EP1472692A1 - System und verfahren zur kopier- und nutzungsgeschützten ver- und entschlüsselung, übertragung und speicherung elektronischer ton- und bildmedien - Google Patents

System und verfahren zur kopier- und nutzungsgeschützten ver- und entschlüsselung, übertragung und speicherung elektronischer ton- und bildmedien

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EP1472692A1
EP1472692A1 EP02806311A EP02806311A EP1472692A1 EP 1472692 A1 EP1472692 A1 EP 1472692A1 EP 02806311 A EP02806311 A EP 02806311A EP 02806311 A EP02806311 A EP 02806311A EP 1472692 A1 EP1472692 A1 EP 1472692A1
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EP
European Patent Office
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data
media
encrypted
key
melody
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02806311A
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English (en)
French (fr)
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Juergen K. Lang
Ursula Maria Bing
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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    • H04N2005/91328—Television signal processing therefor for scrambling ; for copy protection by adding a copy protection signal to the video signal the copy protection signal being a copy management signal, e.g. a copy generation management signal [CGMS]
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    • H04N5/91—Television signal processing therefor
    • H04N5/913—Television signal processing therefor for scrambling ; for copy protection
    • H04N2005/91357—Television signal processing therefor for scrambling ; for copy protection by modifying the video signal
    • H04N2005/91364—Television signal processing therefor for scrambling ; for copy protection by modifying the video signal the video signal being scrambled

Definitions

  • the invention relates to a system and method for copy and usage-protected encryption and decryption, transmission and storage of electronic audio and video media, the data contents of the electronic media being processed, modulated and encrypted in such a way that their complete reproduction or display is carried out in order to carry out cryptographic decryption processes in the case of recipients entitled to a certain scope of use, and that even within the framework of encryption, in the event that such cryptographic decryption processes are not carried out, the extent to which the quality of presentation and reproduction and the possible uses are reduced can be defined dynamically.
  • the purpose of the high quality is to use the digital data to complete the analogue audio signal as completely as possible to capture.
  • modulation i.e. the way in which analog audio signals are recorded digitally, are pulse code modulation (PCM), in which the amplitude of the audio signal is sampled at regular intervals in absolute values, or delta modulation, in which the amplitude changes in a certain period of time.
  • PCM pulse code modulation
  • delta modulation in which the amplitude changes in a certain period of time.
  • sampling rate plays a role, i.e. the temporal frequency with which the amplitude of a sound signal is measured (twice the highest measurable and reproducible sound frequency, e.g. 44.1 kHz), as well as the accuracy of the storage of the measured frequency value (rounding eg to 16 bit).
  • the purpose of the robustness of the data is to detect or improve digital errors that occur. This is achieved, among other things. through suitable introduction of additional information (so-called redundancies) and the temporal shifting and interleaving of the digital data stream in relation to the original analog audio signal, in order to distribute larger digital error points into several and possibly even smaller error points in the analog signal that is subsequently restored.
  • redundancies additional information
  • a popular method used in the CD system is, for example, error correction according to Reed-Solomon.
  • the purpose of the compactness of the data is to reduce the amount of data to be transferred or stored to a minimum.
  • compression processes a distinction is made between quality-reducing processes (irreversible compression) and those without loss of quality (reversible compression).
  • avoiding loss of quality or information is only possible with the reduction and thus loss of important additional information or redundancies, so that permanently strong compression methods are generally irreversible.
  • Target high quality compression processes like For example, the popular mpeg / mp3 method for compressing sound and image data is to reduce the amount of data to a far greater extent than the subjectively (barely) perceptible loss of quality.
  • the aim in the analog TV area is to enable full playback only by using a special decoder. Since in such a decoder there is usually a simple way of decrypting the video signal (analog phase shift), this procedure can basically also be considered under the generic term of encryption.
  • cryptographic encryption can in principle also be relevant for other applications, for example the electronic transmission of sound and image data.
  • data values that are relevant for the representation of the analog signal eg amplitudes or phase values
  • Symmetrical or asymmetrical processes or a combination of both (hybrid processes) are often used.
  • asymmetrical methods are alternatively used, in which the transmitter and receiver usually have an asymmetrical key pair consisting of a private and a public key. While the private key always remains with the owner, the public key can be freely distributed and exchanged.
  • the principle of asymmetric encryption is that data that is encrypted with a recipient's public key can only be decrypted with his private key. This means that digital data can be encrypted without sharing secrets.
  • the invention is based on the object of further developing existing systems and methods for modulating and encrypting electronic audio and video media and their data contents in such a way that they are processed, modulated and encrypted in such a way that their complete reproduction or display is carried out in order to carry out cryptographic decryption processes in the case of recipients who are authorized for a certain scope of use and that, within the scope of encryption, in the event that such cryptographic decryption processes are not carried out, the extent to which the display and reproduction quality and the possible uses are reduced can be defined dynamically.
  • the object is achieved in that the electronic sound and image data are dynamically divided into unencrypted media and user data, encrypted media and user data, key-containing crypto-melody data and key data, which, after transmission and secure decryption, enable the recipient to use them, in particular enable storage, display and playback in real time, and ensure it is cost-effective.
  • An advantageous embodiment of the method and a preferred embodiment of the system are distinguished by the fact that the scope of the encryption is variable, so that the ratio between the unencrypted or non-encrypted portion and the encrypted or encrypted portion of the sound and image data is chosen as desired can be.
  • the system and method are expediently characterized in that the crypto-melody data and / or the user data contain information about the use of the encrypted data for the intended use, that is to say the conditions under which the data can be decrypted.
  • the conditions under which the data can be decrypted contain information about the costs or the tariff class of the respective use with regard to the type of use and the duration of use.
  • conditions under which the data can be decrypted contain information about whether private or specific or indefinite commercial use is intended.
  • the conditions under which the data can be decrypted contain information about how often the audio and visual media can still be reproduced.
  • conditions under which the data can be decrypted contain information about whether and how often the audio and visual media can still be copied.
  • the conditions under which the data can be decrypted contain information about the genre or another classification of the content of the audio and visual media.
  • An advantageous embodiment of the method and a preferred embodiment of the system are distinguished by the fact that the author, creator, processor or distributor of the electronic audio and video media encrypts or encrypts the unencrypted output data in whole or in part in such a way that it proportionately relates to the unencrypted and split the encrypted media data.
  • the encryption or encryption of the electronic sound and image media is carried out by the author, creator, processor or distributor using a "melody" key which is contained in the crypto melody data in unencrypted or encrypted form is.
  • the "melody" key for partial or complete encryption or encryption of the electronic audio and video media which is contained in the crypto-melody data, is encrypted with a "media” key, which is in encrypted or unencrypted form is included in the key data.
  • the "melody" key for partial or complete encryption or encryption of the electronic audio and video media, which is contained in the crypto-melody data is valid for a certain period of time, which is shorter than the audio and image data.
  • the “media” key for decrypting the “melody” keys contained in the crypto melody data is contained in the key data in encrypted or unencrypted form.
  • the “media” key contained in the key data is itself encrypted. It is furthermore expedient that the encrypted “media” key contained in the key data for decrypting the “melody” key contained in the cryptomelody data is provided with a trustworthy digital signature.
  • the unencrypted user data contains information about the type and with which “main” and “media” keys the keys for partial or complete decryption or decryption of the electronic audio and video media are encrypted.
  • An advantageous embodiment of the method and a preferred embodiment of the system are distinguished by the fact that the cryptomelody contains, in chronological order, encrypted information which, after decryption, can be used to decrypt the encrypted media data.
  • the crypto melody is encrypted with the “media” key that was used for the encryption of the electronic sound and image media by the author, creator, processor or distributor and that is contained in the key data.
  • MP3 received special support from the "Napster" Internet exchange, which is partly on the verge of legality and partially outside of legality, apparently offered private exchanges between Internet users in general in a public setting and thus promoted the illegal distribution of music tracks to third parties.
  • M.sec meets this need by offering the following advantages:
  • the encrypted sound and image data can be provided with certain usage rights (e.g. number of reproductions and copying processes) and other additional information.
  • m.sec provides the following architecture:
  • the recipient has an individual, personalized chip card (the so-called “m.card”) which, as a cryptographic module, provides functionalities that cannot be manipulated by him. (Cf. "Cryptographic module for the recipient, m.card” in Fig. 1)
  • Corresponding playback and display devices e.g. personal computer, CD player, Walkman, TV etc.
  • the plug-in chip card m.card
  • FIG. 1 The three possible transmission paths, identified as A, B and C, are shown in FIG. 1:
  • transmission path A e.g. television, TV
  • transmission path B there is usually a remote transmission of audio and video media (e.g. as an Internet download) as dedicated, closed files.
  • Image media e.g. CDs or DVDs
  • Image media e.g. CDs or DVDs
  • the m.card serves as an instrument for encoding between the encryption of the publisher and the playback unit.
  • the encryption by the publisher is reversed within the m.card by decryption, the right to playback is checked and playback is initiated.
  • This conversion is usually associated with costs, e.g. can be tracked in the cryptographic module. In FIG. 1, this corresponds to the transmission path A in connection with the measure for the recipient, identified by the number 1), namely immediate playback.
  • the m.card serves as a conversion tool between the publisher's encryption and personal encryption
  • Encryption of the m.card This conversion is usually associated with costs that can be tracked, for example, in the cryptographic module. In FIG. 1, this corresponds to the transmission path B in connection with the measure at the recipient, identified by the number 2), namely the local storage of the Information.
  • the encryption is canceled by the publisher within the m.card by decryption, the right to create a local copy is checked, the encryption is carried out with the m.card's own key and the creation of a copy is initiated.
  • the m.card serves as a conversion key between the encryption of the publisher and the playback unit.
  • the encryption by the publisher is reversed within the m.card by decryption, the right to playback is checked and playback is initiated.
  • This conversion is usually associated with costs, e.g. can be tracked in the cryptographic module. In FIG. 1, this corresponds to the transmission path C in connection with the measure for the recipient, identified by the number 1), namely immediate playback. If the audio and video information is not in the decrypted state according to Number 2 temporarily stored in FIG. 1, the information about the first decryption of precisely defined sound and image data can be stored either in the cryptographic module itself or outside the cryptographic module, provided with a digital signature of the cryptographic module, for the repeated reproduction of the unencrypted data be deposited.
  • the content of audio and visual media (for a separate fee, for example) is activated as "re-publishable" and encrypted again with the m.card's own key, it can be passed on to third parties.
  • third parties can decrypt it (for example, for a fee), as is possible with sound and image data that come directly from publishers.
  • unencrypted user data (“data.plain”), which contains information on the title, artist, structure and indexing, genre, accompanying information and last but not least on the time sequence (“dock”) (a complete set of unencrypted user data can be over several
  • a “melody” key always refers to a frame. However, it is possible to use “melody” keys that are valid over several frames.
  • the key data is optional and can be omitted or replaced with filler data if the corresponding key does not have to be added to the media data.
  • the proportion between unencrypted and encrypted media data and user data can differ from frame to frame, as can the length of frames.
  • Key data and possibly also user data can be divided into several frames (especially with long keys and additional information). See Fig. 2.
  • the crypto melody is an essential security element that significantly increases the overall security of the transmitted data compared to conventional methods without requiring too much additional cryptographic computational effort.
  • the core of the crypto melody is a random number serving as a temporary "melody" key, the validity of which usually extends to one frame. This temporary key is used to decrypt the encrypted rarely media data and the encrypted user data possible.
  • This sound and image data is encrypted with the "melody” keys of the next circle or the surrounding shell.
  • These "melody” keys are randomly determined, frequently changing keys that are only valid for a certain amount of time (or “frame”). If one assumes that the "melody key is changed once per second, a total of approximately 40,000 to 100,000 media values (and possibly also user data) are encrypted with this key. This number results if, for example, the sampling rate of 44,100 samples per second, which is common for digital audio signals, is used.
  • the “melody” keys are in turn encrypted with the "media” key, which is shown in the next circle or the surrounding shell.
  • This "media key will be used by publishers e.g. provided by a certification body once a year.
  • the “media” key is used to encrypt each individual “melody key. Assuming 4000" melody “keys or” frames “changing every second and 100 to 250 published media per year, the total use of a" media “results - Key for approx. 400,000 to 1,000,000 encryption and decryption.
  • the “media” key is in turn encrypted with the "main key, which is shown in the outermost circle or the outer surrounding shell.
  • This" main “key is used for the lifetime of the cryptographic module m.card. Assuming 4,000 to 10,000 "media” keys are issued to publishers annually, this key would be used approximately 40,000 to 100,000 times over a ten-year period of validity.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)
  • Storage Device Security (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur kopier- und nutzungsgeschützten Ver- und Entschlüsselung, Übertragung und Speicherung elektronischer Ton- und Bildmedien, wobei die Dateninhalte der elektronischen Medien derart aufbereitet, moduliert und verschlüsselt sind, dass deren vollständige Wiedergabe oder Darstellung die Durchführung kryptografischer Entschlüsselungsprozesse bei dem in einem bestimmten Nutzungsumfang berechtigten Rezipienten erfordert und dass bereits im Rahmen der Verschlüsselung für den Fall der Nichtdurchführung derartiger kryptografischer Entschlüsselungsprozesse dynamisch definierbar ist, in welchem Umfang die Darstellungs- und Wiedergabequalität und die Nutzungsmöglichkeiten vermindert werden.Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die elektronischen Ton- und Bilddaten dynamisch aufgeteilt werden in unverschlüsselte Medien- und Nutzdaten, verschlüsselte Medien- und Nutzdaten, schlüsselbeinhaltende Kryptomelodiedaten und Schlüsseldaten, die nach einer Übertragung und einer gesicherten Entschlüsselung beim Rezipienten die nutzungsgemässe Verwendung, insbesondere die Speicherung, Darstellung und Wiedergabe in Echtzeit, ermöglichen und kosteneffizient gewährleisten.

Description

System und Verfahren zur kopier- und nutzungsgeschützten
Ver- und Entschlüsselung,
Übertragung und Speicherung elektronischer Ton- und Bildmedien
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur kopierund nutzungsgeschützten Ver- und Entschlüsselung, Über- tragung und Speicherung elektronischer Ton- und Bildmedien, wobei die Dateninhalte der elektronischen Medien derart aufbereitet, moduliert und verschlüsselt sind, dass deren vollständige Wiedergabe oder Darstellung die Durchführung kryptografischer Entschlüsselungsprozesse bei dem in einem bestimmten Nutzungsumfang berechtigten Rezipienten erfordert und dass bereits im Rahmen der Verschlüsselung für den Fall der Nichtdurchfuhrung derartiger kryptografischer Entschlüsselungsprozesse dynamisch definierbar ist, in welchem Umfang die Darstellungs- und Wie- dergabequalität und die Nutzungsmöglichkeiten vermindert werden.
Es ist bekannt, dass digitale elektronische Medien durch verschiedene Verfahren und Systeme zu verschiedenen Zwecken aufbereitet, moduliert und verschlüsselt werden. In der Audio- und Videotechnik finden derartige Prozesse in der Regel statt, um die die analogen Tonsignale repräsentierenden digitalen Daten besonders (1) hochwertig, (2) robust oder (3) kompakt zu gestalten oder (4) um die unberechtigte Wiedergabe zu stören.
1)
Mit der Hochwertigkeit wird der Zweck verfolgt, mit den digitalen Daten das analoge Tonsignal möglichst vollständig zu erfassen. Beliebte Beispiele für die Modulation, also die Art und Weise, wie analoge Tonsignale digital erfaßt werden, sind die Pulscodemodulation (PCM), bei der die Amplitude des Tonsignals in regelmäßigen Abständen in absoluten Werten abgetastet wird, oder die Deltamodulation, bei der die Amplitudenänderungen in einer bestimmten zeitlichen Periode erfasst werden. Bei der Digitalisierung analoger Signale spielt u.a. die sog. Abtastrate eine Rolle, also die zeitliche Frequenz, mit der die Amplitude eines Tonsignals gemessen wird (das Zweifache der höchsten messbaren und wiedergebbaren Tonfrequenz, z.B. 44,1 kHz), sowie die Genauigkeit der Speicherung des gemessenen Frequenzwerts (Rundung z.B. auf 16 bit).
2) Mit der Robustheit der Daten wird der Zweck verfolgt, auftretende digitale Fehler zu erkennen oder zu verbessern. Erreicht wird dies u.a. durch geeignete Einbringung von Zusatzinformationen (sog. Redundanzen) und die zeitliche Verschiebung und Verschachtelung des digitalen Daten- Stroms im Verhältnis zum ursprünglichen analogen Tonsignal, um größere digitale Fehlerstellen in mehrere und ggf. sogar behebbare kleinere Fehlerstellen im später wiederhergestellten analogen Signal zu verteilen. Ein populäres, im CD-System zum Einsatz kommendes Verfahren ist bei- spielsweise die Fehlerkorrektur nach Reed-Solomon.
3) •
Mit der Kompaktheit der Daten wird der Zweck verfolgt, die Menge der zu übertragenden oder zu speichernden Daten auf ein Minimum zu reduzieren. Bei sogenannten Kompres- sionsverfahren wird zwischen qualitätsvermindernden Verfahren (irreversible Kompression) und solchen ohne Qualitätsverlust (reversible Kompression) unterschieden. Allerdings ist eine Vermeidung von Qualitäts- oder Informationsverlusten nur unter Abbau und somit Verlust von wichtigen Zusatzinformationen oder Redundanzen möglich, so dass dauerhaft starke Kompressionsverfahren in der Regel irreversibel sind. Ziel hochwertiger Kompressionsverfahren wie beispielsweise dem beliebten mpeg/mp3-Verfahren zur Komprimierung von Ton- und Bilddaten ist es, die Datenmenge in einem weit stärkeren Umfang als den subjektiv (kaum) wahrnehmbaren Qualitätsverlust zu reduzieren.
4)
Mit der Störung der unberechtigten Wiedergabe wird insbesondere im analogen TV-Bereich das Ziel verfolgt, die vollständige Wiedergabe nur unter Einsatz eines speziellen Dekoders zu ermöglichen. Da in einem solchen Dekoder eine i.d.R. einfache Art der Entschlüsselung des Videosignals stattfindet (analoge Phasenverschiebung), läßt sich diese Vorgehensweise grundsätzlich auch unter dem Oberbegriff der Verschlüsselung betrachten. Insbesondere kryp- tografische Verschlüsselungen können grundsätzlich auch für anderen Anwendungsfälle, z.B. die elektronische Übertragung von Ton- und Bilddaten relevant sein. In jedem Fall werden Datenwerte, die für die Repräsentation des analogen Signals relevant sind (z.B. Amplituden oder Phasenwerte) z.B. beim Sender derart verschlüsselt, dass es nur einem berechtigten Empfänger gelingt, eine Entschlüsselung durchzuführen. Eingesetzt werden häufig symmetrische oder asymmetrische Verfahren oder eine Kombination aus beiden (hybride Verfahren). Bei symmetrischen Verfahren müssen Sender und Empfänger über denselben geheimen Schlüssel verfügen, der im Vorfeld aus Sicherheitsgründen auf einem anderen Übertragungsweg ausgetauscht werden muss. Zur Vermeidung des Austauschs des sensiblen symmetrischen Schlüssels werden alternativ asymmetrische Verfahren angewandt, bei denen i.d.R. Sender und Empfänger jeweils über ein asymmetrisches Schlüsselpaar, bestehend aus privatem und öffentlichem Schlüssel verfügen. Während der private Schlüssel stets beim Besitzer verbleibt, können die öffentlichen Schlüssel frei verteilt und ausgetauscht werden. Das Prinzip der asymmetrischen Verschlüsselung besteht nun darin, dass Daten, die mit dem öffentlichen Schlüssel eines Empfängers verschlüsselt werden, ausschließlich mit seinem privaten Schlüssel entschlüsselt werden können. Ohne Austausch von Geheimnissen kann damit die Verschlüsselung von digitalen Daten sichergestellt werden.
Das Problem bei allen bekannten Verfahren der Modulation, Fehlerkorrektur, Kompression und Verschlüsselung besteht nun darin, dass diese Verfahren den Zweck verfolgen, mit möglichst wenigen digitalen Daten analoge Signale zu repräsentieren, die nach der Dekodierung in die analoge Domäne als subjektiv hochwertig wahrgenommen werden. Aufgrund ihres Einsatzzwecks sind somit weder Modulation noch Fehlerkorrektur oder Kompression in der Lage, digitale Medien gegen die Erstellung von Raubkopien oder gegen unberechtigte Nutzung zu schützen. Auch die zusätzliche Verschlüsselung von Daten bewirkt nur einen teilweisen Schutz (z.B. im Rahmen der Datenübertragung), da nach der Entschlüsselung die digitalen Ton- und Bilddaten wieder unverschlüsselt vorliegen und beliebig berechtigt oder auch unberechtigt kopiert werden können. Insgesamt bleibt bei den bekannten Verfahren festzuhalten, dass sie lediglich dazu dienen, (analoge) Ton- und Bildsignale in der digitalen Domäne als Ton- und Bilddaten zu repräsentieren. Jede Art der darüber hinausgehenden Verschlüsselung ist nur temporär und wird rückgängig gemacht, noch bevor die Dekodierung, also die Rückverwandlung vom digitalen in den analo- gen Bereich stattfindet.
Quintessenz trotz aller Sicherungsverfahren und Sicherheitsmechanismen, wie sie beispielsweise auch zum Schutz von modernen DVD-Medien eingesetzt werden, ist somit, dass digitale Ton- und Bilddaten unverschlüsselt und folglich nicht vor der Erstellung unberechtigter Kopien und vor unberechtigter Nutzung geschützt vorliegen, sobald sie den mehr oder weniger abgeschotteten Bereich von Abspiel- und Bearbeitungsgerätschaften verlassen. Insbesondere vor dem Hindergrund offener Datenübertragungen im Internet ist dies ein erheblicher Mangel. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorhandene Systeme und Verfahren zur Modulation und Verschlüsselung von von elektronischen Ton- und Bildmedien und deren Dateninhalte so weiterzuentwickeln, dass diese derart aufbe- reitet, moduliert und verschlüsselt sind, dass deren vollständige Wiedergabe oder Darstellung die Durchführung kryptografischer Entschlüsselungsprozesse bei dem in einem bestimmten Nutzungsumfang berechtigten Rezipienten erfordert und dass bereits im Rahmen der Verschlüsselung für den Fall der Nichtdurchfuhrung derartiger kryptografischer Entschlüsselungsprozesse dynamisch definierbar ist, in welchem Umfang die Darstellungs- und Wiedergabequalität und die Nutzungsmöglichkeiten vermindert werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die elektronischen Ton- und Bilddaten dynamisch aufgeteilt werden in unverschlüsselte Medien- und Nutzdaten, verschlüsselte Medien- und Nutzdaten, schlüsselbeinhaltende Kryptomelodiedaten und Schlüsseldaten, die nach einer Übertragung und einer gesicherten Entschlüsselung beim Rezipienten die nutzungsgemäße Verwendung, insbesondere die Speicherung, Darstellung und Wiedergabe in Echtzeit, ermöglichen und kosteneffizient gewährleisten.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens und eine bevorzugte Ausgestaltung des Systems zeichnen sich da- durch aus, dass der Umfang der Verschlüsselung variabel ist, so dass das Verhältnis zwischen unverschlüsseltem bzw. nicht chiffriertem Anteil und verschlüsseltem bzw. chiffriertem Anteil der Ton- und Bilddaten beliebig gewählt werden kann.
Dabei ist zweckmäßig, dass eine solche anteilmäßige Aufteilung von verschlüsseltem und unverschlüsseltem Anteil über den Zeitablauf ebenfalls variabel ist, so dass sich der Umfang des verschlüsselten Anteils während der Wiedergabe von Ton- und Bilddaten ändern kann.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Nennung des anteilsmäßigen Umfangs dieser Aufteilung von verschlüsselten und unverschlüsselten Ton- und Bilddaten in den unverschlüsselten und/oder in den unverschlüsselten Nutzdaten enthalten ist.
Zweckmäßigerweise sind System und Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Kryptomelodiedaten und/oder die Nutzdaten Informationen über die nutzungsgemäße Verwendung der verschlüsselten Daten enthalten, also der Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf.
Dabei ist vorteilhaft, dass solche Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Ton- und Bilddaten stattfinden darf, über den Zeitablauf ebenfalls variabel sind.
Außerdem ist zweckmäßig, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf, Informationen über die Kosten bzw. die Tarifklasse der jeweiligen Nutzung hinsichtlich der Nutzungsart und der Nutzungsdauer enthalten.
Außerdem ist vorteilhaft, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf, Informatio- nen darüber enthalten, ob eine private oder eine bestimmte oder unbestimmte gewerbliche Nutzung vorgesehen ist.
Weiterhin ist zweckmäßig, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf, Informationen darüber enthalten, wie oft die Ton- und Bild- medien noch wiedergegeben werden dürfen.
Außerdem ist vorteilhaft, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf, Informationen darüber enthalten, ob und wie oft die Ton- und Bildmedien noch kopiert werden dürfen.
Schließlich ist vorteilhaft, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf, Informationen über das Genre oder eine andere inhaltliche Klassifizierung der Ton- und Bildmedien enthalten. Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens und eine bevorzugte Ausgestaltung des Systems zeichnen sich dadurch aus, dass der Urheber, Ersteller, Bearbeiter oder Vertreiber der elektronischen Ton- und Bildmedien die un- verschlüsselten Ausgangsdaten ganz oder teilweise derart verschlüsselt oder chiffriert, dass diese anteilig auf die unverschlüsselten und die verschlüsselten Mediendaten aufgeteilt werden.
Es ist zweckmäßig, dass die ganz oder teilweise durchge- führte Verschlüsselung oder Chiffrierung der elektronischen Ton- und Bildmedien beim Urheber, Ersteller, Bearbeiter oder Vertreiber mit einem „Melodie"-Schlüssel erfolgt, der in unverschlüsselter oder verschlüsselter Form in den Krypto- melodiedaten enthalten ist.
Es ist vorteilhaft, dass der „Melodie"-Schlüssel zur teilweisen oder vollständigen Verschlüsselung oder Chiffrierung der elektronischen Ton- und Bildmedien, der in den Kryptomelo- diedaten enthalten ist, mit einem „Medien"-Schlüssel verschlüsselt ist, der in verschlüsselter oder unverschlüsselter Form in den Schlüsseldaten enthalten ist.
Ebenfalls ist vorteilhaft, dass der „Melodie"-Schlüssel zur teilweisen oder vollständigen Verschlüsselung oder Chiffrierung der elektronischen Ton- und Bildmedien, der in den Kryptomelodiedaten enthalten ist, für eine bestimmte Zeitpe- riode Gültigkeit besitzt, die kürzer ist als die wiederzugebenden Ton- und Bilddaten.
Es ist zweckmäßig, dass der „Medien"-Schlüssel zur Entschlüsselung der in den Kryptomelodiedaten enthaltenen „Melodie"-Schlüssel in verschlüsselter oder unverschlüssel- ter Form in den Schlüsseldaten enthalten ist.
Es ist ebenfalls zweckmäßig, dass der in den Schlüsseldaten enthaltene „Medien"-Schlüssel seinerseits verschlüsselt ist. Es ist weiterhin zweckmäßig, dass der in den Schlüsseldaten enthaltene verschlüsselte „Medien"-Schlüssel zur Entschlüsselung der in den Kryptomelodiedaten enthaltenen „Melodie"-Schlüssel mit einer vertrauenswürdigen digitalen Signatur versehen ist.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass die unverschlüsselten Nutzdaten eine Information darüber enthalten, in welcher Art und mit welchen „Haupt"- und „Medien"-Schlüsseln die Schlüssel zur teilweisen oder vollständigen Entschlüsselung oder De- chiffrierung der elektronischen Ton- und Bildmedien verschlüsselt sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens und eine bevorzugte Ausgestaltung des Systems zeichnen sich dadurch aus, dass die Kryptomelodie in zeitlicher Abfolge ver- schlüsselte Informationen beinhaltet, die nach ihrer Entschlüsselung verwendet werden können, um ihrerseits die verschlüsselten Mediendaten zu entschlüsseln.
Dabei ist vorteilhaft, dass die Kryptomelodie mit demjenigen „Medien"-Schlüssel verschlüsselt ist, der bei der Verschlüs- seiung der elektronischen Ton- und Bildmedien beim Urheber, Ersteller, Bearbeiter oder Vertreiber verwendet wurde und der in den Schlüsseldaten enthalten ist.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Entschlüsselung der Mediendaten mit den in der Kryptomelodie enthaltenen „Melo- die"-Schlüsseln mit geringerem Rechenaufwand durchgeführt werden kann als eine angenommene Entschlüsselung der mit dem „Medien"-Schlüssel verschlüsselten Mediendaten.
Weiterhin ist zweckmäßig, dass Begleitinformationen zu den Ton- und Bilddaten wie Titel, Interpreten etc. in den unverschlüsselten Nutzdaten enthalten sind.
Weiterhin ist auch vorteilhaft, dass zusätzliche Begleitinformationen, die nur kostenpflichtig dargeboten oder veröffent- licht werden sollen, in den verschlüsselten Nutzdaten enthalten sind.
Weitere Vorzüge, Besonderheiten und zweckmäßige Ausprägungen der Erfindungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Das vorliegende Verfahren und System soll von mehreren Unternehmen der Medienindustrie unter der Projektbezeichnung „m.sec" eingeführt werden. Nachfolgend sind Besonderheiten von m.sec geschildert.
Mit dem Aufkommen von Verfahren und Systemen zur digitalen Ton- und Bildspeicherung entstand eine neue Qualität der Tonträgerpiraterie: Durch das sog. „Sampling" wurden im Rahmen der Digitalisierung die zuvor nur analog vorliegenden Ton- und Bildsignale eindeutig quantifiziert. Mit dieser eindeutigen Quantifizierung, z.B. in Form von Bits und Bytes mit eindeutigen Werten, konnten erstmals perfekte Kopien erzeugt werden, die sich nicht mehr vom Original unterscheiden ließen und somit auch keinerlei qualitative Degradationen aufwiesen.
Nachdem die Tonträgerpiraterie mit der Verbreitung der Compact Disc schon einen erheblichen Umfang in Form illegal erstellter CD-Kopien angenommen hatte, verstärkte sie sich nochmals mit dem Aufkommen des Internets. Dabei handelte es sich aufgrund des großen Datenvolumens weniger um CD-Kopien oder Audio-Dateien im CD-Format. Vielmehr wurde die Tonträgerpiraterie durch ein neues Daten- format gefördert, mit dem aufgrund einer starken Datenkompression kleine, leicht über das Internet austauschbare Dateien erzeugt werden konnten: das sog. „MP3"-Format.
Eine besondere Förderung erfuhr MP3 durch die Internet- Tauschbörse „Napster", die teilweise am Rande der Legalität und teilweise außerhalb der Legalität scheinbar private Tauschaktionen zwischen Internet-Benutzern in einem öffentlichen Rahmen allgemein anbot und somit der illegalen Weitergabe von Musiktiteln an Dritte Vorschub leistete.
Spätestens nach MP3 und Napster besteht seitens der Medienindustrie das verstärkte Bedürfnis nach einem neuen Datenformat für Ton- und Bilddaten. M.sec kommt diesem Bedürfnis nach, indem es folgende Vorteile bietet:
• Digitale Ton- und Bilddaten werden nicht mehr unver- schlüsselt veröffentlicht, so dass auch keine perfekten
Raubkopien dieser Ursprungsdaten erstellt werden können.
• Die Entschlüsselung der Ton- und Bilddaten beim Rezipienten erfolgt nur gegen Entrichtung einer Nutzungsge- bühr.
• Dabei ist die Erhebung variabler Nutzungsgebühren möglich.
• Es ist möglich, Teile der Ton- und Bilddaten (z.B. die ersten Sekunden eines Musikstückes oder den Vorspann eines Filmes) auch ohne Entrichtung einer Nutzungsgebühr wiederzugeben.
• Es ist möglich, beliebige Teile der Ton- und Bilddaten ohne Entrichtung einer Nutzungsgebühr mit verminderter Qualität wiederzugeben.
• Die verschlüsselten Ton- und Bilddaten können mit bestimmten Nutzungsrechten (z.B. Anzahl der Wiedergabe und Kopiervorgänge) und weiteren Zusatzinformationen versehen werden.
• Bei der Wiedergabe der Ton- und Bilddaten werden die Daten ebenfalls nicht unverschlüsselt übertragen. Erst bei der sog. Digital-Analog-Wandlung (D/A-Wandlung) findet die Entschlüsselung statt. • Bei entsprechenden Nutzungsrechten ist es für den Rezipienten möglich, nach Entrichtung einer Nutzungsgebühr Kopien der Ton- und Bilddaten zu erstellen.
• Diese persönlichen Kopien der Ton- und Bilddaten sind „freigeschaltet" und können fortan ohne weitere Entrichtung von Lizenzgebühren wiedergegeben werden.
• Derartige Kopien der Ton- und Bilddaten, die der Rezi- pient nach Entrichtung einer Nutzungsgebühr erstellt hat, sind nicht ohne weiteres von anderen Rezipienten be- nutzbar.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, sieht m.sec folgende Architektur vor:
► Der sog. „Verleger" verbreitet elektronische Ton- und Bilddaten, die ganz oder teilweise verschlüsselt sind. (vgl. „Verleger" in Fig. 1)
► Der Rezipient besitzt eine individuelle, personalisierte Chipkarte (die sog. „m.card"), die als kryptografisches Modul Funktionalitäten bereitstellt, die durch ihn nicht manipulierbar sind. (vgl. „kryptografisches Modul beim Rezipienten, m.card" in Fig. 1)
► Entsprechende Wiedergabe- und Darstellungsgeräte (z.B. Personal Computer, CD-Spieler, Walkman, TV etc.) bieten im Zusammenspiel mit der einsteckbaren Chipkarte (m.card) die Möglichkeit, verschlüsselte Ton- und Bilddaten korrekt wiederzugeben.
In Figur 1 werden die drei möglichen Übertragungswege, gekennzeichnet als A, B und C aufgezeigt:
► Bei Übertragungsweg A (z.B. Fernsehen, TV) erfolgt ein fortlaufender, direkter Empfang der Ton- und Bilddaten, im Extremfall in einem ununterbrochenen Datenstrom ohne Anfang und Ende. (sog. „Streaming") ► Bei Übertragungsweg B erfolgt eine Fernübertragung von Ton- und Bildmedien (z.B. als Internet-Download) i.d.R. als dedizierte, abgeschlossene Dateien.
► Bei Übertragungsweg C liegen die Bild- und Toninfor- mationen auf physikalisch bereitgestellten Ton- und
Bildmedien (z.B. CDs oder DVDs) beim Rezipienten vor.
Hierbei sind folgende Einsatzszenarien vorgesehen:
1. Wiedergabe von übertragenen Ton- und Bildmedien (z.B. ausgestrahltes TV-Programm) Sollen ganz oder teilweise verschlüsselte Inhalte von
Ton- und Bildmedien empfangen und unmittelbar wiedergegeben werden, so dient die m.card als Umschlüs- selungsinstrument zwischen der Verschlüsselung des Verlegers und der Wiedergabeeinheit. Hierbei wird die Verschlüsselung durch den Verleger innerhalb der m.card durch Entschlüsselung rückgängig gemacht, das Recht auf Wiedergabe geprüft und die Wiedergabe eingeleitet. Diese Umschlüsselung ist i.d.R. mit Kosten verbunden, die z.B. im kryptografischen Mo- dul nachgehalten werden können. In Figur 1 entspricht dies dem Übertragungsweg A in Verbindung mit der durch die Ziffer 1) gekennzeichneten Maßnahme beim Rezipienten, nämlich der sofortigen Wiedergabe.
2. Download und persönliche Freischaltung von Ton- und Bilddaten zur anschließenden Wiedergabe
Sollen ganz oder teilweise verschlüsselte Inhalte z.B. per Download aus dem Internet geladen und für den späteren persönlichen Gebrauch freigeschaltet werden, so dient die m.card als Umschlüsselungsinstrument zwi- sehen Verschlüsselung des Verlegers und persönlicher
Verschlüsselung der m.card. Diese Umschlüsselung ist i.d.R. mit Kosten verbunden, die z.B. im kryptografischen Modul nachgehalten werden können. In Figur 1 entspricht dies dem Übertragungsweg B in Verbindung mit der durch die Ziffer 2) gekennzeichneten Maßnahme beim Rezipienten, nämlich der lokalen Speicherung der Informationen.
Hierbei wird die Verschlüsselung durch den Verleger innerhalb der m.card durch Entschlüsselung rückgängig gemacht, das Recht auf Erstellung einer lokalen Kopie geprüft, die Verschlüsselung mit dem eigenen Schlüssel der m.card durchgeführt und die Erstellung einer Kopie eingeleitet.
3. Wiedergabe von Ton- und Bilddaten, die vom Urheber auf physischen Medien bereitgestellt werden Sollen ganz oder teilweise verschlüsselte Inhalte von
Ton- und Bildmedien wiedergegeben werden, die auf physischen Medien bereitgestellt sind, so dient die m.card als Umschlüsselungsinstrument zwischen der Verschlüsselung des Verlegers und der Wiedergabeein- heit.
Hierbei wird die Verschlüsselung durch den Verleger innerhalb der m.card durch Entschlüsselung rückgängig gemacht, das Recht auf Wiedergabe geprüft und die Wiedergabe eingeleitet. Diese Umschlüsselung ist i.d.R. mit Kosten verbunden, die z.B. im kryptografischen Modul nachgehalten werden können. In Figur 1 entspricht dies dem Übertragungsweg C in Verbindung mit der durch die Ziffer 1 ) gekennzeichneten Maßnahme beim Rezipienten, nämlich der sofortigen Wiedergabe. Werden die Ton- und Bildinformationen nicht in umgeschlüsselten Zustand gem. Ziffer 2 in Figur 1 zwischengespeichert, so kann zur wiederholten Wiedergabe der nicht umgeschlüsselten Daten die Information über die erstmalige Entschlüsselung genau bestimmter Ton- und Bilddaten entweder im kryptografischen Modul selbst oder aber außerhalb des kryptografischen Moduls, versehen mit einer digitalen Signatur des kryptografischen Moduls, sicher hinterlegt werden.
4. Erste und wiederholte Wiedergabe von persönlich frei- geschalteten Ton- und Bilddaten
Sollen freigeschaltete und mit dem eigenen Schlüssel der m.card wieder verschlüsselte Inhalte von Ton- und Bildmedien wiedergegeben werden, so dient die m.card als Umschlüsselungsinstrument. Diese Umschlüsselung ist i.d.R. kostenlos, da bereits bei der ursprünglichen Speicherung einmalige Kosten für die Freischaltung er- hoben wurden. In Figur 1 entspricht dies der mit der Ziffer 3) gekennzeichneten Maßnahme beim Rezipienten, nämlich der späteren Wiedergabe. Hierbei wird die eigene Verschlüsselung der m.card innerhalb der m.card durch Entschlüsselung wieder rück- gängig gemacht und die Wiedergabe eingeleitet.
5. Weitergabe von persönlich freigeschalteten Ton- und Bilddaten an (unberechtigte) Dritte
Werden freigeschaltete und mit dem eigenen Schlüssel der m.card wieder verschlüsselte Inhalte von Ton- und Bildmedien an Dritte wiedergegeben, so steht diesen nicht die Möglichkeit der Entschlüsselung zur Verfügung, so dass die Erstellung von Raubkopien nicht zum Erfolg führen kann. In Figur 1 entspricht dies der mit der Ziffer
4) gekennzeichneten Maßnahme beim Rezipienten, nämlich der Weitergabe an Dritte.
6. Weitergabe von als wiederveröffentlichbar freigeschalteten Ton- und Bilddaten an Dritte (optional)
Werden Inhalte von Ton- und Bildmedien (z.B. gegen gesonderte Gebühr) als „wiederveröffentlichbar" freige- schaltet und mit dem eigenen Schlüssel der m.card wieder verschlüsselt, so ist eine Weitergabe an Dritte möglich. Für Dritte besteht dabei jedoch die Möglichkeit der Entschlüsselung (z.B. gegen Gebühr), ebenso wie dies bei Ton- und Bilddaten möglich ist, die unmittelbar von Verlegern stammen.
Kodierung der Ton- und Bilddaten:
Ton- und Bilddaten werden in zeitliche Blöcke, sogenannte
„Frames" mit einer bestimmten Länge eingeteilt. Aus der Abfolge von Frames ergeben sich die Inhalte der Ton- und Bildmedien. Die nachfolgende Figur 2 veranschaulicht die Aufteilung in Frames und Bereiche.
Innerhalb eines jeden Frames (In Fig. 2 sind auf der horizontalen Zeitachse zwei aufeinanderfolgende Frames, gekenn- zeichnet mit „Frame 1" und „Frame 2", dargestellt) besteht eine Aufteilung in sechs Abschnitte (Diese sechs Abschnitte sind in Fig. 2 als aufeinandergestapelte Rechtecke dargestellt, die in ihrer Höhe den Datenumfang auf der vertikalen Achse ergeben). Bei diesen sechs Abschnitten handelt es sich um:
1. unverschlüsselte Mediendaten („media.plain"), die ohne Entschlüsselung wiedergegeben werden können,
2. verschlüsselte Mediendaten („media.cypher"), die mit dem in der Kryptomelodie enthaltenen aktuellen „Melo- die"-Schlüssel für dieses Frame verschlüsselt sind,
3. unverschlüsselte Nutzdaten („data.plain"), die Angaben zum Titel, Interpreten, zur Gliederung und Indizierung, zum Genre, zu Begleitinformationen und nicht zuletzt zur Zeitfolge („dock") beinhalten (ein vollständiger Satz von unverschlüsselten Nutzdaten kann sich über mehrere
Frames erstrecken),
4. verschlüsselte Nutzdaten („data. cyp her"), die mit dem in der Kryptomelodie enthaltenen aktuellen „Melodie"- Schlüssel für dieses Frame verschlüsselt sind und eben- falls verschiedene Angaben zum Titel etc. sowie Begleit- und Prüfinformationen und Informationen zu Nutzungsrechten beinhalten (ein vollständiger Satz von verschlüsselten Nutzdaten kann sich über mehrere Frames erstrecken),
5. Schlüsseldaten („media.key"), die einen verschlüsselten „Medien"-Schlüssel enthalten, der zur Entschlüsselung der verschlüsselten „Melodie"-Schlüssel in der Kryptomelodie herangezogen werden kann und die eine digitale Signatur bzw. ein Zertifikat dieses „Medien"-Schlüssel aus einer vertrauenswürdigen Quelle (Zertifizierungsstelle) enthalten, über die die rechtmäßige Inhaberschaft und Verwendung dieses Schlüssels geprüft werden kann (ein vollständiger Satz von Schlüsseldaten kann sich ü- ber mehrere Frames erstrecken) und
6. die sog. „Kryptomelodie" („melody.key"), die mit dem „Medien"-Schlüssel verschlüsselte temporäre „Melodie"- Schlüssel zur Entschlüsselung der verschlüsselten Mediendaten sowie Informationen zur berechtigten Nutzung der Ton- und Bildmedien bezogen auf das jeweilige
Frame enthält. In der Regel bezieht sich ein „Melodie"- Schlüssel stets auf einen Frame. Es ist jedoch möglich, „Melodie"-Schlüssel einzusetzen, die über mehrere Frames gültig sind.
Die Schlüsseldaten sind optional und können dann, wenn entsprechende Schlüssel nicht den Mediendaten beigefügt werden müssen, entfallen oder durch Fülldaten ersetzt werden.
Der Anteil zwischen unverschlüsselten und verschlüsselten Mediendaten und Nutzdaten kann sich von Frame zu Frame unterscheiden ebenso wie sich die Länge von Frames unterscheiden kann. Schlüsseldaten und ggf. auch Nutzdaten können auf mehrere Frames aufgeteilt sein (insbesondere bei langen Schlüsseln und Zusatzinformationen). Vgl. Fig.2.
Aufbau und Verwendung der Kryptomelodie
Die Kryptomelodie ist ein wesentliches Sicherheitselement, das die Gesamtsicherheit der übertragenen Daten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich erhöht, ohne allzu hohen zusätzlichen kryptografischen Rechenaufwand zu erfordern. Kernstück der Kryptomelodie ist eine als temporärer „Melodie"-Schlüssel dienende Zufallszahl, deren Gültigkeit sich i.d.R. auf ein Frame erstreckt. Mit diesem temporären Schlüssel ist die Entschlüsselung der verschlüs- selten Mediendaten und der verschlüsselten Nutzdaten möglich.
Um die temporären „Melodie"-Schlüssel dem Rezipienten in geschützter Weise zur Verfügung zu stellen, sind diese in wiederum verschlüsselter Form in der Kryptomelodie enthalten. Zur Verschlüsselung der temporären „Melodie"- Schlüssel dient der sog. „Medien"-Schlüssel des Verlegers, der diesen beispielsweise über einen Zeitraum von einem Jahr verwendet.
Um den „Medien"-Schlüssel zu schützen und zum Rezipienten zu transportieren, ist dieser - falls erforderlich - in wiederum verschlüsselter Form in den Schlüsseldaten enthalten. Zur Verschlüsselung des „Medien"-Schlüssels dient der sog. „Haupf'-Schlüssel, der in einem besonders gesicherten kryptografischen Modul beim Rezipienten zur Verfügung steht und somit nicht den Ton- und Bilddaten beigefügt werden muss.
Der Sinn dieser mehrstufigen Verschlüsselung, die in der nachfolgenden Figur 3 im sog. „Schalenmodell" verdeutlicht wird, ist ein Schutz vor Angriffen auf die verschlüsselten
Daten mit dem Ziel der unberechtigten Entschlüsselung der
Ton- und Bilddaten. Der Schutz erstreckt sich im Sinne von
„Schalen" über den Einsatz mehrerer Schlüssel derart, dass jeder Schlüssel in möglichst geringem Umfang eingesetzt wird.
In Figur 3 sind die eigentlichen elektronischen Daten der Ton- und Bildmedien, die es zu schützen gilt, im inneren Kreis des „Schalenmodells" dargestellt.
Diese Ton- und Bilddaten werden mit den „Melodie"- Schlüsseln des nächsten Kreises bzw. der umgebenden Schale verschlüsselt. Bei diesen „Melodie"-Schlüsseln handelt es sich um zufällig ermittelte, häufig wechselnde Schlüssel, die ihre Gültigkeit nur für ein bestimmtes Zeitmaß (oder „Frame") haben. Geht man davon aus, dass der „Melodie-Schlüssel einmal pro Sekunde gewechselt wird, so werden mit diesem Schlüssel insgesamt etwa 40.000 bis 100.000 Medienwerte (und ggf. auch Nutzdaten) verschlüs- seit. Diese Zahl ergibt sich, wenn man etwa die bei der Compact Disc für digitale Audiosignale übliche Abtastrate von 44.100 Abtastungen pro Sekunde zugrunde legt.
Die „Melodie"-Schlüssel werden nun wiederum mit dem „Medien"-Schlüssel verschlüsselt, der im nächsten Kreis bzw. der umgebenden Schale dargestellt ist. Dieser „Medien-Schlüssel wird Verlegern z.B. einmal jährlich von einer Zertifizierungsstelle zur Verfügung gestellt. Eingesetzt wird der „Medien"-Schlüssel zur Verschlüsselung jedes einzelnen „Melodie-Schlüssels. Bei angenommenen 4000 „Melodie"- Schlüsseln oder sekündlich wechselnden „Frames" pro Medium und 100 bis 250 veröffentlichten Medien pro Jahr ergibt sich ein Gesamteinsatz eines „Medien"-Schlüssels für ca. 400.000 bis 1.000.000 Ver- und Entschlüsselungen.
Der „Medien"-Schlüssel wird wiederum mit dem „Haup - Schlüssel verschlüsselt, der im äußersten Kreis bzw. der äußeren umgebenden Schale dargestellt ist. Dieser „Haupt"- Schlüssel wird für die Lebenszeit des kryptografischen Moduls m.card verwendet. Bei angenommenen 4.000 bis 10.000 „Medien"-Schlüsseln, die jährlich an Verleger ausge- geben werden, würde dieser Schlüssel bei einer zehnjährigen Gültigkeitsdauer insgesamt ca. 40.000 bis 100.000 mal eingesetzt.
Durch die Verwendung eines temporären „Melodie"-
Schlüssels aus der Kryptomelodie zur direkten Verschlüsse- lung der Ton- und Bilddaten führt eine Aufdeckung dieses
Schlüssels nur zu dem Erfolg, dass die Bild- und Tondaten für die Dauer eines einzigen Frames offengelegt werden können. Ein Aufdeckung dieses Schlüssels durch Kryptoa- nalyse ist fast unmöglich, da er per Definition nur zur Ver- schlüsselung einer begrenzten Anzahl von Werten eingesetzt wird (nur in einem Frame). Eine Aufdeckung des Schlüssels durch eine sog. „Brute-Force"-Attacke, also dem „Durchprobieren" aller möglichen Schlüsselwerte, wäre theoretisch dann möglich, wenn der unverschlüsselte Wert der verschlüsselten Ton- und Bilddaten bekannt wäre und als Anhaltspunkt für den Erfolg der Attacke dienen könnte. Eine Entschlüsselung von Daten, die bereits entschlüsselt vorliegen, rechtfertigt jedoch nicht diesen Aufwand und ist daher vernachlässigbar.
Durch die Verwendung des „Medien"-Schlüssels des Verle- gers zur Verschlüsselung der temporären „Melodie"-
Schlüssel der Kryptomelodie wird dessen Aufdeckung in zweifacher Weise erschwert. Da die Anzahl der Frames wesentlich kleiner ist als die der Ton- und Bilddaten selbst, wird ein „Medien"-Schlüssel, der nur einmal pro Frame be- nutzt wird, wesentlich seltener eingesetzt als ein „Medien"-
Schlüssel, der zur Verschlüsselung von Ton- und Bilddaten eingesetzt würde. Aufgrund der vergleichsweise seltenen
Anwendung des „Medien"-Schlüssels wird daher das Risiko der Aufdeckung des Schlüssels durch Kryptoanalyse verrin- gert, da ein Schlüssel mit zunehmendem Gebrauch über den Weg der Kryptoanalyse zunehmend leichter aufgedeckt werden kann. Dadurch, dass es sich bei den zu entschlüsselnden Werten der temporären „Melodie-Schlüssel um
Zufallswerte handelt, ist eine „Brute-Force"-Attacke aufgrund des fehlenden Zielwerts außerdem praktisch ausgeschlossen.
Durch die Verwendung des „Haupf-Schlüssels zur Verschlüsselung des „Medien"-Schlüssels wird dessen Aufdeckung ebenfalls in zweifacher Weise erschwert. Da der „Haup -Schüssel nur sehr selten, nämlich z.B. einmal pro Verleger und Jahr, benutzt wird, wird das Risiko der Aufdeckung des Schlüssels durch Kryptoanalyse verringert, da ein Schlüssel mit zunehmendem Gebrauch über den Weg der Kryptoanalyse zunehmend leichter aufgedeckt werden kann. Auch für eine „Brute-Force"-Attacke bieten die wenigen Zielwerte keine ausreichenden Anhaltspunkte.

Claims

Patentansprüche
1. System und Verfahren zur kopier- und nutzungsgeschützten Ver- und Entschlüsselung, Übertragung und Speicherung elektronischer Ton- und Bildme- dien, wobei die Dateninhalte der elektronischen Medien derart aufbereitet, moduliert und verschlüsselt sind, dass deren vollständige Wiedergabe oder Darstellung die Durchführung kryptografischer Entschlüsselungsprozesse bei dem in einem bestimmten Nutzungsumfang berechtigten Rezipienten erfordert und dass bereits im Rahmen der Verschlüsselung für den Fall der Nichtdurchfuhrung derartiger kryptografischer Entschlüsselungsprozesse dynamisch definierbar ist, in welchem Umfang die Darstellungs- und Wiedergabequalität und die Nutzungsmöglichkeiten vermindert werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die elektronischen Ton- und Bilddaten dynamisch aufgeteilt werden in unverschlüsselte Medien- und Nutzdaten, verschlüsselte Medien- und Nutzdaten, schlüsselbeinhaltende Kryptomelodiedaten und Schlüsseldaten, die nach einer Übertragung und einer gesicherten Entschlüsselung beim Rezipienten die nutzungsgemäße Verwendung, insbesondere die Speicherung, Darstellung und Wiedergabe in Echtzeit, ermöglichen und kosteneffizient gewährleisten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Umfang der Ver- schlüsselung variabel ist, so dass das Verhältnis zwischen unverschlüsseltem bzw. nicht chiffriertem Anteil und verschlüsseltem bzw. chiffriertem Anteil der Ton- und Bilddaten beliebig gewählt werden kann.
3. Verfahren nach einem oder beiden Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine solche anteilmäßige Aufteilung von verschlüsseltem und unverschlüsseltem Anteil über den Zeitablauf ebenfalls variabel ist, so dass sich der Umfang des verschlüsselten Anteils während der Wiedergabe von Ton- und Bilddaten ändern kann.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprü- chel bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Nennung des anteilsmäßigen Umfangs dieser Auftei- lung von verschlüsselten und unverschlüsselten Ton- und Bilddaten in den unverschlüsselten und/oder in den unverschlüsselten Nutzdaten enthalten ist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprü- chel bis 4, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, dass die
Kryptomelodiedaten und/oder die Nutzdaten Informationen über die nutzungsgemäße Verwendung der verschlüsselten Daten enthalten, also der Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass solche Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Ton- und Bild- daten stattfinden darf, über den Zeitablauf ebenfalls variabel sind.
7. Verfahren nach einem oder beiden Ansprüchen 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der
Daten stattfinden darf, Informationen über die Kosten bzw. die Tarif klasse der jeweiligen Nutzung hinsichtlich der Nutzungsart und der Nutzungsdauer enthalten.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf, Informationen darüber enthalten, ob eine private oder eine bestimmte oder unbestimmte gewerbliche Nutzung vorgesehen ist.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, dass die
Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf, Informationen darüber enthalten, wie oft die Ton- und Bildmedien noch wiedergegeben werden dürfen.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der Daten stattfinden darf, Informationen darüber enthal- ten, ob und wie oft die Ton- und Bildmedien noch kopiert werden dürfen.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bedingungen, unter denen eine Entschlüsselung der
Daten stattfinden darf, Informationen über das Genre oder eine andere inhaltliche Klassifizierung der Ton- und Bildmedien enthalten.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Urheber, Ersteller, Bearbeiter oder Vertreiber der e- lektronischen Ton- und Bildmedien die unverschlüsselten Ausgangsdaten ganz oder teilweise derart ver- schlüsselt oder chiffriert, dass diese anteilig auf die die unverschlüsselten und die verschlüsselten Mediendaten aufgeteilt werden.
13. Verfahren nach dem Anspruch 12, d a - d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, dass die ganz oder teilweise durchgeführte Verschlüsselung oder Chiffrierung der elektronischen Ton- und Bildmedien beim Urheber, Ersteller, Bearbeiter oder Vertreiber mit einem „Melodie"-Schlüssel erfolgt, der in unverschlüs- seiter oder verschlüsselter Form in den Kryptomelodiedaten enthalten ist.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der „Melodie"-Schlüssel zur teilweisen oder vollständigen
Verschlüsselung oder Chiffrierung der elektronischen Ton- und Bildmedien, der in den Kryptomelodiedaten enthalten ist, mit einem „Medien"-Schlüssel verschlüsselt ist, der in verschlüsselter oder unver- schlüsselter Form in den Schlüsseldaten enthalten ist.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der „Melodie"-Schlüssel zur teilweisen oder vollständigen
Verschlüsselung oder Chiffrierung der elektronischen Ton- und Bildmedien, der in den Kryptomelodiedaten enthalten ist, für eine bestimmte Zeitperiode Gültigkeit besitzt, die kürzer ist als die wiederzugebenden Ton- und Bilddaten.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der „Medien"-Schlüssel zur Entschlüsselung der in den Kryptomelodiedaten enthaltenen „Melodie"-Schlüssel in verschlüsselter oder unverschlüsselter Form in den Schlüsseldaten enthalten ist.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, dass der in den Schlüsseldaten enthaltene „Medien"-Schlüssel seinerseits verschlüsselt ist.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 17, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, dass der in den Schlüsseldaten enthaltene verschlüsselte „Medien-Schlüssel zur Entschlüsselung der in den Kryptomelodiedaten enthaltenen „Melodie"-Schlüssel mit einer vertrauenswürdigen digitalen Signatur versehen ist.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die unverschlüsselten Nutzdaten eine Information dar- über enthalten, in welcher Art und mit welchen
„Haupt"- und „Medien"-Schlüsseln die Schlüssel zur teilweisen oder vollständigen Entschlüsselung oder Dechiffrierung der elektronischen Ton- und Bildmedien verschlüsselt sind.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kryptomelodie in zeitlicher Abfolge verschlüsselte Informationen beinhaltet, die nach ihrer Entschlüsse- lung verwendet werden können, um ihrerseits die verschlüsselten Mediendaten zu entschlüsseln.
21. Verfahren nach dem Anspruch 20, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kryptomelodie mit demjenigen „Medien"-Schlüssel verschlüsselt ist, der bei der Verschlüsselung der elektronischen Ton- und Bildmedien beim Urheber, Ersteller, Bearbeiter oder Vertreiber verwendet wurde und der in den Schlüsseldaten enthalten ist.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Entschlüsselung der Mediendaten mit den in der Kryptomelodie enthaltenen „Melodie"-Schlüsseln mit geringerem Rechenaufwand durchgeführt werden kann als eine angenommene Entschlüsselung der mit dem „Medien"-Schlüssel verschlüsselten Mediendaten.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Begleitinformationen zu den Ton- und Bilddaten wie Titel, Interpreten etc. in den unverschlüsselten Nutzdaten enthalten sind.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zusätzliche Begleitinformationen, die nur kostenpflichtig dargeboten oder veröffentlicht werden sollen, in den verschlüsselten Nutzdaten enthalten sind.
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