DE60207223T2 - Verfahren und system zur bereitstellung von busverschlüsselung basierend auf einem kryptographischen schlüsselaustausch - Google Patents

Verfahren und system zur bereitstellung von busverschlüsselung basierend auf einem kryptographischen schlüsselaustausch Download PDF

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Description

  • STAND DER TECHNIK Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verschlüsselung und Entschlüsselung von Daten, die über einen Datenbus übertragen werden, und im Besonderen betrifft sie ein Verfahren und ein System zum Schützen von digitalen Inhalten, die auf einem Speichermedium gespeichert sind, vor unbefugter Vervielfältigung bzw. unbefugtem Kopieren.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Zum Schützen von digitalem Inhalt, der auf einem Speichermedium gespeichert ist, vor unbefugtem Kopieren, steht eine Reihe von Techniken zur Verfügung, wie etwa Verwürfelungs- bzw. Scrambling- und Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Techniken. Allerdings wurde die Integrität einiger Kopierschutztechniken kompromittiert, wobei diese Kopierschutztechniken keinen wirksamen Schutz vor unbefugtem Kopieren von urheberrechtlich geschütztem Material bieten. Auf dem Gebiet der Digital Versatile Disc (DVD) Technologie wurde die Integrität des Content Scramble Systems (CSS) zur Verwürfelung von DVD-Videoinhalt kürzlich durch Hacker kompromittiert, und es sind mittlerweile Softwareprogramme erhältlich, die den Inhalt von mittels CSS geschützten DVDs unter Verwendung eines mit einem DVD-Laufwerk ausgestatteten Computers entwürfeln können.
  • Zudem werden digitale Inhalte auf einem Speichermedium für gewöhnlich über einen Datenbus von einer Speichervorrichtung (d.h. jeder Vorrichtung, die auf Daten auf einem Speichermedium zugreifen kann) zu einer Host-Vorrichtung (d.h. jeder Vorrichtung, die Daten von der Speichervorrichtung abrufen kann) übertragen, und zwar in einem Format, das von jedem Empfänger mit der entsprechenden Ausrüstung erfasst werden kann. Obgleich sich die übertragenen Daten nicht in ihrem ursprünglichen digitalen Format befinden müssen (d.h. die Daten können verschlüsselt und/oder verwürfelt sein), kann eine Kopie der verschlüsselten und/oder verwürfelten Daten, die zum Zeitpunkt der Übertragung erfasst werden, weiterhin wiedergegeben werden, indem die verschlüsselten Daten einer Host-Vorrichtung so bereitgestellt werden, als kämen sie von einer befugten Speichervorrichtung.
  • EP-A-1081616 offenbar eine SD-Speicherkarte, die einen Medienschlüsselblock und eine Medien-ID speichert, wobei die Karte mit einer Vorrichtung verbunden ist. Beglaubigungs- und Schlüsselaustausch-Verarbeitungseinheiten (AKE-Einheiten) führen eine gegenseitige Bestätigung bzw. Beglaubigung zwischen den verbundenen Vorrichtungen und der SD-Speicherkarte aus, durch welche die Vorrichtung eine Zufallszahl (eine Nonce) erzeugt, die Zufallszahl unter Verwendung eines internen (Vorrichtungs-) Schlüssels verschlüsselt und die verschlüsselte Zufallszahl zu der SD-Speicherkarte als Challenge-Wert überträgt. Die Speicherkarte entschlüsselt den Challenge-Wert mit ihrem internen Schlüssel und führt ihn zur Verifikation zu der angeschlossenen bzw. verbundenen Vorrichtung zurück. In ähnlicher Weise wird eine Authentifizierung bzw. Beglaubigung durch die SD-Speicherkarte vorgenommen und ein weiterer Challenge-Wert wird erzeugt. Wenn die gegenseitige Authentifizierung verifiziert wird, führen die AKE-Verarbeitungseinheiten eine exklusive ODER-Funktion an beiden Challenge-Werten aus und erhalten einen Sitzungsschlüssel durch Entschlüsselung des exklusiven ODER unter Verwendung des internen Schlüssels. WO 00/57636 offenbart ein Steuermodul zum Schutz von Inhalten, wobei das Modul Softwaretreiber aufweist, die es einem Smartcard-Lesegerät ermöglichen, über einen Bus mit anderen Modulen zu kommunizieren, und wobei das Steuermodul ferner kryptografische Funktionen und Verfahren aufweist. Die Smartcard kann durch ein Modul authentifiziert werden, das eine Challenge-Nonce (z.B. eine durch das Modul erzeugte Zufallszahl) an die Smartcard sendet. Die Smartcard antwortet auf die Challenge, indem sie die empfangene Zufallszahl unter Verwendung eines privaten Schlüssels eines Schlüsselpaares digital unterzeichnet. Das Modul verifiziert die Antwort unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels eines Schlüsselpaares.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Systems zum Schutz von auf einem Speichermedium gespeichertem digitalen Inhalt vor Kopieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Systems zum Schutz von DVDs vor unbefugtem Kopieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Flussdiagramm der Datenverschlüsselung vor der Übertragung der Daten über einen Bus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Flussdiagramm der Entschlüsselung der über einen Bus übertragenen Daten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 ein Flussdiagramm des Entschlüsseln und Entwürfelns von DVD-Inhalt gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In der folgenden Beschreibung sind besondere Einzelheiten ausgeführt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch ohne diese besonderen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurde auf die detaillierte Darstellung allgemein bekannter Schaltungen, Strukturen und Techniken verzichtet, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
  • Die Abbildung aus 1 zeigt ein System 100 zum Schutz von auf einem Speichermedium gespeichertem digitalem Inhalt vor dem Kopieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Kopierschutzsystem 100 umfasst eine über einen Datenbus 106 mit einer Host-Vorrichtung 104 gekoppelte Speichervorrichtung 102, die dazu dient, eine Übertragung von Daten (z.B. verschlüsselten und/oder unverschlüsselten Daten) zwischen den Speicher- und Host-Vorrichtungen über den Bus zu ermöglichen. Bei der Speichervorrichtung 102 kann es sich um jede Vorrichtung handeln, die auf Daten von einem Speichermedium 108 zugreifen kann. Bei der Host-Vorrichtung 104 kann es sich um jede Vorrichtung handeln, die Daten von der Speichervorrichtung 102 abrufen kann. Bei der Speichervorrichtung 102 kann es sich um eine Einzelvorrichtung handeln, die in einem von der Host-Vorrichtung 104 getrennten Gehäuse angeordnet ist, oder alternativ können die Speichervorrichtung 102 und die Host-Vorrichtung 104 in einem Gehäuse kombiniert werden. Bei dem in der Speichervorrichtung 102 platzierten Speichermedium 108 kann es sich um jede Art von entfernbarem bzw. Wechselspeichermedium oder nicht entfernbaren bzw, fest installiertem Speichermedium handeln, das sich zum Speicher von digitalem Inhalt eignet, einschließlich und ohne beschränkt darauf zu sein, Digital Versatile Discs (DVDs), CD-ROMs, optische Discs, magnetooptische Discs, Flash-Speicher, Floppy-Discs, Festplattenlaufwerke, Nur-Lesespeicher (ROMs), Direktzugriffsspeicher (RAMs), EPROMs, EEPROMs, Magnetkarten oder optische Karten.
  • Zur Implementierung des Kopierschutzsystems 100 platzieren die Hersteller von Medien einen Schlüsselverteilungs-Datenblock (z.B. den Medienschlüsselblock „MKB" 110), der durch eine befugte Einrichtung erzeugt worden ist (d.h. eine Einheit, die für die Erzeugung und die Verwaltung des Kopierschutzsystems zuständig ist), an jedem Speichermedium. In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem MKB 110 um einen Block verschlüsselter Schlüssel, die in ein Speichermedium integriert werden können, so dass Speichervorrichtungen, die auf den Inhalt des Speichermediums zugreifen, einen Abschnitt bzw. mehrere Abschnitte des MKB verarbeiten können, um einen geheimen Schlüssel zu berechnen, der zur Verschlüsselung der Daten vor der Übertragung der Daten über den Bus verwendet werden kann. Die Host-Vorrichtung, welche den Inhalt von dem Speichermedium wiedergibt; greift auch auf einen bzw. mehrere Abschnitt(e) des MKB zu und verarbeitet diese, um den gleichen geheimen Schlüssel zu berechnen, um die über den Bus übertragenen Daten ordnungsgemäß zu entschlüsseln.
  • Wie dies aus der Abbildung aus 1 ersichtlich ist, weist die Speichervorrichtung 102 ein Verschlüsselungs-Teilsystem 114 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf, das zur Verschlüsselung von Inhalt dient, der von dem Speichermedium 108 gelesen wird, und zwar vor der Übertragung der Daten über den Bus 106 an die Host-Vorrichtung 104, um dadurch unbefugtes Kopieren zu verhindern. Das Verschlüsselungs-Teilsystem 114 weist eine Reihe von Vorrichtungsschlüsseln 116, eine MKB-Verarbeitungslogik 118, eine Einwegfunktion 122 und eine Verschlüsselungslogik 126 auf. Die Reihe der Vorrichtungsschlüssel 116 wurde bei der Fertigung jeder Speichervorrichtung zugewiesen bzw. zugeordnet. Diese Vorrichtungsschlüssel werden durch die befugte bzw. autorisierte Einheit bereitgestellt und durch die MKB-Verarbeitungslogik 118 zur Verarbeitung eines Abschnitts bzw. mehrerer Abschnitte des in das Speichermedium 108 eingebetteten MKB 110 verwendet, um einen geheimen Medienschlüssel 120 zu berechnen. Die Vorrichtungsschlüssel 116 können alle für jede einzelne Speichervorrichtung einzigartig sein, wobei sie aber auch von mehreren Speichervorrichtungen gemeinsam genutzt werden können. In einem Ausführungsbeispiel sind der MKB, die Vorrichtungsschlüssel und die MKB-Verarbeitungslogik so konfiguriert, dass der gleiche geheime Medienschlüssel unabhängig davon erzeugt wird, welche kompatible Vorrichtung für den Zugriff auf das Speichermedium verwendet wird, solange die Vorrichtungsschlüssel nicht kompromittiert werden.
  • Die mit der Speichervorrichtung 102 verbundene Host-Vorrichtung 104 weist ein Entschlüsselungs-Teilsystem 128 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf, das zur Entschlüsselung der über die Speichervorrichtung bereitgestellten Daten dient. Das Entschlüsselungssystem 128 weist eine eigene Reihe von Vorrichtungsschlüsseln 130 und eine MKB-Verarbeitungslogik 132 zur Verarbeitung des MKB 110 unter Verwendung der eigenen Reihe von Vorrichtungsschlüsseln auf, um einen geheimen Medienschlüssel 134 zu berechnen. Die der Host-Vorrichtung 104 zugeordnete Reihe von Vorrichtungsschlüsseln 130 kann sich zwar von den Vorrichtungsschlüsseln 116 unterscheiden, die der Speichervorrichtung 102 zugeordnet sind, wobei der durch die Host-Vorrichtung 104 erzeugte Medienschlüssel 134 jedoch dem durch die Speichervorrichtung 102 erzeugten Medienschlüssel 120 entspricht, vorausgesetzt, dass keine der Reihen bzw. Gruppen von Vorrichtungsschlüsseln kompromittiert worden ist.
  • Das Kopierschutzsystem 100 weist ferner einen Zufallszahlgenerator 136 zur Erzeugung einer Zufalls- oder Folgezahl (nachstehend als „Nonce" bezeichnet) und zum Senden einer Kopie der Zahl an die Speichervorrichtung 102 auf. Die Speichervorrichtung 102 kombiniert die von der Host-Vorrichtung 104 empfangene Nonce 144 mit dem Medienschlüssel 120 unter Verwendung der Einwegfunktion 122, und wobei das Ergebnis (d.h. der Busschlüssel 124) zu der Verschlüsselungslogik 126 zurückgeführt wird. Die Einwegfunktion 122 ist so konfiguriert, dass der Busschlüssel 124 durch Eingabe des Medienschlüssels 120 und der Nonce 144 erzeugt werden kann, wobei die Bestimmung des Medienschlüssels 120 aus dem Busschlüssel 124 und der Nonce 144 durch Berechnung nicht möglich ist. Wenn die Nonce 144 von der Host-Vorrichtung 104 an die Speichervorrichtung 102 zugeführt wird, wird auch durch die Einwegfunktion 138 auf die Nonce 146 zugegriffen, die sich in der Host-Vorrichtung 104 befindet, um den Medienschlüssel 134 und die Nonce 146 zu kombinieren, um einen eigenen Busschlüssel 140 zu erzeugen, der von der Entschlüsselungslogik 142 verwendet wird. Hiermit wird festgestellt, dass aufgrund der Verwendung der gleichen Einwegfunktion durch die Speichervorrichtung 102 und die Host-Vorrichtung 104 sowohl die Speicher- als auch die Host-Vorrichtungen den gleichen Busschlüssel erzeugen, vorausgesetzt, dass der gleiche Medienschlüssel und die gleiche Nonce von beiden Vorrichtungen zur Erzeugung des Busschlüssel verwendet worden sind.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird eine gewisse Art eines missbrauchsicheren Systems eingesetzt, um die logischen Komponenten in dem Verschlüsselungs-Teilsystem 114 und dem Entschlüsselungs-Teilsystem 128 eng zu koppeln, so dass auf geheime Schlüssel und zwischen den logischen Komponenten strömende Daten von außen nicht zugegriffen werden kann. Diesbezüglich sind die in den Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs-Teilsystemen fließenden Daten durch ein missbrauchsicheres System geschützt; allerdings kann es sein, dass der Datenbus 106, der die Speichervorrichtung 102 mit der Host-Vorrichtung 104 verbindet, ungesichert und somit anfällig für einen Zugriffsversuch durch Unbefugte ist. Zum Schutz der über den Datenbus 106 übertragenen Daten, die vor unbefugten Kopien nicht geschützt sind, wird der von dem Speichermedium 108 gelesene digitale Inhalt 112 durch die Verschlüsselungslogik 126 mit dem Busschlüssel 124 vor der Übertragung über den Datenbus 106 an die Host-Vorrichtung 104 verschlüsselt. Diesbezüglich kann nur die Host-Vorrichtung 104 mit dem richtigen Busschlüssel die über den Bus 106 übertragenen verschlüsselten Daten 148 richtig entschlüsseln.
  • In vorteilhafter Weise schützt das Kopierschutzsystem 100 gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam vor „Wiedergabe"-Angriffen. Bei einem Wiedergabe-Angriff leitet ein Angreifer die von der Speichervorrichtung 102 zu der Host-Vorrichtung 104 verlaufenden verschlüsselten Daten 148 um und zeichnet die verschlüsselten Daten auf einem beschreibbaren Medium auf.
  • Wenn die Host-Vorrichtung 104 ferner auf den in dem Speichermedium 108 integrierten MBK 110 zugreift, zeichnet der Angreifer den MKB 110 ebenso auf dem gleichen beschreibbaren Medium auf. Die zum Zeitpunkt der Übertragung erfasste Kopie des MKB 110 und der verschlüsselten Daten 148 kann auf einem herkömmlichen Medienwiedergabesystem wiedergegeben werden, indem die verschlüsselten Daten der Host-Vorrichtung so präsentiert werden, als würden sie von einer befugten Speichervorrichtung stammen. Das sich bei der vorliegenden Erfindung jedoch der Wert der Nonce, der von der Host-Vorrichtung zur Erzeugung des eigenen Entschlüsselungsschlüssels während der Wiedergabe der verschlüsselten Daten verwendet wird, von dem Nonce-Wert unterscheidet, der von der Speichervorrichtung zur Erzeugung des eigenen Verschlüsselungs-Busschlüssels zum Zeitpunkt der Verschlüsselung verwendet wird, wird diese Art des Wiedergabeangriffs verhindert. Anders ausgedrückt unterscheidet sich der durch die Host-Vorrichtung 104 während dem folgenden Zugriff auf die verschlüsselten Daten erhaltene Busschlüssel 140 unter Verwendung der Nonce zur Erzeugung von Busschlüsseln von dem Busschlüssel 124, der vorher zur Verschlüsselung der verschlüsselten Daten verwendet worden ist, und somit kann die Host-Vorrichtung die verschlüsselten Daten nicht richtig entschlüsseln.
  • Wenn bei einer Implementierung eine Reihe von Vorrichtungsschlüsseln derart kompromittiert wird, dass dies die Integrität des Kopierschutzmechanismus bedroht, so können neue Medien herausgegeben werden, welche einen aktualisierten MKB aufweisen, wobei bewirkt wird, dass die komprimierte Reihe von Vorrichtungsschlüsseln einen fehlerhaften Medienschlüssel berechnet, wodurch die Fähigkeit zum Zusammenarbeiten mit den neuen Medien widerrufen wird. Dies bedeutet, dass Vorrichtungen mit kompromittierten Reihen von Vorrichtungsschlüsseln nicht mehr in Verbindung mit neuen Medien funktionsfähig sind, während andere vorhandene kompatible Vorrichtungen mit gültigen Vorrichtungsschlüsseln weiterhin in Verbindung mit neuen Medien funktionsfähig sind.
  • Hiermit wird festgestellt, dass es für die Herleitung eines geheimen Schlüssels aus dem öffentlichen Schlüssel-Verteilungssystem eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, und dass die Verwendung des Medienschlüsselblocks (MKB) zur ein Beispiel für die Verteilung der kryptografischen Schlüssel ist, und wobei die Einzelheiten der Verwaltung des öffentlichen Schlüssels unter den verschiedenen Anwendungen variieren können. Diesbezüglich können auch andere Arten von Verteilungssystemen für den öffentlichen Schlüssel in Verbindung mit dem Kopierschutzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Diese gehören dem Umfang der vorliegenden Erfindung an.
  • In Bezug auf die Abbildung aus 3 sind die Operationen der Datenverschlüsselung vor der Übermittlung der Daten über einen Bus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wenn ein kompatibles Speichermedium in der Speichervorrichtung platziert wird, greift die MKB-Verarbeitungslogik, die für die Berechnung eines Medienschlüssels zuständig ist, über das Speichermedium auf den MKB zu (Block 300). Danach erzeugt die MKB-Verarbeitungslogik unter Verwendung einer Reihe von Vorrichtungsschlüsseln, die der Speichervorrichtung zugeordnet sind, und dem aus dem Speichermedium gelesenen MKB einen Medienschlüssel (Block 310). Bei einer Implementierung umfasst der MKB einen Block verschlüsselter Daten, wobei es sich bei allen verschlüsselten Daten um einen geheimen Medienschlüssel handelt, der mit einem anderen Schlüssel verschlüsselt ist. Bei jedem Vorrichtungsschlüssel kann es sich um Daten mit einer vordefinierten Bitgröße (z.B. 56 Bit Daten) handeln, die eine Indexnummer aufweisen, die dazu verwendet wird, anzuzeigen, welche verschlüsselten Daten in dem MKB-Datenblock der Vorrichtungsschlüssel gemäß seiner Konfiguration entschlüsseln soll. Durch die Entschlüsselung des designierten Abschnitts des MKB, der den Vorrichtungsschlüssel verwendet, kann ein geheimer Medienschlüssel erhalten werden. Dies bedeutet, dass der in dem MKB enthaltene geheime Medienschlüssel durch jede Vorrichtung erhalten werden kann, die eine zulässige Reihe bzw. Gruppe von Vorrichtungsschlüsseln aufweist. Nach dem das kompatible Speichermedium in der Speichervorrichtung platziert worden ist und bevor. jegliche Verschlüsselung stattfindet, erzeugt die Host-Vorrichtung eine Nonce (z.B. eine Zufallszahl) und sendet die Nonce an die Speichervorrichtung. Das Verschlüsselungs-Teilsystem empfängt die von der Host-Vorrichtung übermittelte Nonce (Block 320) und kombiniert diese mit dem oben erhaltenen Medienschlüssel unter Verwendung einer Einwegfunktion, um einen Busschlüssel zu erzeugen (Block 330). Unter Verwendung des erhaltenen Busschlüssels verschlüsselt ein Verschlüsselungs-Teilsystem den von dem Speichermedium gelesenen digitalen Inhalt und gibt die verschlüsselten Daten über den Bus an die Host-Vorrichtung aus (Block 340).
  • In Bezug auf die Abbildung aus 4 sind die Operationen der Entschlüsselung der über einen Bus übertragenen Daten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wenn die Host-Vorrichtung auf das Speichermedium in der Speichervorrichtung zugreifen muss, so liest die MKB-Verarbeitungslogik in dem Entschlüsselungs-Teilsystem der Host-Vorrichtung den MKB aus dem Speichermedium (Block 400).
  • In dem Block 410 erzeugt die MKB-Verarbeitungslogik dann einen Medienschlüssel unter Verwendung einer Reihe von der Host-Vorrichtung zugeordneten Vorrichtungsschlüsseln, und dem aus dem Speichermedium gelesenen MKB. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, erzeugt das Entschlüsselungs-Teilsystem eine Nonce (Block 420) und sendet eine Kopie dieser an das Verschlüsselungs-Teilsystem (Block 430) und es sendet eine weitere Kopie an die Einwegfunktion des Entschlüsselungs-Teilsystems. Danach kombiniert das Entschlüsselungs-Teilsystem die Nonce und den Medienschlüssel unter Verwendung der Einwegfunktion, um einen Busschlüssel zu erzeugen (Block 440). Der Busschlüssel wird durch das Entschlüsselungs-Teilsystem zur Entschlüsselung der über den Bus übertragenen verschlüsselten Daten verwendet (Block 450).
  • Die Abbildung aus 2 zeigt ein System 200 zum Schutz von Digital Versatile Discs (DVDs) vor unbefugtem Kopieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet das Kopierschutzsystem 200 den vorstehend beschriebenen Medienschlüsselblock (MKB) 210 zur Korrektur verwürfelter Inhalte 212 der DVD 208, um einen zusätzlichen Kopierschutz vorzusehen. Diesbezüglich kann das Format neuer kompatibler DVDs unverändert bleiben (d.h. die Verwürfelung des CSS (Content Scramble System) wird weiter verwendet), mit der Ausnahme, dass ein MKB 210 als neues Datenelement der Disc zugeführt wird. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, handelt es sich bei dem MKB 210 um einen Block verschlüsselter Daten, der es verschiedenen Vorrichtungen, die unterschiedliche, einzeln zugeordnete Vorrichtungsschlüssel verwenden, einen gemeinsamen geheimen Schlüssel zu extrahieren, der als Medienschlüssel bezeichnet wird. Die Nutzung des MKB 210 zur Korrektur verwürfelter DVD-Daten 212 ermöglicht eine Erneuerung eines Schutzsystems (d.h. wenn eine Reihe von Vorrichtungsschlüsseln zukünftig kompromittiert wird, kann ein neuer MKB verwendet werden, der eben diese Reihe von kompromittierten Vorrichtungsschlüsseln aus dem System ausschließt).
  • Als Teil des erfindungsgemäßen Kopierschutzsystems 200 sind neue kompatible DVD-Laufwerke 202 mit Vorrichtungsschlüsseln 218 versehen, wobei die MKB-Verarbeitungslogik 220, die Einwegfunktion 224 und die Verschlüsselungslogik 228 zur Verarbeitung des MKB und zum Extrahieren des geheimen Medienschlüssels 222 erforderlich sind, zur Berechnung eines Busschlüssels 226 auf der Basis des Medienschlüssels 222 und einer Nonce 250, und zum Verschlüsseln der Daten 212 auf der DVD 208, die eine CSS-Verwürfelung unter Verwendung des Busschlüssels 226 aufweist. Die DVD-Videoplayer-Software 230 des Host-Computers 204 (z.B. Host-PC oder DVD-Player) ist ebenfalls mit diesen zusätzlichen Merkmalen versehen, um auf den MKB 21O zuzugreifen und diesen unter Verwendung der eigenen Reihe von Vorrichtungsschlüsseln 232 zu verarbeiten, um einen geheimen Medienschlüssel 236 zu berechnen, einen Busschlüssel 242 auf der Basis des Medienschlüssels 236 und der Nonce 252 zu berechnen und um die durch das DVD-Laufwerk 202 übertragenen Daten 254 unter Verwendung des Busschlüssels 242 zu entschlüsseln.
  • Wenn eine neue, kompatible DVD-Videodisc 208 in das DVD-Laufwerk 202 eingelegt wird, erfolgt das folgende Schlüsselaustauschverfahren zwischen dem DVD-Laufwerk 202 und dem Host-PC 204. Das DVD-Laufwerk 202 liest den MKB 210 und verwendet seine Vorrichtungsschlüssel 218 zur Berechnung des Medienschlüssels 222. Die auf dem Host-PC 204 ausgeführte DVD-Videoplayer-Software 230 sendet den erforderlichen Befehl an das DVD-Laufwerk, so dass dieses den MKB 210 lesen und dessen Vorrichtungsschlüssel 232 zur Berechnung des Medienschlüssels 236 verwenden kann. Die DVD-Videoplayer-Software 230 wählt eine Zahl (Nonce) nach dem Zufallsprinzip aus 238 und sendet die Zahl unter Verwendung eines vorher festgelegten Befehls an das DVD-Laufwerk 202. Das DVD-Laufwerk 202 und die DVD-Videoplayer-Software 230 berechnen beide einen gemeinsamen Busschlüssel 226, 242, der von einer kryptografischen Einwegfunktion des Medienschlüssels und der Nonce hergeleitet wird. In der Folge sendet die DVD-Videoplayer-Software 230 Anfragen bzw. Anforderungen an das DVD-Laufwerk 202 zum Lesen der Entwürfelungsschlüssel 214 (z.B. CSS-Schlüssel) und von Inhalt 212 mit CSS-Verwürfelung von der Disc 208. Bevor die CSS-Schlüssel 214 oder der Inhalt 212 mit CSS-Verwürfelung zu dem Host-PC 204 gesendet werden, verschlüsselt das DVD-Laufwerk 202 diese zuerst unter Verwendung einer robusten Verschlüsselung und des Busschlüssels 226. Nach dem Empfang der Daten werden diese durch die DVD-Videoplayer-Software 230 unter Verwendung der gleichen Verschlüsselung und des gleichen Busschlüssels 242 entschlüsselt, und die Daten werden zu der Entwürfelungslogik 246 weitergeleitet. Die Entwürfelungslogik 246 verwendet die Entwürfelungsschlüssel 214 zur Entwürfelung der Daten, und sie leitet die Daten an eine Dekomprimierungslogik 248 weiter.
  • Eine robuste Verschlüsselung mit einer großen Schlüsselgröße wird zur Berechnung des Medienschlüssels und des Busschlüssels sowie zur Busverschlüsselung und Busentschlüsselung der CSS-Schlüssel und des Inhalts mit CSS-Verwürfelung eingesetzt. Bei einer Implementierung handelt es sich um die Verschlüsselung C2 und eine Schlüsselgröße von 56 Bit.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verbessert das Kopierschutzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung erheblich den Schutz von DVD-Videoinhalten durch das „Wickeln" eines robusten Schutzmechanismus um den alten CSS-Mechanismus. Erreicht wird dies auf eine einfache und neuartige Art und Weise unter Verwendung der MKB-Technologie, um dann eine Erneuerung vorzusehen, wenn die Vorrichtungsschlüssel in der Zukunft korrumpiert werden, und wobei eine Nonce hinzugefügt wird, um vor Wiedergabeangriffen zu schützen.
  • In Bezug auf die Abbildung aus 5 sind die Operationen zum Entschlüsseln und Entwürfeln von DVD-Inhalt gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wenn eine DVD in das DVD-ROM-Laufwerk eingelegt wird, kann die in dem Host-PC ausgeführte DVD-Videoplayer-Software Entwürfelungsschlüssel oder geheime Daten anfordern (z.B. CSS-Schlüssel), die zum Entwürfeln des verwürfelten Inhalts von dem DVD-Laufwerk benötigt werden (Block 500). In dem Block 510 verschlüsselt das DVD-Laufwerk dann die CSS-Schlüssel, die von der Disc gelesen worden sind, mit einem Busschlüssel, und es sendet diese an den Host-PC. Die CSS-Schlüssel werden verschlüsselt, bevor sie über den Bus zu dem Host-PC gesendet werden. Die CSS-Schlüssel werden unter Verwendung des Busschlüssels verschlüsselt, der auch durch den Host-PC mit einer Reihe von nicht kompromittierten Vorrichtungsschlüsseln berechnet werden kann, wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist. Sobald die verschlüsselten CSS-Schlüssel diesbezüglich empfangen worden sind, entschlüsselt eine in dem Host-PC ausgeführte DVD-Videoplayer-Software die CSS-Schlüssel mit dem Busschlüssel (Block 520). In dem Block 530 gibt die DVD-Videoplayer-Software danach Anforderungen zum Lesen des Inhalts mit CSS-Verwürfelung an das DVD-Laufwerk aus. Bevor der Inhalt zu dem Host-PC gesendet wird, verschlüsselt das DVD-Laufwerk den verwürfelten Inhalt unter Verwendung des Busschlüssels und sendet die verschlüsselten Daten an den Host-PC (Block 540). Nach dem Empfang des Inhalts entschlüsselt die DVD-Videoplayer-Software zuerst die Daten unter Verwendung des Busschlüssels (Block 550). Die Ausgabe der Entschlüsselungslogik wird der Entwürfelungslogik zugeführt, die das CSS-Entwürfelungsverfahren unter Verwendung der vorher erhaltenen CSS-Schlüssel ausführt (Block 560). Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die Ausführungen in den anhängigen Ansprüchen definiert.

Claims (20)

  1. System, das folgendes umfasst: einen Zahlengenerator (136) zur Erzeugung einer Nonce (144); und ein Verschlüsselungs-Teilsystem (126) zur Verschlüsselung von Daten, auf die über ein Speichermedium (108) zugegriffen wird, das einen Schlüsselverteilungs-Datenbock (110) aufweist, unter Verwendung eines Verschlüsselungs-Busschlüssels (124) vor der Übertragung der verschlüsselten Daten über einen Datenbus (106), wobei der genannte Verschlüsselungs-Busschlüssel zumindest teilweise auf der Basis eines Abschnitts des Schlüsselverteilungs-Datenblocks abgeleitet wird, wobei mindestens ein Vorrichtungsschlüssel (116) dem genannten Verschlüsselungs-Teilsystem und der durch den Zahlengenerator erzeugten Nonce zugeordnet ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei dieses ferner ein Entschlüsselungs-Teilsystem (142) umfasst, das mit dem genannten Datenbus gekoppelt ist, um die genannten verschlüsselten Daten zu entschlüsseln, die über den Datenbus empfangen werden, und zwar unter Verwendung eines Entschlüsselungs-Busschlüssels (140), der zumindest teilweise auf der Basis eines Abschnitts des Schlüsselverteilungs-Datenblocks hergeleitet wird, wobei mindestens ein Vorrichtungsschlüssel (130) dem genannten Entschlüsselungs-Teilsystem und der durch den Zahlengenerator erzeugten Nonce zugeordnet ist.
  3. System nach Anspruch 1, wobei das genannte Verschlüsselungs-Teilsystem folgendes umfasst: eine Verarbeitungslogik (118) zur Verarbeitung zumindest eines Teils des Schlüsselverteilungs-Datenblocks, der aus dem Speichermedium ausgelesen wird, unter Verwendung des zumindest einen Vorrichtungsschlüssels, der dem genannten Verschlüsselungs-Teilsystem zugeordnet ist, um einen Medienschlüssel (120) zu berechnen; eine Einwegfunktion (122) zum Erzeugen des Verschlüsselungs-Busschlüssels auf der Basis des Medienschlüssels und die Nonce, die durch den Zahlengenerator erzeugt wird; und eine Verschlüsselungslogik zur Verschlüsselung von Daten, auf die über das genannte Speichermedium unter Verwendung des genannten Verschlüsselungs-Busschlüssels zugegriffen wird.
  4. System nach Anspruch 2, wobei das genannte Entschlüsselungs-Teilsystem folgendes umfasst: eine Verarbeitungslogik (132) zur Verarbeitung mindestens eines Teils des Schlüsselverteilungs-Datenblocks, der aus dem Speichermedium ausgelesen wird, unter Verwendung des mindestens einen Vorrichtungsschlüssels, der dem genannten Entschlüsselungs-Teilsystem zugeordnet ist, um einen Medienschlüssel (134) zu berechnen; eine Einwegfunktion (138) zum Erzeugen des Entschlüsselungs-Busschlüssels auf der Basis des genannten Medienschlüssels und der durch den Zahlengenerator erzeugten Nonce (146); und eine Entschlüsselungslogik zur Entschlüsselung von über den Datenbus übertragenen Daten unter Verwendung des genannten Entschlüsselungs-Busschlüssels.
  5. System nach Anspruch 1, wobei die genannten über den Datenbus übertragenen Daten unter Verwendung des Busschlüssels verschlüsselt werden, der auf der Basis der durch den Zahlengenerator erzeugten Nonce verschlüsselt wird, so dass bei einer Aufzeichnung der genannten Daten zum Zeitpunkt der Übertragung die genannten aufgezeichneten Daten in der Folge nicht durch ein Entschlüsselungs-Teilsystem wiedergegeben werden können, das keinen Zugriff auf die gleiche Nonce aufweist, die von dem genannten Verschlüsselungs-Teilsystem zur Verschlüsselung der genannten über den Datenbus übertragenen Daten verwendet wird.
  6. System nach Anspruch 2, wobei der genannte Schlüsselverteilungs-Datenblock in Form eines Medienschlüsselblocks ausgeführt wird, der einen Block verschlüsselter Daten umfasst.
  7. System nach Anspruch 2, wobei das genannte Verschlüsselungs-Teilsystem in einer Speichervorrichtung (102) implementiert ist; die auf Daten von einem Speichermedium zugreifen kann, und wobei das genannte Entschlüsselungs-Teilsystem in einer Host-Vorrichtung (104) implementiert ist, die Daten von der genannten Speichervorrichtung abrufen kann.
  8. System nach Anspruch 2, wobei der genannte durch das genannte Verschlüsselungs-Teilsystem berechnete Medienschlüssel mit dem Medienschlüssel übereinstimmt, der durch das Entschlüsselungs-Teilsystem berechnet wird, vorausgesetzt, dass weder der dem Verschlüsselungs-Teilsystem zugeordnete Vorrichtungsschlüssel noch der dem Entschlüsselungs-Teilsystem zugeordnete Vorrichtungsschlüssel kompromittiert worden sind.
  9. System nach Anspruch 2, wobei das genannte Speichermedium unter einer Digital Versatile Disc (DVD), CD-ROM, optischen Disc, magnetooptischen Disc, einem Flash-Speicher, einer Magnetkarte und einer optischen Karte ausgewählt wird.
  10. System nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem genannten Zahlengenerator um einen Zufallszahlengenerator handelt, der sich in dem genannten Entschlüsselungs-Teilsystem befindet.
  11. Verfahren, das folgendes umfasst: eine Speichervorrichtung, die einen Schlüsselverteilungs-Datenblock aus einem Speichermedium ausliest; wobei die Speichervorrichtung mindestens einen Teil des genannten Schlüsselverteilungs-Datenblocks unter Verwendung mindestens eines Vorrichtungsschlüssels zur Berechnung eines Medienschlüssels verarbeitet; wobei die Speichervorrichtung eine durch einen Zahlengenerator erzeugte Nonce erfasst; wobei die Speichervorrichtung die genannte Nonce unter Verwendung mit einer Einwegfunktion mit dem genannten Medienschlüssel kombiniert, um einen Busschlüssel zu erzeugen; wobei die Speichervorrichtung aus dem Speichermedium unter Verwendung eines Busschlüssels, der durch die Speichervorrichtung erzeugt worden ist, ausgelesene Daten verschlüsselt; und wobei die Speichervorrichtung die verschlüsselten Daten über einen Datenbus überträgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die genannten über den Datenbus übertragenen Daten unter Verwendung des Busschlüssels verschlüsselt werden, der auf der Basis der durch den Zahlengenerator erzeugten Nonce hergeleitet wird, so dass bei einer Aufzeichnung der genannten Daten zum Zeitpunkt der Übertragung die genannten aufgezeichneten Daten in der Folge nicht von einer Host-Vorrichtung wiedergegeben werden können, die keinen Zugriff auf die gleiche von der Speichervorrichtung verwendete Nonce besitzt, um die genannten über den Datenbus übertragenen Daten zu verschlüsseln.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei dieses ferner das Entschlüsseln der über den Datenbus empfangenen verschlüsselten Daten umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das genannte Entschlüsseln der über den Datenbus empfangenen verschlüsselten Daten folgendes umfasst: eine Host-Vorrichtung, welche den Schlüsselverteilungs-Datenblock aus dem Speichermedium liest; wobei die Host-Vorrichtung zumindest einen Teil des Schlüsselverteilungs-Datenblocks unter Verwendung mindestens eines Vorrichtungsschlüssels verarbeitet, um einen Medienschlüssel zu berechnen; wobei die Host-Vorrichtung die durch den Zahlengenerator erzeugte Nonce erfasst; wobei die Host-Vorrichtung den genannten Medienschlüssel mit der Nonce unter Verwendung einer Einwegfunktion kombiniert, um einen Busschlüssel zu erzeugen; und wobei die Host-Vorrichtung die genannten über den Datenbus empfangenen verschlüsselten Daten unter Verwendung des durch die Host-Vorrichtung erzeugten Busschlüssels entschlüsselt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verfahren ferner folgendes umfasst: das Anfordern eines Entwürfelungsschlüssels durch die Host-Vorrichtung, um verwürfelten Inhalt der genannten Speichervorrichtung zu entwürfeln; wobei die Speichervorrichtung den aus dem genannten Speichermedium mit dem durch die genannte Speichervorrichtung erzeugten genannten Busschlüssel ausgelesenen Entwürfelungsschlüssel verschlüsselt und den genannten verschlüsselten Entwürfelungsschlüssel zu der Host-Vorrichtung überträgt; wobei die Host-Vorrichtung den genannten von der genannten Speichervorrichtung unter Verwendung des durch die genannte Host-Vorrichtung erzeugten genannten Busschlüssels verschlüsselten Entwürfelungsschlüssel entschlüsselt; wobei die Host-Vorrichtung die genannten entschlüsselten Daten unter Verwendung des durch die genannte Host-Vorrichtung entschlüsselten genannten Entwürfelungsschlüssels entwürfelt.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der genannte Schlüsselverteilungs-Datenblock in Form eines Medienschlüsselblocks ausgeführt ist, der einen Block verschlüsselter Daten umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei es sich bei dem genannten Zahlengenerator um einen Zufallszahlengenerator handelt, der sich in dem genannten Entschlüsselungs-Teilsystem befindet.
  18. Vorrichtung, die folgendes umfasst: eine Speichervorrichtung für den Zugriff auf ein Speichermedium, das Daten und einen Schlüsselverteilungs-Datenblock aufweist, wobei die genannte Speichervorrichtung eine Verarbeitungslogik, eine Einwegfunktion und eine Verschlüsselungslogik aufweist, wobei die genannte Verarbeitungslogik mindestens einen Teil des genannten Schlüsselverteilungs-Datenblocks unter Verwendung eines Vorrichtungsschlüssels verarbeitet, der der genannten Speichervorrichtung zugeordnet ist, um einen Medienschlüssel zu berechnen, wobei die genannte Einwegfunktion den genannten Medienschlüssel mit einer durch einen Zahlengenerator erzeugten Nonce kombiniert, um einen Busschlüssel zu erzeugen, und wobei die genannte Verschlüsselungslogik die genannten Daten verschlüsselt, auf die unter Verwendung des genannten Busschlüssels auf über das genannte Speichermedium zugegriffen wird, bevor die verschlüsselten Daten über einen Datenbus übertragen werden.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei diese ferner eine Host-Vorrichtung umfasst, die über den genannten Datenbus mit der genannten Speichervorrichtung gekoppelt ist, wobei die genannte Host-Vorrichtung eine Verarbeitungslogik, eine Einwegfunktion und eine Entschlüsselungslogik aufweist, wobei die genannte Verarbeitungslogik zumindest einen Teil des genannten Schlüsselverteilungs-Datenblocks unter Verwendung eines der genannten Host-Vorrichtung zugeordneten Vorrichtungsschlüssels verarbeitet, um einen Medienschlüssel zu berechnen, wobei die genannte Einwegfunktion den genannten Medienschlüssel mit der genannten durch den genannten Zahlengenerator erzeugen Nonce kombiniert, so dass ein Busschlüssel erzeugt wird, und wobei die genannte Entschlüsselungslogik die genannten über den Datenbus unter Verwendung des genannten Busschlüssels empfangenen verschlüsselten Daten entschlüsselt.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die genannten über den Datenbus übertragenen Daten unter Verwendung des Busschlüssels verschlüsselt werden, der auf der Basis der durch den Zahlengenerator erzeugten Nonce hergeleitet worden ist, so dass bei einer Aufzeichnung der genannten Daten zum Zeitpunkt der Übertragung die genannten aufgezeichneten Daten in der Folge nicht von einer Host-Vorrichtung wiedergegeben werden können, die keinen Zugriff auf die gleiche Nonce besitzt, die von der genannten Speichervorrichtung verwendet wird, um die genannten über den Datenbus übertragenen Daten zu verschlüsseln.
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