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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung, um über ein Übertragungssignal codierte
Inhaltsinformation und Zusatzinformation zu empfangen, welche Inhaltsinformation
ein Wasserzeichen umfasst, das zumindest teilweise die Zusatzinformation
repräsentiert,
wobei die Anordnung eine Empfängereinrichtung
zum Empfangen des Übertragungssignals,
einen Detektor zum Detektieren von Wasserzeicheninformation in Abhängigkeit
von dem Wasserzeichen und einen Decodierer umfasst, der zum Decodieren der
Inhaltsinformation mit einem Ausgang der Empfängereinrichtung gekoppelt ist,
welche Empfängereinrichtung
Steuerungsmittel zum Steuern der Wiedergabe der Inhaltsinformation
in Abhängigkeit
von der Zusatzinformation und dem Wasserzeichen umfasst.
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Ein
derartiges Übertragungssystem
ist aus WO 97/13248, Dokument D1 in der Liste verwandter Dokumente,
bekannt. In dem Übertragungssystem wird
Information zum Abspielen vom Sender aus über ein Übertragungssignal zu einer
Empfängereinrichtung übertragen,
z.B. von einem Videoerzeuger über
eine optische Platte zu einem Festplattenlaufwerk. Das Dokument
beschreibt, dass Video- und Audioinhalt zunehmend in digital codierter
Form gesendet und aufgezeichnet werden, beispielsweise als MPEG-Bitstrom.
Es gibt einen zunehmenden Bedarf, Zusatzinformation, die logisch
mit der Inhaltsinformation zusammenhängt, zu übermitteln, wobei die Zusatzinformation
zum Steuern der Wiedergabe der Inhaltsinformation bestimmt ist.
Die Zusatzinformation kann Information über die Rechte des Benutzers
oder Urhebers der Inhaltsinformation umfassen. Beispielsweise muss
in einem solchen codierten Signal eine Markierung eingebracht werden,
um das codierte Signal als authentisches Programmmaterial zu klassifizieren.
Das Markieren von digitalen Signalen ist insbesondere bei Kopierschutzanwendungen
nützlich, bei
denen die Zusatzinformation den Zustand des Copyrights anzeigt.
Daher sollte die Zusatzinformation gegen Manipulation geschützt sein.
Die Marke, auch als Wasserzeichen bezeichnet, kann praktisch die
Form eines Mehrfachbit-Wasserzeichenmusters annehmen, das etwas
Zusatzinformation repräsentiert,
die z.B. anzeigt, dass das codierte Signal kopiergeschützten Inhalt
darstellt. Bei einem digitalen Videosystem, das z.B. auf der digitalen
Videoplatte (DVD) beruht, kann die Kopierkontrolle auf der Detektion
von elektronischem Watermarking (Einbringen von Wasserzeichen) beruhen.
Wasserzeichen sind kleine, nicht wahrnehmbare Modifikationen des Videos,
die elektronisch detektiert werden können. Derartige Wasserzeichen
können
typische Signalverarbeitung überstehen,
einschließlich
Formatkonversionen (z.B. von PAL in NTSC) und sie können detektiert
werden, um Copyright-Information über das Video zu gewinnen.
Wasserzeichen werden für
die Abspielsteuerung verwendet. Die Grundidee der Abspielsteuerung
ist, dass ein Laufwerk sich weigert, Videoinhalt weiterzuleiten,
wenn dieser Inhalt ein Wasserzeichen enthält, dass das Video als nicht
kopierbar klassifiziert, während
dieses Video auf einem beschreibbaren Medium angetroffen wird. Daher
erfordert die Abspielsteuerung die Detektion des Wasserzeichens
innerhalb des Laufwerks und ein Detektor sollte sich auf dem gleichen
Chip befinden wie die Steuerelektronik des Laufwerks oder auf der
gleichen Schaltungskarte in dem Laufwerk. Rauschähnliche Wasserzeichen im Pixelbereich
sind für
die Detektion durch einen Detektor in der Empfängereinrichtung nicht geeignet,
weil die Komplexität
des Detektors kleiner bleiben muss als einige tausend Gatter, da Laufwerke
und DVD-RAM-Recorder als einfache Speichereinrichtung ohne die „Intelligenz", Daten zu interpretieren,
entworfen worden sind. Wasserzeichendetektion würde beinhalten, dass solche
Einrichtungen die Inhaltsdaten zu verarbeiten haben, d.h. MPEG-Videoströme zu demultiplexen
und zu interpretieren, was zumindest Lauflängen-Huffinan-Decodierung von
DCT-Koeffizienten einschließt. Daher
kann die Forderung nach einer einfachen Abspielsteuerung durch Wasserzeichen
im Pixelbereich nicht effektiv erfüllt werden. So hat das bekannte System
das Problem, dass das Laufwerk mit einem komplexen Wasserzeichendetektor
versehen werden muss.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein flexibleres System zum
Steuern der Wiedergabe von Inhaltsinformation in Abhängigkeit
von Zusatzinformation zu verschaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das
erfindungsgemäße System
dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine einen Decodierer und
einen Detektor umfassende Decodiereinrichtung umfasst, welcher Decodierer
gesondert von der Empfängereinrichtung
angeordnet ist, und dass die Empfängereinrichtung und die Decodierereinrichtung Verbindungsmittel
zum Kommunizieren der Wasserzeicheninformation zwischen dem Detektor
und den Steuerungsmitteln umfassen. Dies hat den Effekt, dass der
komplexe Inhaltsinformationsdecodierer, der sich in einer Wiedergabeeinrichtung
befindet, zum Ausführen
der Detektion des Wasserzeichens verwendet wird, und das Resultat
zurück
zur Empfangsein richtung kommuniziert. Die Empfangseinrichtung steuert
das Ausgangssignal in Abhängigkeit von
den kommunizierten Ergebnissen. Dies hat den Vorteil, dass ein Wasserzeichen
hoher Qualität,
das in dem codierten Inhaltssignal eingebettet ist, mit sehr geringer
zusätzlicher
Komplexität
der Empfangs- und Decodiereinrichtung detektiert werden kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist eine Empfärgereinrichtung zur Verwendung
in der Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel
zum Kommunizieren mit der Decodierereinrichtung zum Empfangen der
Wasserzeicheninformation angeordnet sind. Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung ist eine Decodiereinrichtung zur Verwendung in der Anordnung
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel zum Kommunizieren
mit der Empfängereinrichtung
zum Senden der Wasserzeicheninformation angeordnet sind. Dies hat
den Vorteil, dass beide Einrichtungen gesondert produziert werden
können
und die Gesamtsystemkosten niedrig sind, während ein Wasserzeichen hoher
Qualität
verwendet wird, was zu einer hohen Beständigkeit gegen die Manipulation
der Zusatzinformation führt.
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Eine
Ausführungsform
der Empfängereinrichtung
oder der Decodierereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsmittel Mittel zum Sichern der Kommunikation gegen
unbefugte Eingriffe umfassen. Insbesondere umfassen die Mittel zum
Sichern der Kommunikation Mittel zur Verschlüsselung oder Entschlüsselung
und/ oder zur Authentifikation und/oder zum Austauschen von Zufallszahlen
und/oder zum Verschaffen oder Verifizieren einer digitalen Signatur.
Die hat den Vorteil, dass böswillige
Parteien zusätzliche
Schwierigkeiten erfahren, wenn sie versuchen, die Zusatzinformation
zu manipulieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Weiteren näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 Abspielsteuerung
und den Basisfluss von Videoinhalt,
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2 ein
Merkmal für
eine Einmalkopie,
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3 die
Funktion des Tickets zum einmaligen Kopieren,
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4 die
Erzeugung einer gültigen
Kopie auf einem beschreibbaren Träger,
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5 ein
System mit gesonderter Wasserzeichendetektion und
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6 ein
System mit gesonderter Wasserzeichendetektion und einer sicheren
Verbindung.
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Entsprechende
Elemente in den verschiedenen Figuren haben gleiche Bezugszeichen.
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Eine
wichtige Anwendung der Erfindung ist Kopierschutz, wobei die Zusatzinformation
Kopierkontrollinformation ist. Ein System zum Kopierschutz von aufgezeichneten
Signalen, ein Informationsträger
und eine Leseeinrichtung sind aus EP-0545472 (Dokument D2) bekannt.
Weitere relevante Details zum Hinzufügen vom Wasserzeichen und Steuersignalen
können
in den verwandten Dokumenten D3, D4 und D5 gefunden werden. In der
nachfolgenden Beschreibung wird ein vollständiges Kopierkontrollsystem
beschrieben, das nicht nur eine Technologie für ein elektronisches Watermarking
im Pixelbereich enthält,
sondern auch Verfahren, um verbleibende Systemaufgaben, die sich
auf die eingebettete Signalisierung von Copyright-Zuständen beziehen,
zu lösen.
Insbesondere ist dieses System unter Berücksichtigung der folgenden
Systemaspekte entwickelt worden. Gelegentliches Heimkopieren kann
durch ziemliche einfache technische Maßnahmen wirksam gestoppt werden.
Raubkopierer im Großmaßstab haben
reichliche technische Mittel, um jeden Schutz zu umgehen, weil die
Anzahl dieser großen
Operationen begrenzt ist, können
sie vor Gericht geladen werden. Die Kategorie dazwischen jedoch,
die Raubkopierer im kleinen Umfang, die in Hütten oder Garagen kleine Fabriken
betreiben, kann zu klein sein, um sie durch gerichtliche Handlungen
anzugreifen. Mittlerweile haben diese Raubkopierer häufig ausreichende
Möglichkeiten,
mit Aufzeichnungseinrichtungen unbefugte Eingriffe durchzuführen, um
die eingeschränkten Aufzeichnungsschutzmaßnahmen
ihrer eigenen Anlage zu überwinden.
Raubkopierer haben jedoch keinen Zugriff auf die Einrichtungen,
die in den Wohnungen ihrer möglichen
Abnehmer installiert sind. Dies legt den Gedanken nahe, dass die
beste Maßnahme gegen
Kleinpiraterie Abspielsteuerung ist. Abspielsteuerung wird als wichtig
für die
Stärke
eines Kopierkontrollsystems betrachtet. Das System enthält Abspielsteuerung,
weil diese in einem einfachen Plattenlaufwerk oder einer anderen
Speichereinrichtung betrieben werden kann, welches) nicht die Möglichkeiten
hat, die gespeicherten „Bits
und Bytes" zu verarbeiten
und zu interpretieren. Es ist eine technische Herausforderung, trotz
der „Dummheit" solcher Laufwerke
eine Abspielsteuerung zu betreiben. Ein allgemein bekannter Angriff
auf nur auf Aufzeichnungssteuerung beruhenden Kopierschutz ist,
dass ein Raubkopierer das Wasserzeichen, das die Funktionalität überprüft, deaktiviert.
Bedingtes Abspielen verhindert, dass Platten, die durch so einen
gehackten Recorder erzeugt worden sind, abgespielt werden können. Dies
zeigt sich in der Forderung, dass ein Wasserzeichen in geeigneten
(digitalen) Bereichen und mit begrenzter Komplexität gelesen
werden können
muss. Der derzeitige Stand der Technik erlaubt die Verwendung von
elektronischem Watermarking für
die Kopierkontrolle. Ein Problem ist Detektorkomplexität. Typischerweise
ist Detektion als Teil des MPEG-Kompressions- oder -Dekompressionsalgorithmus möglich. Andererseits
muss Detektion bei dem (Abspiel-)Laufwerk und dem Recorder durchgeführt werden,
um zu einem zuverlässigen
Kopierkontrollplan zu kommen. Es ist ein Watermarking-Verfahren
erforderlich, das ein Merkmal zum einmaligen Kopieren erlaubt, welches
im Dokument D5 beschrieben ist. Der in diesem System enthaltene
Mechanismus zum einmaligen Kopieren ist so entworfen, dass er für Hacker
keinen Anknüpfungspunkt
bietet, um die Stabilität
des gesamten Kopierkontrollsystems zu zerstören. Es sollte als allgemeine
Regel betrachtet werden, dass das Hinzufügen von zusätzlichen Merkmalen zu dem Kopierkontrollsystem,
das einmaliges Kopieren erlaubt oder das Benutzern erlaubt, ihre
eigenen persönlichen
Kreationen unter Berücksichtigung
minimaler Beschränkungen
aufzuzeichnen, die Sicherheit des Kopierkontrollkonzeptes nicht beeinträchtigen
sollte. Während
die Wasserzeichendetektion einfach und rechentechnisch wenig aufwändig sein
soll, soll sie doch der auf den Inhalt angewendeten Signalverarbeitung
standhalten. Ein Verbessern von Kopierkontrollmaßnahmen hat mehrere Nachteile.
Kompabilitätsanforderungen
begrenzen das Ausmaß,
mit dem Systeme modifiziert werden können. Darüber hinaus ist ein Szenario,
in dem Hacker wiederholt in das System einbrechen und die Industrie
ihre Maßnahmen
verbessert, kostspielig und ineffektiv. Hacker werden durch Anfangserfolge
stark motiviert und ermutigt, in verbesserte Systeme erneut einzubrechen.
Den Schutz mit einer ausreichend starken Barriere zu beginnen, wie
in diesem System vorgestellt, verhindert, dass Raubkopierer unter
tragbarer finanzieller Belastung in das System einbrechen können und
in einfacher Weise Nutzen aus ihren Aktivitäten ziehen.
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1 zeigt
die Abspielsteuerung in einem Abspielsystem und den Basisfluss von
Videoinhalt. Der Videoinhalt wird physikalisch zu einer Empfängereinrichtung 10 übertragen,
z.B. einem Laufwerk, das von einem Aufzeichnungsträger wie
einer optischen Platte 11 oder einem Band 12 Information
ausliest. Die Empfängereinrichtung
gewinnt die Information von dem Aufzeichnungsträger zurück und die zurückgewonnene
Information wird an einen Detektor/Controller 13 weitergeleitet,
der Kopierschutzinformation detektiert. Wenn zugelassen wird, dass
der Videoinhalt wiedergegeben wird, wird das codierte Inhaltssignal
decodiert und ein Videosignal wird zu einem Videomonitor 14,
beispielsweise einen Fernseher, weitergeleitet. Der Detektor/Controller 13 verhindert
das Abspielen, wenn ein Zustand „niemals kopieren" in Kombination mit
einem beschreibbaren Medium detektiert wird. Videoinhalt ist mit
einem Wasserzeichen aus Daten versehen, die eine Vielfalt von Attributen anzeigen.
Diese enthalten die Kopierschutzzustände. Die Kopierschutzzustände, die
hier betrachtet werden, sind: a) einmal kopieren b) keine weitere
Kopie c) niemals kopieren und d) frei kopieren. Bei einer Ausführungsform
enthält
der Inhalt eine der zwei Kategorien von Wasserzeichen, wobei das
Wasserzeichen den Inhalt entweder als Status a oder b oder als Status
c klassifiziert. Unterscheidung zwischen Zustand a und b wird durch
ein Steuerungsticket verschafft. Dieses Systemkonzept ist auf wirksame
Kopierkontrolle ausgerichtet, wobei die Rollen von DVD-Laufwerken,
MPEG-Decodierern, -codierern und DVD-RAM-Codierern für das (erneute)
Codieren in der Heimumgebung unterschieden werden. In seiner einfachsten
Form überprüft der Spieler
oder das Laufwerk den Copyright-Zustand des Inhalts und weigert
sich Inhalt abzuspielen, der auf nicht originalen Medien illegal
gefunden wird. Bei einer Ausführungsform
enthält
das Medium eine physikalische Marke, die zumindest Read-Only- (RO;
nur lesbare) und RAM-Platten unterscheidet. Eine wichtige Funktion
des Systems ist, ein Abspielen von Inhalt mit dem Zustand c aus
nicht originalen Medien zu verhindern. Eine erste Verbesserung ist,
zwischen der physikalischen Marke und dem Wasserzeichen des Inhalts,
wie in Dokument D4 beschrieben wird, kryptographisch einen Zusammenhang
herzustellen. Es ist kryptographisch nicht machbar, die physikalische Marke
aus dem Wasserzeicheninhalt zu berechnen. Diese physikalische Marke
ist auf der Platte eingebettet, aber kann extern vom Laufwerk nicht
gelesen oder zurückgewonnen
werden. Beim Mastering der RO-Platte wird der Bitinhalt der physikalischen
Marke aus Startwertinformation generiert, die von dem Inhaltseigentümer verschafft
wird (und nur diesem bekannt ist). Physikalische Markierungen, die
für RO und
RAM reserviert sind, können
voneinander unterschieden werden. Für einen Gelegenheitskopierer
ist es unmöglich,
die physikalische Marke von RO-Inhalt auf einer beschreibbaren Platte
einzubringen, selbst wenn es ihm gelingt, den Bitinhalt der physikalischen Markierung
herauszufinden. Man sollte auch sehen, dass Raubkopieren in kleinem
Umfang unter Verwendung einer Presseinrichtung für nur lesbare Platten versucht
werden wird. Dies ist bereits ein allgemein verwendetes Verfahren
für Groß- und Kleinpiraterie
mit Audio-CDs und CD-ROMs.Es wird wirtschaftlich interessant, auf
einer (silbernen) CD-ROM zu veröffentlichen
statt auf einer (goldenen) CD-Recordable, wenn die Größe des Auftrags
oberhalb einiger hundert Platten liegt. Dies zeigt, dass Kleinpiraterie
mittels RO bereits bei kleinen Mengen interessant ist. Auf gleichartige
Angriffe mit nur lesbarer DVD wird nicht adäquat reagiert, wenn der Detektor in
Spielern von Verbrauchern nur auf beschreibbare und nur lesbare
Medien prüft,
ohne die Beziehung zwischen der Herkunft des nur lesbaren Mediums und
seines Inhalts zu überprüfen. Für einen „kleinen" Raubkopierer, der
ein Publishing House beauftragen will, eine gewisse Menge von Platten
zu pressen, ist es technisch schwierig, den Bitwert der physikalischen
Markierung zu finden. Darüber
hinaus würde er
das Publishing House mit dem Startwert versehen müssen, statt
der physikalischen Markierung selbst. Es ist kryptographisch nicht
machbar, den Startwert aus der physikalischen Marke zu berechnen. RO-Platten,
die mit einer echten physikalischen Marke produziert worden sind,
werden keinen Inhalt mit einem speziellen Wasserzeichen abspielen,
das eine besondere Bitkombination der physikalischen Marke benötigt.
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2 zeigt
ein Merkmal zum einmaligen Kopieren. Der Aufzeichnungsträger 21 enthält Videoinhalt 22,
der mit Wasserzeichen versehen ist, aber auch ein gesondertes Steuersignal,
z.B. ein Kopierkontrollticket oder Kopierkontrolltickets T, wie
z.B. ein Abspielticket 25, das ein Zustandstoken „nur abspielen" 25 aufweist,
und/oder ein Kopierticket 26, das drei aufeinander folgende
Tokens zum Nur-Abspielen 27, Aufzeichnen 28 und
Kopie-Abspielen 29 aufweist. Ein Kopieinhalt ist mit Wasserzeichen
versehen, sodass er als im Zustand a oder b befindlich detektiert
werden kann. Ein Recorder oder ein Spieler, der ein solches Wasserzeichen
detektiert, nimmt an, dass der Inhalt sich im Zustand b (keine weitere
Kopie) befindet, wenn nicht in Form des kryptographischen Tickets
T eine explizite Berechtigung zum Aufzeichnen oder Abspielen verliehen
wird. Dieses Ticket kann auf einer legal kopierbaren Platte gespeichert
sein oder während
des Sendens enthalten sein. Im Wesentlichen erfolgt Abspielen und
Aufzeichnen von Material mit Wasserzeichen nur, wenn das geeignete
Berechtigungsticket vorliegt. Für „Niemals
kopieren" -Inhalt
ist das Abspielticket als physikalische Marke auf der Platte vorhanden.
Für die
Abspielsteuerung wird es durch ein Laufwerk effektuiert, wobei die
Abspielregeln jetzt die folgenden sind. Abspielen von Inhalt ist
erlaubt, wenn eine der folgenden Situationen gilt:
- • Der
Inhalt hat ein Wasserzeichen im Zustand C und die physikalische
Marke stimmt mit dem Wasserzeichen in dem Inhalt überein
- • Der
Inhalt hat ein Wasserzeichen im Zustand a/b und die Berechtigungsmarke
stimmt mit dem Wasserzeichen im Inhalt überein.
- • Der
Inhalt hat kein Wasserzeichen, d.h. Zustand d (frei kopieren).
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3 zeigt
die Funktion des Tickets zum einmaligen Kopieren. Ein Aufzeichnungsträger 31 wird vom
Laufwerk 32 abgespielt, der auch das Ticket T zurückgeholt hat
und ein Token entfernt, wie durch die Abschneidehandlung 37 veranschaulicht
wird. Das Laufwerk muss ein „abgeschnittenes" Kopierticket 33 zu
seinem Ausgang weiterleiten, optional hinter einem MPEG-Decodierer 33.
Das Ticket 38 muss einem Recorder 35 erlauben,
den Inhalt (optional hinter einem Codierer 34) zu kopieren,
und einem nächsten
Spieler, den kopierten Inhalt abzuspielen. Nach diesen Handlungen
sind keine weiteren Kopien möglich.
Das Ticket ändert
seinen Zustand während jedes
Durchlaufs auf einer Abspiel- und
Aufzeichnungseinrichtung. Solche Zustandsmodifikationen sind kryptographisch
irreversibel und verringern die verbleibenden Kopier- und Abspielrechte,
die durch das Ticket gewährt
werden. Das Ticket wird während jedes
Abspiel- oder Aufzeichnungsdurchgangs abgeschnitten (kryptographisch
modifiziert). Das System erlaubt dem Gelegenheitsverbraucher, aus
dem Original eine beliebige Anzahl Kopien erster Erzeugung zu erstellen.
Jede nachfolgende Kopie wird erkannt, sodass zusätzliche Serien Kopien nicht
erlaubt würden.
In diesem Fall würde
das Aufzeichnungslaufwerksystem den „Einmal kopieren"-Zustand detektieren
und den ersten Zustand modifizieren oder einen zusätzlichen
Zustand auf dem beschreibbaren Medium aufzeichnen, um anzuzeigen,
dass der Inhalt jetzt kopiergeschützt ist (d.h. „keine
weitere Kopie"). Nachfolgende
Detektion durch die obigen Steuersysteme würde ein Aufzeichnen verhindern
und Abspielen zulassen.
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4 zeigt
die Erzeugung einer gültigen
Kopie auf einem beschreibbaren Träger. Ein originaler Aufzeichnungsträger, der
Video oder Audio enthält, wird
in einem Abspielsystem 41 abgespielt. Ein beschreibbares
Medium 43, wie eine optische Platte 44 oder ein
Band 45, wird im Aufzeichnungslaufwerksystem 42 beschrieben.
Das Aufzeichnungslaufwerksystem 42 zeichnet nur auf, wenn
der „Einmal
kopieren"-Zustand
detektiert ist und auch dann wird der Zustand auf dem beschreibbaren
Medium in „keine weitere
Kopie" modifiziert.
Die Grundaufzeichnungssteuerung ist so entworfen, dass ein Gelegenheitsverbraucher
daran gehindert wird, Material mit „niemals kopieren" und „keine
weitere Kopie" auf
eine Aufzeichnungseinrichtung zu kopieren. Die Aufzeichnungseinrichtung
würde das
Wasserzeichen detektieren und eine Kopie des Inhalts verhindern,
wenn der Zustand „niemals
kopieren" oder „keine
weitere Kopie" detektiert
wird. Der modifizierte Zustand wird auf dem beschreibbaren Träger als
neues Ticket T weitergeleitet. Das Ticket enthält mehrfache Berechtigungstokens.
Bei jedem Abspiel- und Aufzeichnungsschritt wird ein Token entfernt.
Das Ticket T trägt
die Information darüber,
wie viele Erzeugungen von Kopien noch zugelassen sind. Es zeigt
die Anzahl von aufeinander folgenden Abspielungen und Aufzeichnungen
an, die möglich
sind. Für
ein „Nicht kopieren"-Signal spezifiziert
T, dass nur Abspielen zugelassen ist. Ein „Einmal kopieren"-Signal auf einer
professionell hergestellten Platte trägt ein Ticket für drei Durchläufe: Abspielen,
Aufzeichnen, gefolgt von einem weiteren Abspielen. Bei einem Übergang von
einem Spieler zu einem Recorder trägt ein solches Signal ein Ticket
für zwei
Durchgänge.
Da das Ticket T mit dem Wasserzeichen W zusammenhängt, kann
ein Ticket für
einen bestimmten Titel nicht missbraucht werden, um einen anderen
Titel aufzuzeichnen. Das Ticket wirkt wie ein kryptographischer
Zähler,
der herabzählen,
aber nicht heraufzählen
kann. Der Zählwert
nimmt ab, indem die Bits über
eine kryptographische Einwegfunktion eingegeben werden. Dies bedeutet,
dass während
jedes Aufzeichnungs- oder Abspielvorgangs das Ticket T in dem Strom
durch T' = F(T)
ersetzt wird, wobei F eine öffentlich
bekannte kryptographische Einwegfunktion ist. Weder der Spieler
noch der Recorder leiten T transparent weiter. Das System beruht
nicht auf einem globalen Geheimnis. Unter kryptographischem Gesichtspunkt
ist es nicht notwendig, dass F gegenüber möglichen Angreifern geheimgehalten
wird.
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Eine
Abspieleinrichtung prüft
immer die physikalische Marke P auf der Platte. Wenn die Einrichtung
Video abspielt, leitet sie immer das Kopierkontrollticket durch
die Einwegfunktion weiter. Abspielen wird nur erfolgen, wenn eine
der folgenden Bedingungen erfüllt
ist:
- – Die
Platte enthält
eine physikalische Marke P, die für professionellen Inhalt reserviert
ist. Der Inhalt auf der Platte enthält ein Wasserzeichen W. Der
Spieler prüft
weiterhin das Berechtigungsticket. Abspielen erfolgt, wenn eine
der folgenden Bedingungen erfüllt
ist:
niemals
kopieren | Die
Beziehung W = F(P) ist erfüllt. |
einmal
kopieren | T
ist vorhanden und gleich F(P).
Die Beziehung W = F(F(F(T)))
ist erfüllt |
nicht
mehr kopieren | Die
Beziehung W = F(P) ist erfüllt. |
- – Die
Platte enthält
eine physikalische Marke P, die für beschreibbare Medien reserviert
ist. Der Inhalt enthält
ein gültiges
Wasserzeichen W, das für professionelles
Aufzeichnen verwendet wird. Das auf Gültigkeit überprüfte T für einmaliges Kopieren ist vorhanden
und W = F(T). Alternativ wird der Inhalt als Heimaufzeichnung einer
persönlichen
Kreation eines Benutzers identifiziert (z.B. durch Überprüfung des
Wasserzeichens).
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Der
Recorder leitet das Kopierkontrollticket immer durch die Einwegfunktion
weiter, bevor er es zur Platte überträgt. Aufzeichnen
von Inhalt mit Copyright ist nur zugelassen, wenn das Wasserzeichen
in dem Strom mit W = F(F(T)) übereinstimmt.
Wenn es einem Angreifer gelingt, seinen Recorder zu modifizieren
und Audio aufzuzeichnen, selbst wenn das entsprechende T nicht vorhanden
ist, wird ein normaler Spieler sich weigern, die Platte abzuspielen.
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Durch
anfängliches
Generieren eines Startwertes U wird ein professioneller Titel produziert.
Aus diesem Startwert werden die folgenden Variablen berechnet: P
= G(U) und T = (F(F(U))), was wir als F2(U) bezeichnen.
Für eine
Platte, die es dem Kunden erlaubt, n Mal zu kopieren, wird ein Wasserzeichen
W als W = F2n+1(T) erzeugt.
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Die
Einwegfunktion G und die Variable P können so spezifiziert werden,
dass P auch ein Kennzeichen für
den Verleger oder eine Seriennummer für die Mastering-Maschine enthält. Wenn
ein Raubkopierverleger versucht, eine spezielle P zu schreiben, um
eine bitgenaue Kopie einer mit Copyright versehenen Platte zu machen,
muss dieser Raubkopierer mit seiner DVD-Presse einbrechen.
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In
dem oben genannten Szenario wird angenommen, dass Wasserzeichen
bei dem Laufwerk und innerhalb des Recorders detektiert werden.
Jedoch Wasserzeichen im Pixelbereich sind für eine Detektion mit Hilfe
der meisten gewöhnlichen
digitalen Einrichtungen in der Kette nicht geeignet, wenn die Komplexität des Detektors
unterhalb einiger tausend Gatter bleiben soll. Laufwerke und DVD-RAM-Recorder
sind als einfache Speichereinrichtungen ohne jede „Intelligenz", um Daten zu interpretieren,
entworfen worden. Die Detektion von Wasserzeichen würde bedeuten,
dass solche Einrichtungen multiplexen müssen und MPEG-Ströme interpretieren,
zumindest bis zu der Tiefe von Lauflängen/Huffman-Decodierung von
DCT-Koeffizienten. Andererseits erscheint es kritisch für die Stärke des Kopierkontrollsystems,
dass Abspiel- und Aufzeichnungssteuerung innerhalb des Laufwerks
effektuiert wird und innerhalb des Recorders, statt „irgendwo" auf halbem Wege
der Kette. Diese Anforderungen (Einfachheit und effektive Lokalisierung
der Abspiel/Aufzeichnungssteuerung) können bei Wasserzeichen im Pixelbereich
nicht gleichzeitig erfüllt
werden, aber durch Einführen
von MPEG-„PTY"-Marken, wie im Dokument
D1 beschrieben, ist dies möglich. Innerhalb
des MPEG-Standards wird der Parameter „Bildtyp" ("picture
type") als PTY abgekürzt, wir übernehmen
die Bezeichnung PTY-Markierung für
eingebettete Signalisierung, die auf absichtlicher Modifikation
der PTY-Sequenz in einem Videostrom beruht. Der Nachteil von PTY-Marken
ist ihre Unfähigkeit, analoge Übersendung
zu überstehen.
Wie in 3 gezeigt wird, kann das Kopieren durch Decodieren des
MPEG-Signals und Codieren der Videokette vor dem Aufzeichnen erfolgen.
So kann das System die Eigenschaften mehrerer Techniken nutzen (Wasserzeichen
im Pixelbereich, MPEG-PTY-Marken und physikalische Marken und Berechtigungsticket).
Eine Ausfüh rungsform
des Systemkonzeptes kombiniert verschiedene Watermarking-Verfahren. Über die
gesamte Kette der Inhaltsübersendung
sind Wasserzeichen im Pixelbereich vorhanden, aber diese sind nur in
MPEG-Decodierern und -Codierern wirksam detektierbar. Das Wasserzeichen
im Pixelbereich spielt die Rolle eines nichttrennbaren Trägers von
Copyright-Attributen.
Die wichtigste Eigenschaft des Wasserzeichens im Pixelbereich ist,
dass es nicht nur analoge Übersendung übersteht,
sondern auch viele digitale Manipulationen.
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Natürlich hängt die
Zuverlässigkeit
dieses Konzepts davon ab, ob die Detektion von beschreibbaren Medien
irregeführt
werden kann. Ein Verfahren ist, unechte Signale in die Detektionsschaltung
einzubringen, die zwischen beschreibbaren und nur lesbaren Medien
unterscheiden. Daher muss die Detektion möglichst am Ende, d.h. nahe
bei der Rückgewinnung
der Signale aus dem Aufzeichnungsträger ausgeführt werden, insbesondere im
Laufwerk. Dies bedeutet, dass auch die Wasserzeichenüberprüfung „am Ende" erfolgen muss. Die
Erfinder haben jedoch erkannt, dass Laufwerke ohne Überprüfung von Wasserzeichen
abspielen können,
wenn das Wasserzeichen gesondert detektiert wird. Vorzugsweise wird
die Wasserzeicheninformation über
eine sichere Verbindung (vertraulich gegen Abhören, plus Authentifikation
und Integrität)
zu einem gefügigen MPEG-Decodierer übersendet.
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5 zeigt
ein System mit einer gesonderten Wasserzeichendetektion. Ein Aufzeichnungsträger 51,
der eine physikalische Marke P und mit einem Wasserzeichen W markierten
Videoinhalt enthält, wird
in einem Laufwerk 52 abgespielt. Das Laufwerk hat Informationslesemittel 53,
z.B. einen optischen Lesekopf, Kanaldecodierer und einen Fehlerkorrigierer
einer bekannten Art, wie z.B. für
CD oder DVD. Das Lesemittel umfasst auch eine Steuerungseinheit,
die die Funktion hat, die physikalische Marke P zu detektieren und
einen Steuerungsschalter 54 zu steuern, der den Ausgang
in Abhängigkeit
von der Copyright-Information blockiert. Alternativ oder zusätzlich kann
in der Decodierereinheit ein Blockierschalter oder ein ähnliches
Ausgangsfreigabemittel liegen, wobei das Ausgangsfreigabemittel
durch die Steuerungseinheit in dem Laufwerk über eine Vorwärtsverbindung
steuerbar ist. Das Laufwerk von 5 kann deutlichen
Inhalt über
die Verbindung 55 an einen gefügigen MPEG-Decodierer 57 weiterleiten,
weil die Wasserzeichendetektion in dem externen MPEG-Decodierer 57 erfolgt.
Die Information über
das Vorhandensein eines Wasserzeichens und eventuell der von dem
Wasserzeichen getragenen Zusatzinformation wird zurück zu dem
Laufwerk über eine
Verbindung 56 übertragen.
Bei einer Ausführungsform
signiert das Laufwerk 52 den Inhalt elektronisch und der
gefügige
MPEG-Decodierer 57 sendet ein Wasserzeichen mit geeigneten
Signaturen zurück.
Das Laufwerk prüft
dann, ob das Ticket für
Inhalt mit diesem Wasserzeichen gültig ist. Wenn der Recorder
und der Spieler das Abspielkonzept innerhalb einer PTY-Marke akzeptieren,
eröffnet
dies mehrere Möglichkeiten
für Angriffe.
Ein Hacker kann versuchen, Videoinhalt zu kopieren, indem er ihn
in unkomprimierter Form einem MPEG-Codierer anbietet, der nicht
auf Wasserzeichen im Pixelbereich überprüft. Dieser Strom wird dann
Recordern und Laufwerken angeboten, die den Inhalt weiterleiten
würden.
Effektive Kopierkontrolle muss daher Aufzeichnen oder Abspielen
von Inhalt, dass keine PTY-Marke enthält, verhindern, falls nicht
das Laufwerk ein Wasserzeichen im Pixelbereich mit einer physikalischen
Marke oder einem Ticket auf der Platte vergleichen kann. Unter dem
Gesichtspunkt der Komplexibilität
kann der Wasserzeichendetektor am besten in dem MPEG-Decodiererchip
oder zumindest auf der Decodiererkarte enthalten sein, für die Lage
des Pixelbereichdetektors kann man an zwei Optionen denken.
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Es
sollte vorweggenommen werden, dass typische Aufzeichnungslaufwerksysteme
nur Bits und Bytes empfangen, ohne Nebeninformation über den Inhalt.
Recorder können
markierten Inhalt akzeptieren, z.B. PTY-markierten, wenn geeignete
Tickets vorgelegt werden. Recorder können Inhalt nur aufzeichnen,
ohne Wasserzeichen zu überprüfen, wenn er über eine
(sichere) Verbindung von einem gefügigen MPEG-Codierer empfangen
worden ist. Recorder können
Inhalt akzeptieren, ohne das Wasserzeichen selbst zu detektieren,
wenn der Inhalt plus eine Klartextversion der Wasserzeichenbits
von einer gefügigen
und autorisierten Einrichtung (z.B. einem MPEG-Codierer) signiert
worden sind.
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Gemäß der Erfindung
erfolgt die Detektion des Wasserzeichens außerhalb des Laufwerks und in
einem gefügigen
Decodierer, z.B. einem MPEG-Decodierer. Bei einer Ausführungsform
werden zusätzliche
Sicherheitsmaßnahmen
ergriffen, um den Kopierschutz weiter zu verbessern, während Abspielsteuerung
noch immer im Laufwerk effektuiert wird. Das sichere System ist
gegen zwei Angriffe geschützt:
- • Der
Angreifer kann den aus dem Laufwerk kommenden MPEG-Strom durch einen
anderen Strom ersetzen, der einen Freikopierstatus aufweist. Der
MPEG-Decodierer
wird kein Wasserzeichen detektieren und dies dem Laufwerk mitteilen.
- • Der
Angreifer kann die Nachricht vom MPEG-Codierer abfangen und sie
durch eine Nachricht ersetzen, dass das MPEG nicht mit Wasserzeichen
versehen ist (frei kopieren).
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Der
MPEG-Decodierer oder eine physikalisch zu dem MPEG-Decodierer gehörende kleine Einheit
(Software oder Hardware), z.B. ein Chip auf der Decodiererkarte,
führt die
Wasserzeichendetektion aus. In dem MPEG-Codierer sind beträchtliche
Signalverarbeitungsmöglichkeiten
verfügbar,
sodass das Hinzufügen
eines Wasserzeichendetektors die Gesamtkomplexität des Decodierers gewöhnlich nicht übermäßig belastet.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
des in 5 gezeigten Systems ist kein Schutz der Verbindung
durch Kryptographie garantiert. Wenn die Laufwerkeinheit Teil eines
PC-Systems ist, kann ein Angreifer seinen Kunden Softwarealgorithmen
verschaffen, die Signale, die über
den PC-Bus fließen, modifizieren,
aber Kunden könnten
solche eingreifende Software weniger gern akzeptieren. Darüber hinaus
können
diese Algorithmen nicht in DVD-Spieler der Verbraucherelektronik
(Nicht-PC) eingebaut werden. Somit ist der Wert solcher Kopien wesentlich verringert
und die erste Ausführungsform
wird noch immer einen akzeptablen Kopierschutz bieten.
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6 zeigt
ein System mit gesonderter Wasserzeichendetektion und einer sicheren
Verbindung. Die sichere Verbindung umfasst einen sicheren Pfad 63 in
Vorwärtsrichtung
und einen sicheren Pfad 64 in Rückwärtsrichtung. Wie in 5 wird
der Aufzeichnungsträger 51 in
einem Laufwerk 52 abgespielt. Das Laufwerk hat Informationslesemittel 53,
die die Steuerungseinheit umfassen, um den Steuerungsschalter 54 zu
steuern. Der Ausgang ist über
einen sicheren Pfad 63 in Vorwärtsrichtung mit einem gefügigen MPEG-Decodierer 57 gekoppelt.
Das Laufwerk 52 umfasst eine Verschlüsselungseinheit 61,
um das Ausgangssignal aus dem Laufwerk mit Hilfe eines Kryptoschlüssels 62 zu
verschlüsseln,
und das verschlüsselte
Ausgangssignal wird über
den sicheren Pfad 63 in Vorwärtsrichtung mit einer Entschlüsselungseinheit 66 in
dem Decodierer 57 gekoppelt. Der entschlüsselte Ausgang
wird zum MPEG-Decodierer 68 weitergeleitet, der über den
Videoausgang mit einem Monitor 58 gekoppelt ist. Mit dem
MPEG-Decodierer 68 ist ein Wasserzeichendetektor 69 gekoppelt und
eine detektierte Wasserzeicheninformation wird in einer zweiten
Verschlüsselungseinheit 67 verschlüsselt und
zurück über den
sicheren Pfad 64 zur Laufwerkeinheit 52 übersendet
und in der Entschlüsselungseinheit 60 entschlüsselt, welche
die Wasserzeicheninformation zur Steuerungseinheit in der Leseeinheit 53 weiterleitet.
In dieser zweiten Ausführungsform
ist die Verbindung zwischen Laufwerk- und MPEG-Decodierer durch
Verschlüsselung
sicher gemacht worden. Dies bedeutet, dass das Laufwerk und der
MPEG-Decodierer ein gemeinsames Geheimnis teilen müssen. Dieses
Geheimnis kann sich zeitlich ändern,
wenn die zwei Einrichtungen einen Mechanismus zum Erzeugen eines
Sessionschlüssels
aufweisen. Diese Lösung
beruht auf der Vertraulichkeit der Daten. In ihrer Basisform schützt sie
nicht gegen genaues Bitkopieren des Datenflusses von einem Laufwerk
zum Decodierer.
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Bei
einer dritten Ausführungsform
durchlaufen die Laufwerkeinheit und der Decodierer erst einen Authentifikationsprozess.
Beispielsweise könnte ein
vorhandenes Verschlüsselungssystem
wie das Content Scrambling System (CSS) der DVD zum Authentifizieren
verwendet werden. Auch das CSS-Schema kann modifiziert werden, um
die Verschlüsselungs-
und Entschlüsselungsfunktionalität auf dem
gesamten MPEG-Strom zu erreichen.
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Bei
einer vierten Ausführungsform
ist der MPEG-Strom, der eine hohe Bitrate erfordert, selbst nicht
verschlüsselt,
aber das Laufwerk zerhackt, addiert eine Zufallszahl und signiert
den MPEG-Strom unter Verwendung wohl bekannter kryptographischer Algorithmen
wie RSA oder DAS. Der MPEG-Decodierer verifiziert dann die Signatur,
detektiert das Wasserzeichen und schickt eine Nachricht zurück zum Laufwerk.
Diese Nachricht enthält
die zurückgewonnenen
Wasserzeichenbits, die mit der Zufallszahl verkettet sind und die
Signatur, so wie sie von dem Laufwerk angebracht worden ist, und
der MPEG-Decodierer
signiert diese Nachricht erneut. Die Zufallszahl verhindert Wiederabspielangriffe,
aber ist nicht absolut notwendig. Alternativ kann die Rücknachricht verschlüsselt werden,
weil für
diese Nachricht eine niedrige Bitrate ausreichend ist.
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Die
obigen Lösungen
haben den Nachteil, dass dem Laufwerk und der MPEG-Decodiereinrichtung
kryptographische Geheimnisse bekannt sein müssen. Darüber hinaus ist eine Verschlüsselung des
gesamten MPEG-Stroms nicht günstig.
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Bei
einer fünften
Ausführungsform
liegt die Belastung durch die Überprüfung von
Hash-Werten nicht bei dem Laufwerk oder dem Decodierer, sondern
statt dessen wird letztere von dem MPEG-Codierer ausgeführt. Der
gefügige
MPEG-Codierer berechnet bereits eine Menge von Werten im Voraus, die
er an den Recorder und das Laufwerk liefert.
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Das
Laufwerk selektiert aus diesen Werten einen und verwendet diese
Wahl, um den MPEG-Decodierer herauszufordern. Es bittet den Decodierer um
Ausführung
der Wasserzeichenüberprüfung und Ausführung einer
speziellen Hash-Operation und kryptographische Signierung der resultierenden
Zahlen. Dieses Ergebnis wird vom Laufwerk überprüft. Beispielsweise berechnet
der MPEG-Decodierer im Voraus mehrere Hash-Werte über den
MPEG-inhalt. Die Hash-Werte werden je in einer leicht unterschiedlichen
Weise berechnet, beispielsweise durch Verkettung einer speziellen
zuvor bestimmten Kette mi mit dem Inhalt.
Somit gilt für
verschiedene i (i = 1, 2, ... N)
berechne hi =
Hash[MPEG-Strom | mi]
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MPEG-Inhalt
plus die Menge von Hash-Werten werden in verschlüsselter Form auf der Platte
gespeichert.
speichere ci = Verschlüsseln [Codiererschlüssel | hi]
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Das
Laufwerk nimmt ein zufälliges
i, d.h. es wählt
eine der Hash-Funktionen und deren Werte aus. Das Laufwerk leitet
den MPEG, aber nicht den Hash-Wert zum MPEG-Decodierer weiter. Das Laufwerk informiert
den MPEG-Decodierer darüber,
welcher Hash-Wert
(welches i) zu berechnen ist. Der MPEG-Decodierer schickt das Wasserzeichen
W zusammen mit dem geeigneten Hash-Wert hi zurück und signiert
diese Nachricht.
speichere si = Verschlüsseln [Decodiererschlüssel | hi]
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Das
Laufwerk vergleicht dann decodierte Versionen von si mit
ci. Wenn die Codierer- und Decodiererschlüssel identisch
sind, kann das Laufwerk in einfacher Weise überprüfen, ob si =
ci.
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Bei
einer sechsten Ausführungsform
umfasst die Laufwerkeinheit Mittel zum Detektieren des Vorhandenseins
von Inhaltsinformation auf einem Aufzeichnungsträger, z.B. durch Detektieren
der Struktur eines MPEG-codierten Videosignals. Sobald der Inhalt
detektiert worden ist, wird ein Kommunikationsprotokoll mit dem
MPEG-Decodierer zum Austauschen von Wasserzeicheninformation wie
oben beschrieben gestartet. Anderer Inhalt, wie z.B. Computerprogramme,
kann aus dem Aufzeichnungsträger ohne
Abspielsteuerung gelesen werden. Alternativ wird aller Inhalt, der
aus dem Aufzeichnungsträger gelesen
worden ist, zu oder über
den MPEG-Decodierer geleitet und der MPEG-Decodierer startet das Protokoll
nur, wenn ein MPEG-Signal detektiert worden ist.
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Wenngleich
die Ausführungsform
durch ein Ausführungsbeispiel
erläutert
worden ist, bei dem eine Platte als Aufzeichnungsmedium genutzt
wird, wird deutlich sein, dass andere Systeme zum Übermitteln
von Information bei der Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise
können
das codierte Signal und das Steuersignal über ein Datennetz wie das Internet übertragen
werden.
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Obwohl
die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen geschrieben worden
ist, versteht sich, dass dies keine einschränkenden Beispiele sind. Somit
können
verschiedene Abwandlungen für
den Fachkundigen deutlich werden, ohne den Rahmen der Erfindung,
wie in den Ansprüchen
definiert, zu verlassen. Beispielsweise könnte das codierte Signal auf
einer nur lesbaren Platte oder einem Band verteilt werden, während das
Steuersignal gesondert verteilt werden kann. Unbegrenzter Gebrauch
des Steuersignals kann durch Verschlüsselung des Steuersignals durch
einen nur der Bestimmung bekannten Schlüssel verhindert werden, z.B. durch
einen Schlüssel
der in spezielle Wiedergabeeinheiten eingebaut ist oder einen öffentlichen Schlüssel, der
von der Bestimmung unter Verwendung eines Systems mit öffentlichen
Schlüsseln
geliefert wird (beispielsweise RSA). Auch das codierte Signal und/oder
das Steuersignal können
zusätzlich durch
Verwürfelungs-
oder Verschlüsselungsverfahren
geschützt
werden oder können
zusätzlich
mit einer digitalen Signatur versehen werden. Darüber hinaus
liegt die Erfindung in jedem und in jedem neuartigen Merkmal oder
in der Kombination von Merkmalen, einschließlich denen in den genannten
eingeschlossenen oder verwandten Dokumenten.
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Liste
verwandter Dokumente
- (D1) WO 97/13248-A1 (PHN
15391) Watermarking encoded signals.
- (D2) EP-0545472 (PHN 13922) Closed information system with physical
copy protection
- (D3) WO IB98/00040 (PHN 16209) Watermarking of Bitstream- or
DSD-signals (A.A.M. Bruekers et al.)
- (D4) WO IB98/00085 (PHN 16210) Copy protection method for storage
media
- (D5) WO IB98/00087 (PHN 16372) Copy control with copy n-times
feature
-
3
- 32
- Laufwerk
- 33
- MPEG-Decodieren
- 34
- MPEG-Codieren
- 35
- Recorder