP-Verkehr über die Set- Top-Box oder die PC-Steckkarte beispielsweise von einem Satelliten 9. Der Rückkanal kann über Satellit 9 (BK-Netz), über Modem oder über ISDN realisiert sein.
Erfindungsgemäß wird vor der Übertragung der IP-Daten zum Kunden die Zieladresse (IP-Adresse bzw. TCP-Portnummer) des Anschlusses des Kunden
  • - erstens mit einem DVB-Service, der in der Service Information (SI) von DVB signalisiert wird und
  • - zweitens mit der eindeutigen Identifikationsnummer N der dem Kunden zugeordneten Empfangs-Komponente des CA-Systems 6a verknüpft.
Die Sende-Komponente des CA-Systems 3 sendet eine spezielle mit EMM (Entitle Management Message) bezeichnete Nachricht zur Freischaltung des DVB- Empfangsgerätes 6 des Kunden für den betreffenden DVB Service.
Der für die IP-Adresse ankommende IP-Verkehr wird vor der Übertragung über das Rundfunkmedium von einem IP-Encapsulator 2 in DVB-Empfangspakete, vorzugsweise MPEG-2-Transportpakete, aufgeteilt und mit den zugehörigen Kontrollnachrichten ECM's verschlüsselt. Eine ECM (Entitlement Control Message) ist eine Nachricht, mit der neue Kontrollwörter übertragen und so Empfangsberechtigungen überprüft werden. Liegt eine Freischaltung für das DVB-Empfangsgerät 6 vor, so gibt das Sicherheitsmodul das Kontrollwort zurück. Das DVB-Empfangsgerät 6 entschlüsselt die übertragenen DVB-Transportpakete, entpackt sie und leitet sie zum bestimmungsgemäßen Empfänger, wie beispielsweise einen PC 9, weiter.
Nachfolgend wird der konkrete Ablauf des Verfahrens näher erläutert:
  • 1. Der PC 8 meldet sich über den Rückkanal bei einem IP-DVB-POP 5 an. Dabei muss er die eindeutige Identifikationsnummer N des CA-Sicherheitsmoduls 3 (d. h. der Chipkarte) mit angeben.
  • 2. Vom IP-DVB-POP 5 erhält der PC sowohl eine temporäre IP-Adresse IPX als auch eine temporäre DVB Service Nummer IDY zugewiesen.
  • 3. Der IP-DVB-POP 5 teilt dem IP-Encapsulator 2 das aus der temporären IP-Adresse IPx und der temporären DVB Service Nummer 117Y bestehende Paar (IPX, IDY) mit.
  • 4. Der IP-Encapsulator 2 aktualisiert die von ihm generierten SI-Tabellen und weist der DVB Service Nummer IDY eine Paket Identifikations Nummer PIDZ zu. Der IP- Encapsulator 2 verpackt von nun an alle IP-Pakete mit Zieladresse IPX in DVB- Pakete mit der Paket Identifikations Nummer PIDZ.
  • 5. Der IP-DVB-POP 2 teilt der Sende-Komponente des CA-Systems 3 das aus der DVB Service Nummer IDY und der Identifikationsnummer N des CA- Sicherheitsmoduls 2 (d. h. der Chipkarte) bestehende Paar (IDY, N) mit.
  • 6. Die Sende-Komponente des CA-Systems 3 generiert eine Freischalt-EMM für die Identifikationsnummer des Sicherheitsmoduls N und den Service mit der DVB Service Nr. IDY. Die Freischalt-EMM (Entitle Management Message) ist eine spezielle Nachricht zur Freischaltung des DVB-Empfangsgerätes 6, beispielsweise einer internen DVB PC-Karte oder einer externen Set Top Box STB. Auf Anforderung des Multiplexers MUX 4 generiert die Sende-Komponente des CA- Systems 3 Kontrollnachrichten, ECM's für den Service mit der DVB Service Nr. Y. Eine ECM, Entitlement Control Message, ist eine Nachricht mit der neue Kontrollwörter übertragen und Empfangsbestätigungen überprüft werden.
  • 7. Der PC 8 veranlasst das DVB-Empfangsgerät 6, auf die DVB Service Nummer IDY umzuschalten. Das DVB-Empfangsgerät 6 empfängt die Freischalte-Nachricht EMM. Von nun an kann das DVB-Empfangsgerät 6 alle Kontrollnachrichten ECM's für den Service mit der DVB Service Nr. Y und somit auch den Service Y entschlüsseln.
  • 8. Beim Abmelden des PC 8 oder nach einer bestimmten Ruhezeit wird die Assoziation (X, Y) durch den IP-DVB-POP 5 aufgehoben. Dies wird der Sende-Komponente des CA-Systems 3 und dem IP-Encapsulator 2 mitgeteilt.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Verfahrens.
Dem Ausführungsbeispiel liegt die Annahme zugrunde, dass ein Kunde beispielsweise über das Internet ein sehr großes Software Paket mit einem Datenfile von ca. 100 MByte erworben hat und es per Filetransfer FTP auf die Festplatte seines PC 8 laden möchte. Mit einer ISDN-Verbindung (64 kbit/s) würde der Filetransfer von ca. 100 MByte etwa 3,472 Stunden dauern.
Wenn der Kunde den Filetransfer jedoch per Satellit 9 vornehmen würde, so könnte der Download von ca. 100 Mbyte in ca. 3,4 Minuten abgeschlossen sein. Das liegt darin begründet, dass dem Kunden zum Filetransfer per Satellit 9 kurzfristig eine Übertragungsrate von 4 Mbit/s zur Verfügung steht.
Der Kunde besitzt einen PC mit Satellitentuner und MPEG-2-Demultiplexer auf einer Einschubkarte. Der MPEG-2-Demultiplexer ist mit einer Satellitenantenne verbunden. Bevor der Download startet, erscheint ein Dialog, bei dem der Kunde aufgefordert wird, einen Übertragungsweg zu wählen. Wählt er den Übertragungsweg Satellit 9, wird er in einem weiteren Fenster dazu aufgefordert, die Nummer seiner CA-Chipkarte einzugeben. Die Nummer der CA-Chipkarte ist nicht geheim.
Auf der Sendeseite wird dem FTP-Download ein DVB-Service und diesem Service ein Paket Identifikations Nummer PIDZ (Packet-Identifier) zugeordnet. Für diesen Service wird eine Freischaltungs-EMM generiert und an die angegebene Chipkartennummer (per Satellit 9 oder per Rückkanal) versandt: Optional kann hier Online noch einmal die Ankunft der Freischaltungs-EMM überprüft werden.
Der IP-Encapsulator 2 verpackt die IP-Pakete des FTP-Downloads in MPEG-2-Pakete mit der entsprechenden Paket Identifikations Nummer PIDZ. Die Sende-Komponente des CA-Systems 3 verschlüsselt die Pakete mit der Paket Identifikations Nummer PIDZ und generiert die zugehörigen Konrtrollnachrichten ECMs.
Die verschlüsselten Pakete werden per Satellit 9 übertragen. Durch die Verschlüsselung ist sichergestellt, dass der kostenpflichtige Inhalt nicht von Dritten empfangen werden kann.
Das setzt jedoch auch voraus, dass die Verschlüsselung für jeden Kunden individuell erfolgen muss. Das heißt, es genügt nicht für alle Kunden die gleiche Verschlüsselung einzusetzen, da alle anderen Kunden die Übertragung sonst einfach mitschneiden könnten.
Auf der Einsteckkarte im PC 8 des Kunden wurde bereits ein Filter gesetzt, der die zu dem DVB-Service gehörenden Kontrollnachrichten, ECM's filtert und an die Chipkarte weiterleitet.
Die Chipkarte prüft, ob ein Recht zum Empfang dieses DVB-Service vorhanden ist und gibt ggf den Sitzungsschlüssel an den Entschlüsselungsalgorithmus der PC-Steckkarte aus. Diese entschlüsselt die MPEG-2-Pakete, entpackt die darin enthaltenen IP-Pakete und leitet diese an den TCP/IP-Stack des PC 8 weiter.
Ab diesem Zeitpunkt kann der PC 8 nicht mehr unterscheiden, ob die IP-Pakete per Satellit 9 geliefert wurden oder per ISDN-Leitung.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass die Freischaltung per Freischaltungs EMM nicht länger als einen Tag gültig ist und dass eine DVB- Service-Nummer ID nur einmal pro Tag benutzt werden kann. Diese Maßnahmen tragen zur Erhöhung der Sicherheit des Verfahrens bei.
Bezugszeichenaufstellung
1
Internet
2
IP-Encapsulator
3
Sende-Komponente des CA-Systems (Schlüsselmanagement-System)
4
Multiplexer/MUX
5
IP-DVB-POP
6
DVB-Empfangsgerät
6
a Empfangs-Komponente des CA-Systems
7
Rückkanal
8
PC
9
Satellit
N Identifikationsnummer des Sicherheitsmoduls
IPX
;temporäre IP-Adresse
IDY
temporäre DVB Service Nummer
PIDZ
Paket Identifikations Nummer (Nummer zur Identifikation der Transportpakete)
ECM Kontrollnachricht (Nachricht mit der neue Kontrollwörter übertragen und Empfangsberechtigungen überprüft werden)
EMM Freischalte-Nachricht) (Nachricht mit der individuell neue Empfangsberechtigungen erteilt werden)
SI Service-Information des DVB

Claims (2)

1. Verfahren zur abhörsicheren Bereitstellung vom IP-Diensten über ein Rundfunk­ medium, bei dem der Kunde über ein DVB-Empfangsgerät (6) mit der Empfangs- Komponente eines CA Systems (6a) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Übertragung der IP-Daten zum Kunden die aus einer IP-Adresse bzw. einer TCP- Portnummer bestehenden Zieladresse des Anschlusses des Kunden
  • a) mit einem DVB-Service, der in der Service Information (SI) vom DVB signalisiert wird und
  • b) mit der eindeutigen Identifikationsnummer (N) der dem Kunden zugeordneten Empfangs-Komponente des CA-Systems (6a) verbunden wird,
    dass die Sende-Komponente des CA-Systems (3) mittels einer Freischalte- Nachricht (EMM) eine Freischaltung für diesen DVB Service an die eindeutige Nummer der Empfangs-Komponente des CA-Systems (6a) sendet,
    dass der für die IP-Adresse des Kunden ankommende IP-Verkehr von einem IP- Encapsulator (2) in DVB-Transportpakete des DVB-Services verpackt und mit den zugehörigen Kontrollnachrichten (ECM' s) versehen zum Kunden übertragen wird,
    dass nach Verarbeitung der Kontrollnachrichten (ECM's) und der Freischalte- Nachrichten (EMM's) das DVB-Empfangsgerät (6) die DVB-Transportpakete entschlüsselt, die IP-Pakete entpackt und die entpackten IP-Pakete an das bestimmungsgemäße Endgerät, PC (8) des betreffenden Kunden weiterleitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kunde sich mittels seines PC (8) über den Rückkanal (7) beim IP-DVB- POP (5) unter Angabe der eindeutige Identifikationsnummer des Sicherheits­ moduls (N) der Empfangskomponente des CA-Systems (6a) anmeldet,
dass dem Kunden vom IP-DVB-POP (5) eine temporäre IP-Adresse (IPX) und eine temporäre DVB Service Nummer (IDY) zugewiesen werden,
dass der IP-DVB-POP (S) dem IP-Encapsulator (2) das aus der temporären IP- Adresse (IPX) und der temporären DVB Service Nummer (IDY) bestehende Wertepaar (IPX, IDY) mitteilt,
dass der IP-Encapsulator (2) die von ihm generierten SI-Tabellen aktualisiert, der DVB Service Nummer (IDY) eine Paket Identifikations Nummer (PIDZ) zuweist und ab diesem Zeitpunkt alle IP-Pakete mit der Zieladresse (IPX) in DVB- Transportpakete mit der Paket Identifikations Nummer (PIDZ) verpackt,
dass der IP-DVB-POP (2) der Sende-Komponente des CA-Systems (3) das aus der temporären DVB Service Nummer (IDY) und der Identifikationsnummer des Sicherheitsmoduls N bestehende Wertepaar Paar (IDY, N) mitteilt,
dass die Sende-Komponente des CA-Systems (3) eine Freischalte-Nachricht EMM für die Identifikationsnummer des Sicherheitsmoduls (N) und die temporäre DVB Service Nummer (IDY) generiert und dass auf Anforderung des Multiplexers (4) die Sende-Komponente des CA-Systems (3) Kontrollnachrichten (ECMs) für den Service mit der temporären DVB Service Nummer (IDY) generiert,
dass der PC (8) das als interne DVB PC-Karte bzw. als externe Set Top Box STB ausgebildete DVB-Empfangsgerät (6) veranlasst, auf die temporäre DMB Service Nummer (IDY) umzuschalten, und dass die interne DVB PC-Karte oder die externe Set Top Box die Freischalte-Nachricht (EMM) empfängt und damit in der Lage ist, alle Kontrollnachrichten (ECM's) zur DVB Service Nummer (IDY) und somit auch den Service mit der temporären DVB Service Nummer IDY zu entschlüsseln, und
dass beim Abmelden des PC (8) bzw. nach einer frei definierbaren Ruhezeit die Assoziation (IPX, IDY) durch den IP-DVB-POP (5) wieder aufgehoben wird, und
dass dieser Sachverhalt der Sende-Komponente des CA-Systems (3) und dem IP- Encapsulator (2) mitgeteilt wird.
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