DE60224803T2

DE60224803T2 - Synchronisationsinformation welche im nächsten paket eines verschlüsselten rahmens einer stromverschlüsselung redundant eingefügt ist

Info

Publication number: DE60224803T2
Application number: DE60224803T
Authority: DE
Inventors: Bartholomeus J. Van Rijnsoever; Cornelis L. Van Pul
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: CN1524362A; EP1407574A2; DE60224803D1; EP1407574B1; WO2003005635A3; JP2004534479A; WO2003005635A2; KR20030045055A; JP4083678B2; US20040165722A1; KR100930036B1; ATE385092T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Obschon die vorliegende Erfindung im Grunde auf viele Übertragungsmittel angewandt werden könnte, ist eine bestimmte Anwendung, welche die Erfinder im Auge hatten, das Internet. Zur Zeit wird die Qualität des übers Internet übertragenen Informationsinhaltes immer besser, und zwar durch Fortschritte in der die Bandbreite sparenden Codierungstechnologie, und auch wegen der immer wachsenden Bandbreite selber. Inhaltsprovider haben die Absicht, derartigen hochwertigen Inhalt an Benutzer zu verkaufen und folglich entsteht ein Bedürfnis nach der Schaffung eines Schemas für einen sog. "Bedingten Zugriff" oder eine "Digitale Rechteverwaltung". Ein derartiges System wird ein Inhaltsitem oder ein Teil davon verschlüsseln und folglich die Entschlüsselungsschlüssel derart verwalten, dass nur autorisierte Endverbraucher zur Entschlüsselung imstande sind.
Eine derartige Benutzerinformation wird im Allgemeinen in Frames strukturiert sein. Insbesondere im Falle von Videoinhalt werden derartige Frames im Allgemeinen groß sein, was es notwendig macht, die Nutzdaten eines derartigen Frames über eine Vielzahl von Netzwerkpakete hintereinander zu übertragen. Eine spezielle Art und Weise der Wiedergabe des Inhaltes ist, wenn der Benutzer bezahlen möchte, sobald die Information eintrifft, ohne dass die ganze Datei vor der Wiedergabe herunter geladen werden muss. Diese Annäherung wird einen schnelleren Zugriff auf das Empfängerende schaffen, wird aber im Allgemeinen nicht eine Neuübetragung eines bestimmten Pakets erlauben. Wenn aus irgend einem Grund Daten verloren gehen, soll der Inhaltsspieler auf zuversichtliche Weise eine gewisse Reparatur durchführen. An sich sind mehrere derartige Reparaturmechanismen bekannt, aber die Annäherung ist nach wie vor suboptimal.
Die Verschlüsselung wird am besten auf dem Bildpegel effektuiert. An sich erfolgt die Zuordnung der Benutzer- oder der Nutzdateninformation zu einem Bild entsprechend einer Anzahl Standards, wie MPEG. Verschlüsselung auf dem Bildpegel ermöglicht eine permanente oder Ende-zu-Endeverschlüsselung, die für übertragenen und für gespeicherten Inhalt gilt. Die beste akzeptierte Art und Weise der Verschlüsselung von Multimediainformation ist durch Verwendung eines Stromschlüssels und insbesondere eines selbst synchronisierenden Stromschlüssels. Ein Stromschlüssel, wie in dem US Paket US 5987137 beschrieben, wird dann einen Schlüsseltext erzeugen, und zwar durch Durchführung eines EXOR Vorgangs zu einer Kombination des Klartextes und des Schlüsselstroms. In einem selbst synchronisierenden Stromschlüssel wird der verschlüsselte Strom danach zurückgekoppelt, siehe 2, und stellt an sich einen internen Zustand des Codierers dar und ermöglicht eine nachfolgende Synchronisation des Decoders. Unter Verwendung eines derartigen Stromschlüssels kann die Sequenz von Übertragungspaketen auf eine eindeutige Art und Weise verschlüsselt werden. Im Wesentlichen erzeugt eine selbst synchronisierende Stromverschlüsselung den Schlüsselstrom auf Basis des Schlüsseltextes und eines geheimen Schlüssels. Ein Initialisierungsvektor ist erforderlich zum Starten des Erzeugungsprozesses des Schlüsselstroms.
Nun kann, obschon die Stromverschlüsselung im Grunde selbst synchronisierend ist, der Verlust eines einzigen Übertragungspakets auch den Verlust eines oder mehrerer nachfolgender Übertragungspakete mit sich bringen, oder sogar den Verlust des restlichen Teils des assoziierten Bildes, oder bei bestimmten Standards, sogar des ganzen assoziierten Bildes. Im Wesentlichen könnte an der Empfängerseite der Verlust eines einzigen Übertragungspakets einfach auch den Verlust des nächsten Übertragungspakets mit sich bringen, durch Verlust der Synchronisation des Verschlüsselungsstroms. Dies kann eine wesentliche Degradation der Inhaltsqualität verursachen, weil in vielen Fällen ein Inhaltsdecoder imstande sein soll, alle oder nahezu alle Information außerhalb des falschen Übertragungspakets zu decodieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich ist es u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Empfangszuverlässigkeit der Sequenz einzelner Entschlüsselungssynchronisationsinformationen zu ermöglichen, sogar unter Ausfall bestimmter Übertragungspakete, durch Ermöglichung einer möglichst schnellen Neusynchronisation der Decodierungsprozedur gegenüber dem Synchronisationsverschlüsselungsstrom. Auf einem anderen Pegel schafft die vorliegende Erfindung einige Vorteile der Verschlüsselung auf dem Pegel eines Bildes, wie einer einfacheren Art und Weise der Verwaltung der Speicherung von Information an der Empfangsseite.
Deswegen weist nach einem der Aspekte die vorliegende Erfindung das Kennzeichen auf, wie in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Entschlüsseln derartiger verschlüsselter Information, auf eine Anordnung zum Verschlüsseln oder zum Entschlüsseln derartiger Information, auf ein System zum verschlüsseln und/oder Entschlüsseln derartiger Information, auf einen fühlbaren Träger zur Speicherung derartiger verschlüsselter Information zur Verwendung bei derartigen Systemen, und auf ein Signal mit verschlüsselter Nutzdateninformation, vorgesehen zur Verwendung bei derartigen Verfahren. Weitere vorteilhafte Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Verschlüsselungsformat zur Anwendung bei der vorliegenden Erfindung,
2 eine Verschlüsselungsanordnung zur Verwendung bei einem derartigen Format,
3 eine Entschlüsselungsanordnung zur Verwendung bei einem derartigen Format,
4 ein gesamtes Verschlüsselungs-/Entschlüsselungssystem zur Verwendung bei einem derartigen Format.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Verschlüsselungsformat zur Anwendung bei der vorliegenden Erfindung. Die obere Reihe bezieht sich auf die Benutzerinformation, wie Audio oder Video, und besteht aus einem einzigen Bild 20 mit dem Bild-Header FH und den Bild-Nutzdaten FP. Eine Folge derartiger Bilder braucht nicht einheitliche Nutzdatenmengen zu haben, sondern die Größe kann von dem anwendbaren Grad der Informationsverdichtung abhängig sein. Nebst der dargestellten Bildstruktur kann das Format ein Subbildformat haben, das mit der Applikation assoziiert ist, die weiterhin nicht dargestellt ist, die aber eine weitere Aufteilung des Bildes über mehrere Subbilder bilden kann, ohne dass eine derartige Aufteilung in der nachstehend beschriebenen Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsprozedur bemerkbar ist. Diese Subbilder können auf eine weitere Informationsstruktur bezogen sein, die mit der Applikation assoziiert ist, auf die sich die übertragenen Nutzdaten beziehen.
In der zweiten Reihe ist das Bild 20 in einer Sequenz von drei Übertragungspaketen 22 abgebildet, wobei diese Anzahl im Grunde beliebig ist. Das Format jedes Pakets wird durch einen akzeptierbaren Übertragungsstandard geregelt und im Allgemeinen haben alle Pakete eine einheitliche Größe, wie durch den Pfeil 24 angegeben. Innerhalb des durch den Pfeil 24 angegebenen Pakets gibt es den Paketheader PH und die Paketnutzdaten PP. Weiterhin wird die Synchronisationsinformation SCS2 durch den Stromverschlüsselungszustand des wirklichen Pakets am Ende desselben, damit das nächste folgende Paket sofort zu der Stromverschlüsselungsprozedur synchronisiert. Im Wesentlichen bildet SCS2 einen Teil der verschlüsselten Daten. Zum Schluss enthält das Paket 24 Synchronisationsinformation SCS1, die durch den Stromverschlüsselungszustand des vorhergehenden Pakets am Ende desselben gesteuert wird, um es zu ermöglichen, dass das nächste Paket, d. h. das Paket 24, selber sofort zu der Stromverschlüsselungsprozedur synchronisiert. Für das Paket, das die Synchronisation starten würde, ist SCS1 entweder abwesend, oder kann einen Initialisierungsvektor der Bildverschlüsselung darstellen. Für nachfolgende Pakete ist SCS1 eine Wiederholung der vorhergehenden SCS2. Die Paketformate der anderen Pakete sind entsprechend. Die Synchronisation durch stromverschlüsselnde Synchronisationsinformation kann ggf. die Grenze zwischen angrenzende Übertragungsbilder überschreiten. Der Kürze wegen ist eine weitere Detaillierung der jeweiligen Formate ignoriert.
An der unteren rechten Seite in der Figur sind die Übertragungspakete des betreffenden Bildes wieder dargestellt. Wenn alles richtig ist, werden dies genaue Kopien der Übertragungspakete auf der linken Seite sein. Deswegen wird das Übertragungspaket 26 durch Entschlüsselung des Nutzdatenteils 30 des empfangenen Bildes 28 abgebildet und auf entsprechende Art und Weise für die Nutzlastenteile 32 und 34. Die Probleme, die auftreten, wenn ein Übertragungspaket teilweise oder völlig verloren geht, werden anhand der 2, 3 nachstehend beschrieben.
2 zeigt eine stromschlüsselbasierte Verschlüsselungsanordnung zur Verwendung bei dem Format nach der vorliegenden Erfindung. Der Kürze wegen wird nur die Verarbeitung der Nutzlasten FP beschrieben. Die Nutzdateninformation trifft bei dem Eingangsterminal 80 ein, beispielsweise bitseriell, aber dies ist nicht eine Ausdrucksbe schränkung. Das Item 82 implementiert einen EXKLUSIV-ODER-Vorgang zur Verschlüsselung. Die verschlüsselte Information wird an dem Ausgangsterminal 84 verfügbar. Der Kurze wegen ist auf alle speziellen Vorgänge in Bezug auf den Header PH aus 1 verzichtet. Weiterhin wird die verschlüsselte Information in das örtliche Verschlüsselungszustandsinformationsregister 86 zurückgekoppelt und daraufhin mit dem Verschlüsselungsschlüssel K verschlüsselt, der an dem Eingangsterminal 90 von einem in dem betreffenden technischen Bereich bekannten Providermechanismus empfangen worden ist, und danach in dem Register 92 zum EXKLUSIV-ODERn mit der Eingangsinformation gespeichert, die an dem Eingangsterminal 80 empfangen worden ist. Am Anfang ist das Register 86 Null oder eine andere mögliche Information, so dass die Verschlüsslung mit dem Bildverschlüsselungsschlüssel K ist. Die Information von dem Register 92 wird Schlüsselstrom genannt.
Das EXKLUSIV-ODERn in dem Element 82 kann bitweise durchgeführt werden, oder lieber bitparallel, wie für 128 Bits oder eine andere geeignete Anzahl. Die Registerbreite des Registers 92 wäre dann entsprechend höher und die auf die zwischen liegenden Speicherregister 86 und 92 angewandte Taktfrequenz wäre dann entsprechend niedriger. Am Ende der Verschlüsselung eines bestimmten Übertragungspakets enthält das Register 86 den internen Zustand der stromschlüsselbasierten Codierung. Zum Einführen einer Synchronisationsinformation in die Codierung wird die Information auf eine redundante Art und Weise in dem nächsten Übertragungspaket übertragen. Dies bedeutet, dass an der Empfangsseite diese Information als Sameninformation zum Auslösen der Entschlüsselung des nächsten Übertragungspakets verfügbar ist, sogar, wenn das erste Übertragungspaket nicht auf ausreichende Art und Weise empfangen worden ist.
3 zeigt eine Entschlüsselungsanordnung, vorgesehen zur Verwendung bei dem oben beschriebenen Format und ähnelt im Wesentlichen ziemlich der 2. Hierin werden die verschlüsselten Nutzdaten bei dem Eingangsterminal 94 eingegeben, das zu dem Register 98 zur Speicherung der stromverschlüsselungsbasierten Synchronisationsinformation SCS1, geliefert am Anfang des betreffenden Übertragungspakets, abgezweigt wird. Weiterhin wird die zu entschlüsselnde Information zu der EXKLUSIV-ODER-Möglichkeit 96 befördert. Die Möglichkeit D 102 empfängt den Bildentschlüsselungsschlüssel K', der die Inverse des Verschlüsselungsschlüssels K in 2 ist. Weiterhin empfängt die Möglichkeit 102 die Information von dem Register 98, die eine einwandfrei empfangene Version der stromschlüsselbasierten Synchronisationsinformation, um auf dieser Basis die Entschlüsselung durchzuführen. Die Kombination der letzteren zwei Informationsteile wird dem Register 100 zugeführt. Zum Schluss wird durch EXKLUSIV-ODERn des Ausgangsregisters 100 und des Eingangs, empfangen von dem Terminal 94 die einwandfreien Daten wieder rekonstruiert.
Auf diese Weise gibt es keine forcierte Abhängigkeit zwischen der Entschlüsselung zweier aneinander grenzender Übertragungspakete, wobei die Information des internen Zustandes bei der Verschlüsselung immer an der Empfangsseite verfügbar ist, ungeachtet der Empfangsqualität des vorhergehenden Pakets. Es gibt keine weitere Notwendigkeit einer Buchführung des Verschlüsselungszustandes bei dem Empfänger: dies wird immer unmittelbar am Anfang eines neuen Übertragungspakets verfügbar sein. Es sei weiterhin bemerkt, dass im Allgemeinen der Stromschlüsselmechanismus selbst synchronisierend ist, was aber eine gewisse Zeit nimmt, und was im Falle eines verlorenen Pakets zu zusätzlichem Informationsverlust außerhalb des verlorenen Pakets führt.
4 zeigt ein gesamtes Verschlüsselungs-/Entschlüsselungssystem, vorgesehen zur Verwendung bei dem Format nach der vorliegenden Erfindung. Der Block 40 stellt eine Daten erzeugende Möglichkeit dar, wie einen Speicher, eine Kamera u. dgl. Der Block 42 stellt die Möglichkeit der Erzeugung oder Darstellung eines oder mehrerer Bildverschlüsselungsschlüssel dar. Die Verschlüsselung selber tritt in der Möglichkeit 44 auf, und zwar längs der oben anhand der 2 dargestellten Linien. Die verschlüsselten Daten werden über das Medium 46, was eine CD-ROM, eine DVD, das Internet oder etwas anderes sein kann, transportiert. An der Empfangsseite steuert die Position des Schalters 48 entweder den Transport zu der Decodermöglichkeit 50, oder zu der Datenspeichermöglichkeit 54. Die Decodermöglichkeit 50 arbeitet entsprechend den oben anhand der 3 beschriebenen Linien. Nach der Entschlüsselung werden über eine weitere Beschaffung eines geeigneten Bilddecodierschlüssels oder mehrerer Schlüssel aus der Schlüsselpräsentationsmöglichkeit 52, die entschlüsselten Nutzdaten in der Datenspeichermöglichkeit 54 gespeichert. Wenn eine Entschlüsselung nur nach einer bestimmten Verzögerung effektuiert wird, wird die Datenspeichermöglichkeit den geeigneten Inhalt oder einen Teil davon der Decodiermöglichkeit 50 präsentiert. Der Kürze wegen wird die Kommunikation mit einer weiteren Applikation oder Benutzermöglichkeit nicht weiter beschrieben.

4

40: Daten
54: Daten

Claims

Verfahren zum Übertragen framebasierter Information über ein Übertragungsmedium, während Nutzdateninformation (FP) eines bestimmten Frames (20) einem oder mehreren Übertragungspaketen (22) zugeordnet wird und die Nutzdateninformation eines derartigen Frames über einen Frameverschlüsselungsschlüssel (X) verschlüsselt wird, und wobei jedes Übertragungspaket (24) mit einzelnen stromverschlüsselungsbasierter Synchronisationsinformation (SCS2) versehen wird um in Kombination mit dem Frameentschlüsselungsschlüssel (K') eine Entschlüsselung eines assoziierten verschlüsselten Übertragungspakets (26) zu ermöglichen, wobei das genannte Verfahren gekennzeichnet ist durch die Übertragung der genannten stromverschlüsselungsbasierten Synchronisationsinformation als redundant in ein zweites Übertragungspaket eingeschlossen, das dem ersten Übertragungspaket folgt, das die einzelne betreffende stromverschlüsselungsbasierte Synchronisationsinformation als Sameninformation zur Entschlüsselung des genannten zweiten Übertragungspakets erzeugt.
Verfahren zum Empfangen und Entschlüsseln framebasierter Information von einem Übertragungsmedium, wobei Nutzdateninformation eines bestimmten Frames einem oder mehreren Übertragungspaketen zugeordnet wird und wobei die Nutzdateninformation eines derartigen Frames über einen Frameverschlüsselungsschlüssel verschlüsselt wird, und wobei jedes Übertragungspaket mit einzelner stromverschlüsselungsbasierter Synchronisationsinformation versehen ist, um in Kombination mit dem Frameentschlüsselungsschlüssel die genannte Entschlüsselung eines assoziierten verschlüsselten Übertragungspakets zu ermöglichen, wobei das genannte Verfahren gekennzeichnet ist durch den Empfang der genannten stromverschlüsselungsbasierten Synchronisationsinformation als redundant eingeschlossen in ein zweites Übertragungspaket, das dem ersten Übertragungspaket folgt, das die betreffende einzelne stromverschlüsselungsbasierte Synchronisationsinformation als Sameninformation zur Entschlüsselung des genannten zweiten Übertragungspakets erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die genannte Entschlüsselung von Übertragungspaketen bei dem genannten Empfang und vor der Speicherung der Nutzdateninformation zur nachfolgender Verwendung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die genannten Übertragungspakete ohne die genannte Entschlüsselung sind, die bei dem genannten Empfang gespeichert wird, zur nachfolgenden Durchführung der genannten Entschlüsselung auf Basis des genannten Frames.
Anordnung zur Übertragung framebasierter Information über ein Übertragungsmedium, wobei die genannte Anordnung Zuordnungsmittel aufweist zum Zuordnen von Nutzdateninformation eines bestimmten Frames zu einem oder mehreren Übertragungspaketen, und Verschlüsselungsmittel zum Verschlüsseln der Nutzdateninformation eines derartigen Frames über einen Frameverschlüsselungsschlüssel, und mit Stromverschlüsselungsmittel um jedes Übertragungspaket mit einzelner stromverschlüsselungsbasierter Synchronisationsinformation zu versehen um in Kombination mit dem Frameentschlüsselungsschlüssel die Entschlüsselung eines assoziierten verschlüsselten Übertragungspakets zu ermöglichen, wobei die genannte Anordnung gekennzeichnet ist durch Einfügungsmittel zum Einfügen der Übertragung der genannten stromverschlüsselungsbasierten Synchronisationsinformation als redundant in ein zweites Übertragungspaket eingeschlossen, das dem ersten Übertragungspaket folgt, das die betreffende einzelne stromverschlüsselungsbasierte Synchronisationsinformation als Sameninformation zur Entschlüsselung des genannten zweiten Übertragungspakets erzeugt.
Anordnung zum Empfangen und Entschlüsseln framebasierter Information von einem Übertragungsmedium, mit Nutzdateninformation eines bestimmten Frames, das einem oder mehreren Übertragungspakete zugeordnet ist und wobei die Nutzdateninformation jedes Frames durch einen Frameverschlüsselungsschlüssel verschlüsselt ist, und mit Frameentschlüsselungsmitteln zum Entschlüsseln jedes Übertragungspakets, das mit einzelner stromverschlüsselungsbasierter Synchronisationsinformation versehen ist, die mit Stromverschlüsselungsentschlüsselungsmitteln assoziiert ist um in Kombination mit dem Frameentschlüsselungsschlüssel die genannte Entschlüsselung eines assoziierten verschlüsselten Übertragungspakets zu ermöglichen, wobei die genannte Anordnung gekennzeichnet ist durch Selektionsmittel zum Selektieren der genannten stromverschlüsselungsbasierten Synchronisationsinformation durch die Tatsache, dass diese redundant in ein zweites Übertragungspaket eingeschlossen ist, das dem ersten Übertragungspaket folgt, das die betreffende einzelne stromverschlüsselungsbasierte Synchronisationsinformation als Sameninformation für die genannten Entschlüsselungsmittel zum Entschlüsseln des genannten zweiten Übertragungspakets verwendet wird.
System, vorgesehen zum Verschlüsseln von Mehrpaketübertragungsframes nach einem Verfahren nach Anspruch 1, und zum Entschlüsseln von Mehrpaketübertragungsframes nach einem Verfahren nach Anspruch 2.
Fühlbares Medium mit Information, die nach einem Verfahren nach Anspruch 1 verschlüsselt ist, und/oder vorgesehen um nach einem Verfahren nach Anspruch 2 entschlüsselt zu werden.
Übertragbares Signal, das nach einem Verfahren nach Anspruch 1 verschlüsselt ist, und/oder vorgesehen um nach einem Verfahren nach Anspruch 2 entschlüsselt zu werden.
Computerprogrammprodukt, vorgesehen um dafür zu sorgen, dass ein Prozessor das Verfahren nach Anspruch 1 durchführt.