DE60215016T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Wiedergabe von Benutzerdaten - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zur Wiedergabe von Benutzerdaten, die in verschlüsselter Form auf einem Aufzeichnungsmedium gespeichert sind, und auf eine integrierte Schaltung zur Verwendung in einem derartigen Gerät oder Verfahren. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Schutz von auf herausnehmbaren Aufzeichnungsmedien gespeicherten Informationen, zum Beispiel von Videodaten auf einer DVD.
  • Wenn Benutzerdaten, z.B. Videodaten, Audiodaten, Software oder Anwendungsdaten, in verschlüsselter Form auf einem herausnehmbaren Aufzeichnungsmedium gespeichert werden, ist es oft erforderlich, dass eine autorisierte Anwendung die genannten Benutzerdaten, falls erlaubt, von einem derartigen herausnehmbaren Aufzeichnungsmedium lesen und nutzen kann, ohne dass der Entschlüsselungsschlüssel von einem separaten Ort, zum Beispiel dem Internet, abgerufen werden muss. Der Entschlüsselungsschlüssel muss daher zusammen mit den verschlüsselten Benutzerdaten auf dem Medium gespeichert werden.
  • Der Entschlüsselungsschlüssel muss jedoch vor einem unberechtigten Zugriff versteckt werden. Bekannte Verfahren zum Verstecken des Entschlüsselungsschlüssels sind die Verwendung eines so genannten Media Key Block mit geheimen Abspielgerätschlüsseln, die zum Beispiel in dem bekannten Content Scrambling System (CSS) und in Content Protection for Recordable Media (CPRM) benutzt werden. Ein weiteres Verfahren zum Verstecken des Entschlüsselungsschlüssels in elektronischen Signalen mit Hilfe von geheimen Signalverarbeitungsverfahren ist aus dem Dokument US 6.157.606 bekannt. Darin wird ein Master-Schlüssel zur Verschlüsselung von Hauptdaten in einer Pitbreite-Richtung verwendet, indem eine geringe Menge eines Laserstrahlenbündels verändert wird, um die Daten dann auf einem optischen Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen.
  • In den derzeitigen Schutzsystemen, wie CSS und CPRM, erfolgt die Berechnung des Entschlüsselungsschlüssels innerhalb einer autorisierten PC-Anwendung, die in einer Anwendungseinheit eines PCs läuft. Diese autorisierten Anwendungen enthalten Schutzmechanismen gegen die Extraktion von Geheimnissen, wie für die Media-Key- Block-Berechnung erforderlichen Abspielgerätschlüsseln, und gegen jegliche Modifikation des Verhaltens der Anwendung, wie das Bereitstellen von geschützten Daten im Klartext für andere Anwendungen. Diese Schutzmechanismen für PC-Software-Anwendungen sind jedoch bekanntermaßen schwach und versagen regelmäßig. Wenn die autorisierte Anwendung und/oder die Anwendungseinheit von Cotnputereindringlingen manipuliert wird, könnte sie so geändert werden, dass sie dem Eindringling den Entschlüsselungsschlüssel der geschützten Benutzerdaten liefert. Der Eindringling wäre jetzt in der Lage, die Entschlüsselungsschlüssel von vielen veröffentlichten Aufzeichnungsmedien zu extrahieren und zu veröffentlichen, was anderen Eindringlingen einen einfachen Zugang zu den geschützten Benutzerdaten mit unautorisierten Anwendungen ermöglichen würde.
  • Dies ist ein ernsthaftes Sicherheitsproblem. Die illegale Verteilung von Entschlüsselungsschlüsseln führt möglicherweise zu mehr Schäden als die illegale Verteilung von geschützten Benutzerdaten im Klartext, weil es sich bei den geschützten Benutzerdaten um eine große Datenmenge, üblicherweise viele Megabyte, handelt, was daher zeitaufwändig ist. Die Entschlüsselungsschlüssel umfassen jedoch nur eine kleine Datenmenge, üblicherweise nicht mehr als ein Kilobyte, und können schnell und weit verbreitet werden.
  • In dem Dokument EP 0 978 839 werden ein System und ein Verfahren für den Schutz von Inhalten beschrieben, die auf einem Massenspeichermedium gespeichert sind. Das Verfahren zum Schutz gegen unberechtigte Nutzung der solcherart gespeicherten Inhalte wird öffentlich bereitgestellt, um denjenigen, die eine bestätigende Medienvorrichtung nutzen, zu erlauben, Master herzustellen oder Inhalte zu erzeugen, die gemäß diesem Verfahren geschützt sind. Es werden verschiedene Wege zum Schützen der Inhalte beschrieben, einschließlich der Überprüfung der Authentizität eines bestimmten Mediums, der Nutzung einer akzeptierten Liste von Medienwiedergabevorrichtungen und ihrer entsprechenden veröffentlichten öffentlichen Schlüssel zur sicheren Weiterleitung der Medieninhaltschlüssel an diese, und Nutzung eines externen Kontakts zur Bereitstellung von Medieninhaltschlüsseln und/oder Updates von akzeptierten Medienwiedergabevorrichtungen.
  • In dem Dokument 6.041.123 wird ein System der sicheren Kommunikation zwischen mehreren Parteien beschrieben. Dieses System nutzt eine Kombination aus Indexschlüssel/sicherem Schlüssel für jede Partei. Der Indexschlüssel verändert seinen Wert niemals. Ein sicherer zentraler Router mit Zugang zu einer Masterdatenbank nutzt die Indexschlüssel, um entsprechende sichere Schlüssel in der Masterdatenbank zu suchen. Der zentrale Router nutzt die sicheren Schlüssel, um von den Parteien gesendete Meldungen zu entschlüsseln und die Meldungen für ihre Empfänger wieder zu verschlüsseln und fungiert somit als Kanal für die sichere Kommunikation zwischen den Parteien.
  • Die vorliegende Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Gerät und ein Verfahren zur Wiedergabe von in verschlüsselter Form auf einem Aufzeichnungsmediumn gespeicherten Benutzerdaten zu schaffen, das einen höheren Schutz, insbesondere des Verschlüsselungsschlüssels, gegen Diebstahl durch Eindringen in eine PC-Anwendung und/oder Anwendungseinheit bietet. Diese Aufgabe wird dadurch erreicht, dass ein Gerät nach Anspruch 1 geschaffen wird, das Folgendes umfasst:
    • – Mittel zum Lesen von Benutzerdaten und Schlüsseldaten von dem genannten Aufzeichnungsmedium,
    • – eine integrierte Einheit mit:
    • – Mitteln zum Berechnen eines Entschlüsselungsschlüssels unter Verwendung der genannten Schlüsseldaten,
    • – Mitteln zum Entschlüsseln von Benutzerdaten, die von dem genannten Aufzeichnungsmedium gelesen wurden, unter Verwendung des genannten berechneten Entschlüsselungsschlüssels,
    • – Mitteln zum Berechnen eines Neuverschlüsselungsschlüssels, und
    • – Mitteln zum Neuverschlüsseln der genannten entschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels,
    • – Mittel zum Übertragen der genannten neuverschlüsselten Daten von der genannten integrierten Einheit an eine Anwendungseinheit, und
    • – eine Anwendungseinheit zum Entschlüsseln der genannten neuverschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels und zur Wiedergabe der entschlüsselten Daten.
  • Diese Aufgabe wird weiterhin durch ein entsprechendes Verfahren gelöst, wie es in Anspruch 8 beschrieben ist. Eine integrierte Einheit zur Verwendung in einem derartigen Gerät für den Einsatz in einem derartigen Verfahren ist in Anspruch 9 beschrieben und umfasst:
    • – Mittel zur Berechnen eines Entschlüsselungsschlüssels mit Hilfe von Schlüsseldaten, die von dem genannten Aufzeichnungsmedium gelesen wurden,
    • – Mittel zum Entschlüsseln von Benutzerdaten, die mit Hilfe des genannten berechneten Entschlüsselungsschlüssels von dem genannten Aufzeichnungsmedium gelesen wurden,
    • – Mittel zum Berechnen eines Neuverschlüsselungsschlüssels, und
    • – Mittel zum Neuverschlüsseln der genannten entschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels, um neuverschlüsselte Daten zu erhalten und sie an eine Anwendungseinheit zur Entschlüsselung der genannten neuverschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels zu übertragen und um die entschlüsselten Daten wiederzugeben.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Gedanken, die von dem Aufzeichnungsmedium gelesenen Benutzerdaten innerhalb einer integrierten Einheit im Laufwerk zu entschlüsseln und neu zu verschlüsseln und nicht, wie üblich, innerhalb einer Anwendungseinheit mit Hilfe einer PC-Anwendung. Eine derartige integrierte Einheit ist im Vergleich zu einer Anwendungseinheit wesentlich schwieriger aufzubrechen und bietet daher einen verbesserten Schutz für den Entschlüsselungsschlüssel. Darüber hinaus werden auch die Berechnung des für die Entschlüsselung der Benutzerdaten verwendeten Entschlüsselungsschlüssels und die Berechnung des für die Neuverschlüsselung der entschlüsselten Benutzerdaten verwendeten Neuverschlüsselungsschlüssels innerhalb der integrierten Einheit ausgeführt, wodurch der Schutz des Entschlüsselungsschlüssels noch weiter verbessert wird. Der Entschlüsselungsschlüssel verlässt also niemals die integrierte Einheit, weder in verschlüsselter Form noch in entschlüsselter Form. Außerdem sind die entschlüsselten Benutzerdaten, die zwischen der Entschlüsselung und der Neuverschlüsselung existieren, niemals außerhalb der integrierten Einheit sichtbar, was ebenfalls einen höheren Schutz gegen das unerlaubte Manipulieren von Benutzerdaten bietet.
  • Um der Anwendungseinheit das Entschlüsseln und das anschließende Wiedergeben der von der integrierten Einheit an die Anwendungseinheit gelieferten Benutzerdaten zu ermöglichen, müssen der Neuverschlüsselungsschlüssel oder jegliche Daten zur Berechnung des Neuverschlüsselungsschlüssels an die Anwendungseinheit geliefert werden. Dies kann auf verschiedene Weisen erfolgen, z.B. mit der so genannten Public-Key-Kryptographie oder durch Übertragen des Neuverschlüsselungsschlüssels über einen sicheren authentifizierten Kanal (SAC) von der integrierten Einheit an die Anwendungseinheit. Alternativ kann zu diesem Zweck auch ein symmetrisches kryptographisches Verfahren angewandt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten. Es versteht sich, dass das Gerät nach Anspruch 1, das Verfahren nach Anspruch 8 und die integrierte Einheit nach Anspruch 9 weiter entwickelt werden können und identische oder ähnliche Ausführungsformen haben können.
  • Vorzugsweise ist die genannte integrierte Einheit in einer Laufwerkeinheit zum Lesen von Aufzeichnungsmedien enthalten und die genannte Laufwerkeinheit sowie die genannte Anwendungseinheit sind in einem Computer, zum Beispiel einem PC, enthalten. Es wird weiterhin bevorzugt, dass das Aufzeichnungsmedium ein optisches Aufzeichnungsmedium ist, insbesondere eine Platte, die beschreibbar oder wiederbeschreibbar sein kann und die vorzugsweise eine CD oder eine DVD zur Speicherung jeglicher Art von Benutzerdaten ist. Alternativ kann das Aufzeichnungsmedium auch ein anderes, vergleichbares Medium sein, z.B. eine Festkörperspeicherkarte.
  • In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die integrierte Einheit als eine integrierte Schaltung ausgeführt, in die nicht einfach von außen eingedrungen werden kann. Die genannte integrierte Schaltung kann aber auch als eine weitere integrierte Komponente verstanden werden, wie z.B. eine optische Laufwerkeinheit. Wenn eine derartige integrierte Komponente als sicher genug gilt, kann die Neuverschlüsselung teilweise in Hardware und teilweise in Firmware implementiert werden, z.B. kann die Erzeugung des Neuverschlüsselungsschlüssels in Firmware implementiert werden. Dies könnte hinsichtlich der Sicherheit akzeptabel sein, weil der Neuverschlüsselungsschlüssel auch in der Anwendungseinheit vorhanden sein wird, die eine weniger sichere Umgebung darstellt als eine derartige integrierte Komponente wie eine optische Laufwerkeinheit.
  • Die Erfindung wird im Folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf die Figur erläutert, die ein Blockschaltbild eines Wiedergabegeräts gemäß der Erfindung zeigt.
  • Darin ist ein Personal Computer 1 mit einer Laufwerkeinheit 2 und einer Anwendungseinheit 3 abgebildet. Wenn ein Benutzer beabsichtigt, auf einem Aufzeichnungsmedium 4, wie einer DVD-ROM, gespeicherte Benutzerdaten wiederzugeben, z.B. Videodaten abzuspielen, die auf einer DVD im MPEG-Format gespeichert sind, wird das Medium 4 in das Laufwerk 2 eingelegt, in dem die genannten Benutzerdaten und Schlüsseldaten von Lesemitteln 5 gelesen werden. Es ist zu beachten, dass sowohl die Benutzerdaten als auch die Schlüsseldaten in verschlüsselter Form auf dem Medium 4 gespeichert sind. Ferner ist zu beachten, dass es verschiedene Möglichkeiten gibt, die Benutzerdaten und Schlüsseldaten zu verschlüsseln, um sie auf dem Aufzeichnungsmedium zu speichern, jedoch ist für die vorliegende Erfindung nicht relevant, welche spezielle Möglichkeit angewandt wird.
  • Die gelesenen Daten werden dann in eine integrierte Einheit 6 eingegeben, die vorzugsweise durch eine integrierte Schaltung (IC) mit verschiedenen Mitteln zur Berechnung von Schlüsseln und zur Entschlüsselung und Neuverschlüsselung von Benutzerdaten realisiert ist. Als erstes wird der Entschlüsselungsschlüssel in einer Schlüsselberechnungseinheit 7 unter Verwendung der gelesenen Schlüsseldaten berechnet, die von den Lesemitteln 5 zugeführt werden. Dieser Entschlüsselungsschlüssel DK ist erforderlich, um die von den Lesemitteln 5 an die Entschlüsselungseinheit 8 weitergeleiteten gelesenen Benutzerdaten zu entschlüsseln. Dieser Entschlüsselungsschlüssel DK ist identisch mit einem Verschlüsselungsschlüssel, der zum Verschlüsseln der Benutzerdaten vor der Speicherung auf dem Medium 4 verwendet wurde, oder ist ein entsprechender Schlüssel für diesen Verschlüsselungsschlüssel.
  • Nach der Entschlüsselung werden die Benutzerdaten in einer Neuverschlüsselungseinheit 10 neu verschlüsselt, statt die Benutzerdaten in Klartext über einen Bus 16 direkt an die Anwendungseinheit 3 auszugeben, da eine derartige Weiterleitung der Benutzerdaten in Klartext über einen Bus nicht sehr sicher ist und Computereindringlingen die Gelegenheit gibt, die Benutzerdaten zu lesen und zu kopieren.
  • Der für die Neuverschlüsselung der Benutzerdaten benutzte Neuverschlüsselungsschlüssel RK wird ebenfalls durch eine geeignete Schlüsselberechnungseinheit 9 innerhalb der integrierten Einheit 6 berechnet. Da dieser Neuverschlüsselungsschlüssel RK auch der Anwendungseinheit bekannt sein muss, um die Benutzerdaten darin zu entschlüsseln, wird ein sicherer authentifizierter Kanal 17, 18 zwischen der Laufwerkeinheit 2 und der Anwendungseinheit 3 aufgebaut. Zum Autorisieren der auf der Anwendungseinheit 3 laufenden Anwendung wird ihr öffentlicher Schlüssel durch eine Zertifizierungsstelle 15 zertifiziert.
  • Wenn die Anwendung dergestalt autorisiert wurde, wird ein entsprechender Hinweis darauf, insbesondere ein öffentlicher Schlüssel der Anwendung, von der Anwendungseinheit 3 zum Laufwerk 2, insbesondere an die Schlüsselberechnungseinheit 9 der integrierten Einheit 6, übertragen. Die Schlüsselberechnungseinheit 9 kann dann die Anwendung autorisieren, indem sie das Zertifikat der Anwendung mit öffentlichem Schlüssel bei einer Lizenzierungsstelle für den öffentlichen Schlüssel 14 prüft und indem sie kontrolliert, ob die Anwendung den entsprechenden privaten Schlüssel besitzt, der Teil der SAC-Funktionalität ist.
  • Nach einer abschließenden Autorisierung der Anwendung werden der verschlüsselte Neuverschlüsselungsschlüssel RK oder jegliche andere Daten, die sich auf den Neuverschlüsselungsschlüssel beziehen, von der Schlüsselberechnungseinheit 9 über die Übertragungsleitung 18 an die Schlüsselberechnungseinheit 11 der Anwendungseinheit 3 übertragen. Die Schlüsselberechnungseinheit 11 ist daher in der Lage, den Neuverschlüsselungsschlüssel RK zu berechnen, so dass die Entschlüsselungseinheit 12 die über die Übertragungsleitung 16 bereitgestellten neuverschlüsselten Benutzerdaten entschlüsseln kann. Es ist zu beachten, dass die Übertragungsleitungen 16, 17 und 18 in dem PC-Bus des Computers 1 enthalten sind.
  • Nach dem Entschlüsseln der Benutzerdaten in der Entschlüsselungseinheit 12 können vollständig reproduziert und für das Abspielen durch die Wiedergabeeinheit 13 wiedergegeben werden.
  • Die Erfindung schafft somit einen hohen Schutz gegen Diebstahl von Benutzerdaten und/oder von Entschlüsselungsschlüsseln, die zur Verschlüsselung von Benutzerdaten vor ihrer Speicherung auf dem Aufzeichnungsmedium verwendet werden. Weder die Benutzerdaten noch die Entschlüsselungsschlüssel werden über einen Bus des Computers übertragen oder sind außerhalb der integrierten Einheit in Klartext existent. Es ist daher nicht möglich, den Entschlüsselungsschlüssel durch Aufbrechen der auf dem Computer laufenden Anwendung abzurufen.
  • Text in der Zeichnung
  • 1
    • decrypt
      Entschlüsseln
      encrypt
      Verschlüsseln
      render
      Wiedergeben

Claims (10)

  1. Gerät zur Wiedergabe von in verschlüsselter Form auf einem Aufzeichnungsmedium gespeicherten Benutzerdaten, das Folgendes umfasst: – Mittel (5) zum Lesen von Benutzerdaten und Schlüsseldaten von dem genannten Aufzeichnungsmedium (4), – eine integrierte Einheit (6) mit: – Mitteln (7) zum Berechnen eines Entschlüsselungsschlüssels (DK) unter Verwendung der genannten Schlüsseldaten, – Mitteln (8) zum Entschlüsseln von Benutzerdaten, die von dem genannten Aufzeichnungsmedium (4) gelesen wurden, unter Verwendung des genannten berechneten Entschlüsselungsschlüssels (DK), – Mitteln (9) zum Berechnen eines Neuverschlüsselungsschlüssels (RK), und – Mitteln (10) zum Neuverschlüsseln der genannten entschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels (RK), – Mittel (16) zum Übertragen der genannten neuverschlüsselten Daten von der genannten integrierten Einheit (6) an eine Anwendungseinheit, und – eine Anwendungseinheit (3) zum Entschlüsseln der genannten neuverschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels (RK) und zur Wiedergabe der entschlüsselten Daten.
  2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Anwendungseinheit (3) Mittel (11) zum Berechnen des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels (RK) umfasst.
  3. Gerät nach Anspruch 1, das weiterhin Public-Key-Kryptographiemittel (17, 18) zum Austauschen von Informationen über den genannten Neuverschlüsselungsschlüssel (RK) umfasst.
  4. Gerät nach Anspruch 3, wobei die Public-Key-Kryptographiemittel (17, 18) eingesetzt werden, um einen sicheren authentifizierten Kanal zur Übertragung des genann ten Neuverschlüsselungsschlüssels (RK) von der genannten integrierten Einheit (6) an die genannte Anwendungseinheit (3) einzurichten.
  5. Computer (1) mit einer Laufwerkeinheit (2) zum Lesen von Aufzeichnungsmedien und mit einer Anwendungseinheit (3), wobei die genannte Laufwerkeinheit (2) eine integrierte Einheit (6) nach Anspruch 1 umfasst.
  6. Gerät nach Anspruch 1, wobei das genannte Aufzeichnungsmedium (4) ein optisches Aufzeichnungsmedium ist, insbesondere eine CD oder eine DVD.
  7. Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte integrierte Einheit (6) eine integrierte Schaltung ist.
  8. Verfahren zur Wiedergabe von in verschlüsselter Form auf einem Aufzeichnungsmedium gespeicherten Benutzerdaten, das die folgenden Schritte umfasst: – Lesen von Benutzerdaten und Schlüsseldaten von dem genannten Aufzeichnungsmedium (4), – Berechnen eines Entschlüsselungsschlüssels (DK) mit Hilfe der genannten Schlüsseldaten, – Entschlüsseln der von dem genannten Aufzeichnungsmedium (4) gelesenen Benutzerdaten mit Hilfe des genannten berechneten Entschlüsselungsschlüssels (DK), – Berechnen eines Neuverschlüsselungsschlüssels (RK), – Neuverschlüsseln der genannten entschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels (RK), wobei die genannten Berechnungsschritte, der genannte Entschlüsselungsschritt und der genannte Neuverschlüsselungsschritt in einer integrierten Einheit (6) ausgeführt werden, – Übertragen der genannten neuverschlüsselten Daten von der genannten integrierten Einheit (6) an eine Anwendungseinheit (3), – Entschlüsseln der genannten neuverschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels (RK) in der genannten Anwendungseinheit (3), und – Wiedergeben der entschlüsselten Daten.
  9. Integrierte Einheit (6) zur Verwendung in einem Gerät nach Anspruch 1 zur Wiedergabe von in verschlüsselter Form auf einem Aufzeichnungsmedium (4) gespeicherten Benutzerdaten, wobei die integrierte Einheit Folgendes umfasst: – genannte Mittel (7) zum Berechnen eines Entschlüsselungsschlüssels (DK) unter Verwendung der von dem genannten Aufzeichnungsmedium (4) gelesenen Schlüsseldaten, – genannte Mittel (8) zum Entschlüsseln von Benutzerdaten, die von dem genannten Aufzeichnungsmedium (4) gelesen wurden, unter Verwendung des genannten berechneten Entschlüsselungsschlüssels (DK), – genannte Mittel (9) zum Berechnen eines Neuverschlüsselungsschlüssels (RK), und – genannte Mittel (10) zum Neuverschlüsseln der genannten entschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels (RK), um neuverschlüsselte Daten zu erhalten und sie an die genannte Anwendungseinheit (3) zur Entschlüsselung der genannten neuverschlüsselten Daten mit Hilfe des genannten Neuverschlüsselungsschlüssels (RK) zu übertragen und um die entschlüsselten Daten wiederzugeben.
  10. Integrierte Einheit nach Anspruch 9, wobei die genannte integriere Einheit (6) eine integrierte Schaltung ist.
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