JP2009118529A

JP2009118529A - キー階層により保護されたシステムを安全保護する方法

Info

Publication number: JP2009118529A
Application number: JP2009042235A
Authority: JP
Inventors: Joerg Schwenk; シュヴェンク，ユルグ
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】本発明は、暗号キーの所定階層により保護された少なくとも１システムを、特にペイＴＶシステムにおいて、無許可のユーザより安全保護する方法を提供する
【解決手段】現在のキー階層システムでは、システムオペレータより伝送されたグループキーをコピー、転売する不正な顧客を識別することが不可能である。本発明は、時間内に別々の時間にて形成され、同一階層レベルに属する少なくとも２つの所定サブセットの交差を形成することにより、不正な顧客に割り当てされた少なくとも１つの個別の暗号キーを判別する方法を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は請求項１により、暗号キーの所定階層により保護された少なくとも１システムを、特にペイＴＶシステムにおいて、無許可のユーザより安全保護する方法に関する。

キー階層は、顧客の個別暗号キーから多数ユーザの共通キーを得ることにおいて多くの分野のアプリケーションに用いられている。特にペイＴＶシステムはその一般的アプリケーションである。キー階層を用いることにより、ペイＴＶプログラムの受信許可をある特定の顧客に限定して選択的に与えることが可能である。可能なキー階層の一例においては木構造の形状を有する。最低位階層レベルにおいては、潜在顧客の各々は初めに、その顧客に割り当てされた独自のキーが保存されたチップカード、もしくは他のセキュリティモジュールを携帯する。ペイＴＶのオペレータは中央記憶装置に個人の暗号キーのその全部を保存する。その後に、最低位レベルのキーが初めに第二レベルの所定サイズの複数のサブセットに組み合わされて、キー階層が徐々に構築される。各サブセットには暗号グループキーが割り当てされて、これは、各々のサブセットを形成している最低位レベルの暗号キーの助けをかりて伝送される。次に、第二レベルのサブセットは、第二レベルの各サブセットよりも大きい第三レベルの各サブセットにより、複数のサブセットに組み合わされる。第三レベルの各サブセットには暗号キーが割り当てされ、これは各々のサブセットを形成している第二レベルの暗号グループキーの助けをかりて伝送される。ペイパービューＴＶプログラムの受信許可を与えられている顧客について共通キーが生成されるまでこのプロセスが継続可能となる。キー階層によって保護されたこのようなシステムに対し様々なタイプの違反行為が想定される。その全部は、その顧客の個別キーか、１個もしくはそれ以上のグループキーか、あるいは彼本人か他の人物のチップカードに保存されている共通キーを知り、許可なく第三者への譲渡を行う不正な顧客によるものである。このようなシステムへの違反行為は次の３タイプに分けることが出来る。

１．不正な顧客が共通キーをコピーし、それを許可なく（例えば、プライベートチップカードにて）他の人物に譲渡する。このタイプの違反行為は、システムオペレータが適切に選択された時間間隔により共通キーを再生成させる暗号キーを生成することにで回避が可能である。

２．不正な顧客が彼本人の個別暗号キーをコピーし、それを許可なく他の人物に譲渡する。この場合、個別暗号キーと各個人との間には独自の関連性があるため、（例えば、プライベートカードに）コピーされた個人のキーが認識されると、比較的簡単な方法で顧客のシステム使用を禁止することが出来る。

３．不正な顧客がグループキーをコピーし、それを許可なく第三者に譲渡する。この場合、コピーされたグループキーを用いてその不正な顧客を識別することは不可能である。システムオペレータは、そのグループキーから識別されたグループ全顧客に対しシステムの使用を禁止するか、もしくはコピーされたグループキーによる違反行為を黙許せざるを得ない。

Ａ．Ｂｅｕｔｅｌｓｐａｃｈｅｒ、「有限幾何学へのイントロダクションＩ＆ＩＩ（ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＦｉｎｉｔｅＧｅｏｍｅｔｒｙＩ＆ＩＩ）」（ＢＩＷｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｓｖｅｒｌａｇ、１９８２年）Ａ．Ｂｅｕｔｅｌｓｐａｃｈｅｒ及びＵ．Ｒｏｓｅｎｂａｕｍ、「射影幾何学（ＰｒｏｊｅｃｔｉｖｅＧｅｏｍｅｔｒｙ）」（ＶｉｅｗｅｇＶｅｒｌａｇ、１９９２年）

よって本発明は、無許可のユーザから、キー階層により保護されたシステムをより効果的に安全保護する方法を提供することを目的とする。

本技術目的は本発明により請求項１に記載したプロセスのステップにより達成される。

キー階層の最低位レベルにおいて、個別の暗号キーが各潜在システムユーザに割り当てされる。このキーはチップカード、あるいは他のセキュリティモジュールとして手渡される。各ユーザの個別暗号キーはシステムの記憶装置に保存される。所定の時間間隔により、暗号キーの少なくとも１つのより高位の階層レベルが、以下のステップにより継続して形成される。該ステップとは、すぐ下の階層レベルの暗号キーが、各サブセットに割り当てされた暗号キーにより所望の方法で所定サイズの複数のサブセットに組み合わされるステップであり、この暗号キーは、各々のサブセットを形成している暗号キーの助けをかりて伝送され、記憶装置に保存される。別々の時間に形成された、同一階層レベルに属する少なくとも２つの所定サブセットの交差を形成することによって、疑わしいユーザ個人に割り当てされてた少なくとも１個の暗号キーが決定する。

望ましい詳細内容についてはサブクレームに記載する。
時間内に所定の別々のポイントでより高位の階層レベルを再構築するかわりに、異なるシステムオペレータごとに、同時に異なるキー階層を生成することが可能である。各キー階層は少なくとも１つのより高位の暗号キー階層レベルを有する。各々のサブセットを形成する暗号キーより生成されて、その後保存され、各サブセットに割り当てされた暗号キーによって、所望の方法によりそのすぐ低位の階層レベルの暗号キーを所定サイズのいくつかのサブセットに組み合わせることでより高位の階層レベルが形成される。その後、異なる２つのキー階層の同一階層レベルに属する少なくとも２つの所定サブセットの交差を形成することによって疑わしいユーザに割り当てされた少なくとも１つの暗号キーが決定する。階層レベル数により、徐々により大きなサブセットが連続的に形成されてこの方法を実行する。木構造のキー階層もその可能な一例である。さらに効果的な方法として、幾何構造を用い、暗号キーを所定サイズのサブセットに組み合わせる方法がある。幾何構造は異なるサブセットの交差形成の特性を非常によく図式化出来るという利点を有する。

複数の顧客に対して生成されたキー階層は、望ましくはボディＧＦ（ｑ）を用いるｄ次元有限アフィン空間により実行可能である。（１９８２年、Ａ．ＢｅｕｔｅｌｓｐａｃｈｅｒによりＢＩＷｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｓｖｅｒｌａｇに発表された「有限幾何学へのイントロダクションＩ＆ＩＩ」（“ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＦｉｎｉｔｅＧｅｏｍｅｔｒｙＩ＆ＩＩ”）と、１９９２年、Ａ．ＢｅｕｔｅｌｓｐａｃｈｅｒとＵ．ＲｏｓｅｎｂａｕｍによりＶｉｅｗｅｇＶｅｒｌａｇに発表された「射影幾何学」（“ＰｒｏｊｅｃｔｉｖｅＧｅｏｍｅｔｒｙ”）を参照にされたい。

幾何構造がボディＧＦ（ｑ）によるｄ次元有限射影空間ＰＧ（ｄ，ｑ）であると、交差はより容易に形成可能である。

本発明について添付図面に基づいた実施形態により、さらに詳細なる説明を行う。

許可を与えられた４人のユーザについてタイム１で形成されたツリータイプ構造のキー階層である。許可を与えられた４人のユーザについてタイム２で形成されたツリータイプ構造のキー階層である。アフィン空間ＡＧ（３，３）の２７人の加入者についてタイム１で形成されたキー階層である。図３に基づいて、タイム２で生成されたキー階層である。同時に存在する２つの異なるキー階層である。

図１は、例として５人の顧客によって構成されたペイＴＶシステムの木構造のキー階層を示したものである。各顧客ｉは、最低位の階層レベルに位置する個人暗号キーＰＫ_１を、システムオペレータもしくはペイＴＶプログラムプロバイダより受け取る。このように最低位の階層レベルには５人の個別暗号キーであるＰＫ_１―ＰＫ_５が含まれている。オペレータは中央記憶装置にこれらのキーを保存する。木構造を用いることによって、選択された顧客だけがペイＴＶのプログラム受信が可能となる。例えば、顧客１、顧客２、顧客３、および顧客４のみがペイＴＶプログラムの受信許可を受けた顧客であり、顧客５はその許可を受けていないものと仮定する。許可の配分を達成する目的において、顧客１から顧客４は次に高い階層レベルのグループに入れられる。すなわち、それぞれが２人の顧客から構成される２つのサブセットを形成する第二レベルである。これは実際に中央部で２つのサブセットのグループキーＧＫ_１とＧＫ_２とを最初に生成することによって達成される。

グループキーＧＫ_１は顧客１および顧客２の個別暗号キーである２個の暗号キー、ＰＫ_１およびＰＫ_２によって伝送される。一方、グループキーＧＫ_２は顧客３および顧客４の個別暗号キーである２個の暗号キー、ＰＫ_３およびＰＫ_４によって伝送される。顧客１および顧客２は、彼ら自身の暗号キーであるＰＫ_１およびＰＫ_２によりグループキーＧＫ_１の計算が可能である。一方、顧客３および顧客４は、彼らの暗号キーであるＰＫ_３およびＰＫ_４によりグループキーＧＫ_２の計算が可能である。これに対し、顧客５は両グループキーのうちのいづれも解読不可能である。ここではレベル３である最高位階層レベルにて、そのすぐ下のレベル２の両サブセットを含んで、すなわち４人の許可を有する顧客を含み全体セットが形成されている。この目的で、中央部は、第二レベルの２つのグループキーＧＫ_１とＧＫ_２とにより共通キーＳＫを伝送する。プロバイダによるペイＴＶプログラム放送は共通キーＳＫによりコード化されるため、顧客１から顧客４は解読可能でありプログラム受信が可能であるが、顧客５には不可能である。図１に示したキー階層は例示目的に３階層レベルを有している。

本発明は、グループキーＧＫ_１あるいはＧＫ_２をコピーし、これを許可なく第三者に転売するといった不正を行う顧客の識別を可能にする際の問題について考慮したものである。このような不正な顧客は「盗んだ」グループキーを海賊版チップカードで販売するか、またはｅ−メールアドレスで販売することも可能である。ここで、顧客４が不正を行う顧客であると仮定しよう。彼は中央部から先に配分されたグループキーＧＫ_２をコピーし、第三者に転売した違反者であるとする。システムオペレータがコピーされたグループキーＧＫ_２‘を得たとしても、グループキーＧＫ_２は顧客３と顧客４の両者に割り当てされたものであるため、オペレータはこの違反者を識別できない。本発明の目的は、グループキーＧＫ_２から識別された顧客のサブセットにいる不正な顧客４を探し当てることにある。この目的のため、疑わしいサブセットに割り当てされている暗号キーＧＫ_２と共にこの疑わしいサブセットの保存が中央部にてなされる。

所定時間に、中央部は図２に示したような新しいキー階層を生成する。この目的において、２つの新しいサブセットが、それぞれ、顧客１と顧客３、また顧客２と顧客４とを含んで任意に形成される。新規のサブセットは、２つのサブセットに対し新規のグループキーＧＫ_１‘とＧＫ_２’とを中央部で生成することによって形成される。加えて、新しい共通キーＳＫ‘もまた生成される。グループキーと共通キーが生成される工程については詳細な説明を前記で行った通りである。新規に生成された暗号キーはもう一度個々の顧客に送られ、かつ中央部にて保存される。本例においては顧客４である違反者は、新しいグループキーＧＫ_２’をコピーし、第三者に配与する必要にせまられる。中央部がコピーされたグループキーＧＫ_２’を得るとすぐに、それは再度中央記憶装置に保存される。次に、暗号グループキーＧＫ_２が割り当てされているサブセットと、暗号グループキーＧＫ_２’が割り当てされているサブセットの交差が決定する。タイム１で形成されたサブセット（図１参照）は顧客３と顧客４を含み、タイム２で形成されたサブセット（図２参照）は顧客２と顧客４を含むことから、不正な顧客４が交差により判明する。ここで中央部は不正な顧客の識別を得、例えば、彼本人の暗号キーＰＫ_４をブロックすることによってシステムの使用を禁止する。図１および図２により示したキー階層は顧客４人のみを含んでいるが、いかなるサイズのキー階層であっても使用が可能である。その場合には当然グループ数が大きくなるため、不正な顧客を探し出すコストも増す。

図３および図４は異なる時間において形成された２つのサブセットの階層である。これらのサブセットは、ボディＧＦ（３）を使用する、３次元有限アフィン空間ＡＧ（３，３）により図式化が可能である。図３および図４にて示したアフィン空間は２７ポイントを有し、これはペイＴＶの潜在顧客に当たる。異なるサブセットどうしの交差形状特性を非常に正確に図式化出来ることから、有限アフィン空間を用いてサブセット階層を実行することは有利である。図３はタイム１で形成された階層を示したものである。各顧客は個別の暗号キーであるＰＫ_１からＰＫ_２７を与えられる。顧客各々の暗号キーはアフィン空間の各ポイントに割り当てられていると考えることが出来る。最初に９つの平行直線を選択し、それから直線に適合した３平行面を選択することにより、２７ポイントは連続的に３つのサブセットと９つのポイントに組み合わされる。言い換えると、直線は３面のうちの１面に常に完全に含まれていなくてはならない。この構造がキー階層にトランスファされると、個々のポイントと９つの直線と３つの面とを含む全体空間を含んだ最高位階層レベルにより、個々のポイントは、最低位レベルと、第二レベルの直線と、第三レベルのアフィン空間の３つの面とに配置される。グループキーは、各直線とアフィン空間の各面ごとに前述の方法により中央部にて生成される。また、全顧客を含んだ共通キーが生成される。幾何構造、特にアフィン空間の幾何構造によりもたらされる利点は、所定のポイントを決定する目的において認知されていなくてはならないサブセット（直線あるいは面）数を正確に確立出来るという事実に基づくものである。このように、例えば、アフィン空間の２つの非平行面は正確に１直線で交差する。かつ、３つのペアワイズな非平行面は正確に１個のポイントで交差する。例えば、アフィン［ｓｉｃ］の（９人からなるグループに相当する）面のグループキーをコピーして転売した違反者の個人用キーを判別する目的において、面を互いに平行でなくすよう、アフィン空間を時間内に異なる３つのポイントで新しい面に分割することで十分である。言い換えると、１人の不正な顧客を２７人の顧客の中から探し出す場合、別々の時間で形成された階層に加え（図３、図４）、第三の階層が第三ポイントにて時間内に生成されなくてはならない。その各々に１個の所定グループキーが割り当てされている３つのペアワイズな非平行面が交差すると、不正な顧客に相当する共通交差ポイントが得られる。それにより、中央部は不正な顧客の個別暗号キーをブロックする。

有限アフィン空間のかわりに有限射影空間を使用すると、平行と非平行構造間を区分する必要がないことから、不正な顧客を探し出す交差形成によるプロセスがより容易となる。不正な顧客が数名の個人用キーをコピーし、それらを代わりに使用するといった場合にも、上記工程が使用出来る。しかし、この場合には、さらに多くの階層が異なる時間で形成されなくてはならない。例えば、違反者が９人の個別暗号キーのうちその２つを知っている場合、アフィン空間は、もう一度、合計で３回、平行線に分割されなくてはならない。これにより疑わしい加入者の不正確な識別を除外することが可能となり、かつ２つのキーのうちの１つが識別される。

違反者個人の個別キーを識別する目的において、時間内に所定のポイントでいくつかのキー階層を形成するかわりに、異なるキー階層を同時に存在させることも考えられ得る。図５は２つの異なるキー階層を示している。何人かのサービスプロバイダが１個の顧客チップカードを共有する場合、同時に存在する数個のキー階層を使用することが望ましい。ここで、顧客２がある１サービスプロバイダの顧客１および顧客２の人の顧客を含むグループキー１０と、さらに別のサービスプロバイダの顧客２、顧客３、および顧客４とを含むグループキー２０とをコピーし転売したものと仮定する。この場合、各サブセット１０および２０の交差を形成することにより、不正な顧客を再度識別することが可能となる。図５からわかるように、例えば、同一階層レベルのサブセットが必ずしも同一サイズである必要はない。

Claims

暗号キーの所定の階層により保護された少なくとも１つのシステム、特にペイＴＶシステムを無許可のユーザから保護する方法であって、前記キーの所定の階層を用いて共通キーを導出し、前記ペイＴＶシステムの放送が前記共通キーで暗号化されており、前記暗号キーを生成する中央装置を備え、そして、前記暗号キーの階層は、最低位階層レベルと、前記最低位階層レベルよりも高い少なくとも１つの階層レベルを有するものであり、前記方法は、
ａ）最低位階層レベルにて各システムユーザに個別の暗号キーを割り当てるステップと、
ｂ）個別暗号キーをシステムと関連する中央記憶装置に保存するステップと、
ｃ）前記中央装置において、直下の階層レベルの暗号キーを組み合わせて暗号キーと関連する所定サイズの複数のサブセットを形成し、暗号キーをそれぞれのサブセットを形成する暗号キーを用いて送信し、そして前記暗号キーを記憶装置に保存することによって、時間における所定の離散点において、最低位階層レベルの暗号キーから暗号キーのより高位の新しい階層レベルの少なくとも１つを生成するステップと、
ｄ）前記中央装置において、少なくとも２つの所定の異なるサブセットの交差セットを集合論的に形成するステップを含み、前記異なるサブセットが前記時間における所定の離散点の相異なる点において形成され、前記異なるサブセットは、同じ階層レベルの暗号キーと関連し、そしてユーザと関連する少なくとも１つの個別暗号キーを決定するのに必要であることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、暗号キーの所定の階層によって保護される複数のシステムが保護されており、前記ステップｃ）を、
ｃ’）前記中央装置において、直下の階層レベルの暗号キーを組み合わせて暗号キーと関連する所定サイズの複数のサブセットを形成し、暗号キーをそれぞれのサブセットを形成する暗号キーを用いて送信し、そして前記暗号キーを記憶装置に保存することによって、各々のシステムのために、暗号キーの少なくとも１つのより高位の階層レベルを同時に生成するステップであって、同一の階層レベルのサブセットが異なるキー階層とは異なるものである、前記生成するステップ、
と置き換え、そしてステップｄ）を、
ｄ’）前記中央装置において、少なくとも２つの所定のサブセットの交差セットを集合論的に形成するステップであって、前記サブセットは、異なるキー階層の同じ階層レベルの暗号キーと関連し、そしてユーザと関連する少なくとも１つの個別暗号キーを決定するのに必要である、前記形成するステップ、
と置き換えたことを特徴とする方法。
請求項１または２に記載の方法において、所定サイズのサブセットへの暗号キーの組合せは有限幾何構造により決定されることを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法において、幾何構造はボディＧＦ（ｑ）上のｄ次元有限アフィン空間ＡＧ（ｄ，ｑ）であることを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法において、幾何構造はボディＧＦ（ｑ）上のｄ次元有限射影空間ＰＧ（ｄ，ｑ）であることを特徴とする方法。