JP4083678B2 - 暗号化されたフレームの次のパケットにおいて冗長なストリーム暗号情報 - Google Patents

Description

本発明は、本特許請求の範囲の請求項１の前段で詳細に記述したような方法に関するものである。本発明は原則的にはいろいろな伝送媒体に形成し得るものであるが、本発明者が念頭においた特定の応用分野はインターネットである。

現在まで、インターネットで通信される情報コンテンツの品質は通信帯域を節約する符号化技術の進歩と、さらには、通信帯域自体の増進によって急速に改善してきている。コンテンツ・プロバイダは利用者に上記のような高価なコンテンツを販売しようとしていて、その結果、いわゆる、条件付きアクセス又はディジタル権利管理の計画を策定する必要性が生じている。当該システムはどれもコンテンツ品目又はその一部を暗号化し、後で、認められた一般利用者だけが解読でき得るように解読鍵を管理することになるものである。

さて、一般に、前記利用者の情報はフレームに構成される。当該フレームには、特に画像コンテンツの場合、連続した複数のネットワーク・パケットを通じて前記フレームのペイロードを伝送する必要性が一般にでてきている。コンテンツを再生する特定の方法のひとつに、再生前に全部のデータ・ファイルをダウンロードすることはせずに、前記コンテンツが着いたらすぐに利用者が再生する場合がある。このアプローチは受信側でより高速アクセスを設けるものであるが、一般に特定のパケットの再送は考慮に入れていない。データが何かの理由で失われた場合には、コンテンツ再生者は独立独行で何らかの回復手順を実行しなければならない。単独では、当該のさまざまな回復手順が知られているが、当該手順への取り組みは依然として最適条件には及ばない状態のままである。

ところで、前記の暗号化はフレーム・レベルにて最も有効である。単独では、利用者又はペイロード情報のフレームへの割当ては、MPEG（映像符号化のための国際標準を制定する国際標準化機構傘下のグループ及びその規格）のような、いろいろな標準にて実施されてきた。フレーム・レベルにおける暗号化は、伝送されたコンテンツと格納されたコンテンツ両方に適用する、持続、すなわち終端間（エンド・ツー・エンド）、の暗号化を念頭におくものである。そこで、マルチメディア情報を暗号化する、認められた最善の方法はストリーム暗号、及び特に、自己同期化するストリーム暗号を利用することである。ストリーム暗号はその場合、プレーン・テキストとキー（鍵）・ストリームの組み合わせにＥＸＯＲ（排他的論理和）演算を適用して暗号テキストを生成する。暗号化されたストリームは後に、後方に連結され（図２を参照。）、単独ではエンコーダ（符号器）の内部状態を表わし、後にデコーダ（復号器）を同期化することを念頭に置く。前記ストリーム暗号を利用すると、伝送パケットのシーケンスは簡単に暗号化し得る。つまり、自己同期化するストリーム暗号によって暗号テキストとシークレット・キー(秘密の鍵)に準拠してキー・ストリームが生成される。初期化ベクトルはキー・ストリームの生成プロセスを開始するには欠かせない。

そこで、ストリーム暗号化は原則的には自己同期化するが、たった１つの伝送パケットの損失がなおその上、後続の1つ以上の伝送パケットの、又さらに関連したフレームの残り部分の、あるいは特定の標準においては関連するフレームの全部の喪失に繋がるかもしれない。つまり、受信側では、暗号化ストリームの同期化の喪失を通じて、たった１つの伝送パケットの喪失が、次の伝送パケットの喪失をおそらく示唆するであろう。多くの場合、コンテンツのデコーダは誤った伝送パケット以外の全部又はほぼ全部の情報を解読し得ているのはほぼ確実なので、前記によってコンテンツ品質の相当な劣化を引き起こすかもしれない。

したがって、特に、本発明の一目的として、若干の特定の伝送パケットの不具合があっても、できるだけすぐに同期化暗号ストリームに関する解読の手順の再同期化を可能にすることを通じて、個々の解読の同期化情報のシーケンスの受信信頼性の向上を可能にすることがある。別の見地からは、本発明は、受信側での情報の格納をより簡単に管理する方法のような、フレーム・レベルでの暗号化の利点のいくつかを設けるものである。

そこでそれゆえに、本発明の特徴の１つによれば、本発明は請求項１の後段の部分にしたがって特徴付けられる。

本発明はさらに、前記の暗号化された情報を解読する方法、当該情報を暗号化又は解読する装置、前記情報を暗号化する及び/又は解読するシステム、前記方法に利用する前記の暗号化された情報を格納する有形のキャリア(搬送手段)、及び前記方法に利用されていることに備えられた、信号を搬送する、暗号化されたペイロード情報に関するものである。本発明のそれ以上の有利な特徴は本特許請求の範囲の従属クレームにて詳細に説明する。

本発明の実施例を、付属の図面を参照して、説明する。

図１は本発明によって利用する暗号化フォーマットを例示する図である。図１の1番上の列は音声又は画像のような利用者情報に関係があるものであり、フレーム・ヘッダFHとフレーム・ペイロードＦＰのある、単独フレーム２０を含む。前記フレームのシーケンスには必ずしも同一量のペイロード・データがなくてもよいが、そのサイズは情報圧縮の適用度によることがある。図示されたフレーム構成に加えて、フォーマットには図示していないアプリケーションに関係したサブフレーム・フォーマットがさらに有ることがあり、それはいくつかのサブフレームをまたがるフレームをさらに分割させるものであることがあるが、そのような分割は以下に説明する、さらなる暗号化/解読手順では重要なものではない。これらのサブフレームは伝送されたペイロードに関係があるアプリケーションに関連したさらなる情報構成に関するものであることがある。

図１の２列目では、フレーム２０が３つの伝送パケットのシーケンス２２にマッピングされていて、当該数字は原則的に任意のものである。各パケットのフォーマットは適用し得る伝送標準に左右され、一般に、全てのパケットは矢印２４で示されるように同一サイズのものである。矢印２４で示されるパケットには、パケット・ヘッダPHとパケット・ペイロードPPがある。さらに、同期化情報SCS2は当該情報の後の実在のパケットのストリーム暗号化状態によって左右される。これによって、次に続くパケットを即座にストリーム暗号化手順に同期化させることが可能になる。実際に、SCS2は、暗号化されたデータの一部を構成する。さらに、パケット２４は同期化開始情報SCS1を含む。先行パケットがこのフレームに存在している場合、この情報は、その最後における前述の先行パケットのストリーム暗号化状態によって左右される。この場合には前述の先行パケットを有していないので、上記情報SCS1は、前述の先行パケットに依存することなく符号器によって生成される。前述の最初に送信されるパケットの最初に前述の同期化情報を提示することによって、このパケット２４がパケット２４自体を直ちにストリーム暗号化手順に同期化させることが可能になる。同期化を開始させるパケットの場合、SCS1はよって、フレーム暗号化の初期化ベクトルを表し得る。後続パケットの場合、SCS2は、先行するSCS2の繰り返しである。他のパケットのパケット・フォーマットは類似している。ストリーム暗号化の同期化情報による同期化は連続する伝送フレーム間の境界を越えても、超えなくてもよい。さまざまなフォーマットのさらなる詳細の説明は省略する。

図１の右下部分では、再び、前記フレームの伝送パケットを図示する。全てがうまくいった場合、これらは左側の伝送パケットのまさにそのコピーになる。したがって、伝送パケット２６は受信されたフレーム２８のペイロード部３０に解読によってマッピングされ、及びペイロード部３２と３４についても同様となる。伝送パケットが部分的に、又は全面的に損失した時に生じる問題点は、以下に図２と図３を参照して説明する。

さて、図２は本発明によるフォーマットに利用する、ストリーム暗号化に準拠した暗号化装置を例示する図である。簡単にするために、ペイロードFPの処理のみを説明する。ペイロード情報は入力端末８０に、例えばビット直列に、入力され、しかしこれははっきりした規則ではない。構成要素８２は暗号化の排他的論理和演算を実行する。暗号化情報は出力端末８４から入手し得る状態となる。簡単にするために、図１のヘッダPHに関する全ての例外的な動作は省略する。さらに、暗号化された情報はローカル暗号化状態情報レジスタ８６に後方結合され、何かの従来のプロバイダ装置から入力端末９０にて受信された暗号鍵Ｋによって暗号化され、入力端末８０にて受信された入力情報と排他的論理和演算処理されてレジスタ９２に後に格納される。最初に、レジスタ８６はゼロか、又は他の実行可能な情報なので、暗号化はフレーム暗号鍵Kによる。レジスタ９２からの情報はキー・ストリームと称する。

構成要素８２の排他的論理和演算は１ビットずつ実行する、というよりは１２８ビット又は他の適切な数字の、ビット並列にて実行する。レジスタ９２のレジスタ幅はその場合相応に、より高くなり、中間記憶レジスタ８６と９２に利用するクロック周波数はそれ相応に、より低くなる。特定の伝送パケットそれぞれの暗号化の終了時には、構成要素８８、９２、８２及び８４を介したレジスタの後方結合の作用によって上記パケットの同期化開始情報から同期化終了情報に展開されたビット列がレジスタ８６に入っている。符号化に冗長性同期化をもたらすために、この情報は、まず、実在の伝送パケット内で伝送され、更に、次に続く伝送パケットにも挿入され、よって、冗長的に伝送される。これは、受信側で、この情報が、展開された先行パケットにおいて受信されたか、又は、むしろ、実際に用いられる第２のパケットにおいて受信された第２の伝送パケットを解読するためのシード情報として存在するであろうことを意味する。したがって、最初の伝送パケットが十分に正確に受信されなくても解読は正確に進むことになる。

図３は、上記に開示したフォーマットを利用するのに備えた解読装置であり、及び実は、図２に酷似している。ここでは、暗号化ペイロードは入力端末９４で入力され、入力端末９４から、前記伝送パケットの最初に設けたストリーム暗号化準拠同期化情報SCS1を格納するレジスタ９８に分岐する。さらに、解読される対象の情報は排他的論理和演算機能９６に転送される。機能Ｄ１０２はフレーム解読鍵K´（すなわち図２の暗号鍵Kの逆関数）を受信する。さらに、機能１０２はレジスタ９８から情報（すなわち、解読を実行するその基礎となる、ストリーム暗号化準拠同期化情報の正確に受信されたバージョン）を受信する。後者の２つの情報の組み合わせ（すなわち、暗号化ペイロード情報及びストリーム暗号化準拠同期化情報の組み合わせ）はレジスタ１００に転送される。最後に、レジスタ１００からの出力と端末９４からの受信結果の入力との排他的論理和演算を通じて正確なデータが再び復元される。

このように、前パケットの受信品質に拘らずに、暗号化の内部状態の情報が受け手側で常に得られるという点で、連続した２つの伝送パケットの間には強制された依存性がない。受け手側で暗号化状態を記録するそれ以上の必要性はない。すなわち、新しい伝送パケットの最初で常にただちに得られる。さらに、一般に、ストリーム暗号化の手順は自己同期化であって、そしてそれはしかしながら多少の時間がかかり、及び伝送パケットの喪失の場合、喪失したパケットのほかの、さらなる情報喪失につながることがあるかもしれないことを特筆する。

図４は本発明による前記フォーマットの利用に備えた暗号化/解読システム全体を例示する図である。ブロック４０は記憶装置、カメラか何かのようなデータ生成機能の記号である。ブロック４２は１つ以上のフレーム暗号鍵を生成する、又は提示する機能の記号である。厳密な意味での暗号化は前述の図２に関する例によって機能４４で実行される。暗号化されたデータは情報搬送媒体４６、すなわちCD―ROM、DVD、インターネット、放送、などで搬送される。受信側ではスイッチ４８の位置がデコーダ機能５０か、又はデータ格納機能５４か何れかへの転送を制御する。解読機能５０は前述の図３に関する例によって機能する。複合化の後、鍵提示機能５２からの適切な、１つ又は複数のフレーム解読鍵をさらに設けることを終えて、解読されたペイロードがデータ格納機能５４に格納される。解読がほんの若干の遅延後に達成された場合、データ格納機能はその適切なコンテンツ又はその一部を解読機能５０に提示する。アプリケーション又は利用者機能との通信に関するさらなる説明は省略する。

本発明によって利用する暗号化フォーマットを例示する図である。 当該フォーマットの利用に備えた暗号化装置を例示する図である。 前記フォーマットの利用に備えた解読装置を例示する図である。 前記フォーマットの利用に備えた暗号化/解読システム全体を例示する図である。

Claims (12)

1. 特定フレームのペイロード情報を１つ又は複数の伝送パケットに割当てる工程と、フレーム暗号鍵によって、かつ、個別の伝送パケット毎に、特定パケットの、その関連した個々のストリーム暗号化開始情報、及び前記フレーム暗号鍵と関連付けられたフレーム解読鍵による解読を可能にするための、個々のストリーム暗号に基づいた個々の同期化開始情報によっても特定フレームの前記ペイロード情報を暗号化する工程とによって、フレーム・シーケンスに基づいた情報を、伝送媒体を介して伝送する方法であって、
   特定の伝送パケットを暗号化する工程は、前記同期化開始情報を同期化終了情報に、対象フレームの次伝送パケットの同期化開始情報として用いるために展開し、前記同期化終了情報は、その実在パケットに一度、備えられ、更に、同期化開始情報として前記次伝送パケットに冗長的に備えられる方法。
2. フレーム・シーケンスに基づいた情報を、伝送媒体を介して受信し、解読する方法であって、特定フレームのペイロード情報は１つ又は複数の伝送パケットに割当てられ、特定フレームの前記ペイロード情報はフレーム暗号鍵によって暗号化され、個別の伝送パケットそれぞれは、特定パケットの、その関連した個々のストリーム暗号化開始情報、及び前記フレーム暗号鍵と関連付けられたフレーム解読鍵による解読を可能にするための、個々のストリーム暗号に基づいた個々の同期化開始情報を備えており、
   特定の伝送パケットの前記同期化開始情報は、同期化終了情報に、対象フレームの次伝送パケットの同期化開始情報として用いるために展開され、前記同期化終了情報は、前記次伝送パケットの解読のための、前記同期化終了情報及び前記冗長同期化終了情報の一方の選択的使用のためにその実在パケットに一度備えられ、更に、前記次伝送パケットにその同期化開始情報として冗長的に備えられる方法。
3. 請求項２記載の方法であって、伝送パケットの解読は、前記伝送パケットが受信されると、かつ、後の使用のための前記ペイロード情報の格納前に、実行される方法。
4. 請求項２記載の方法であって、前記フレーム暗号鍵による伝送パケットの解読は、前記伝送パケットが受信されると遅延させられ、前記解読の後の実行のための前記ペイロード情報の格納は、前記ペイロード情報の後の使用のための前記フレームに基づく方法。
5. フレーム・シーケンスに基づいた情報を、伝送媒体を介して伝送する装置であって、特定フレームのペイロード情報を１つ又は複数の伝送パケットに割当てる割当て手段と、フレーム暗号鍵によって、かつ、個別の伝送パケット毎に、特定パケットの、その関連した個々のストリーム暗号化開始情報、及び前記フレーム暗号鍵と関連付けられたフレーム解読鍵による解読を可能にするための、個々のストリーム暗号に基づいた個々の同期化開始情報によっても特定フレームの前記ペイロード情報を暗号化する暗号化手段とを備えており、
   前記暗号化手段は、特定の伝送パケットに関し、前記同期化開始情報を同期化終了情報に、対象フレームの次伝送パケットの同期化開始情報として用いるために展開するよう構成されており、前記装置は、前記同期化終了情報をその実在パケットに一度備え、更に、前記次伝送パケットに冗長的に備える伝送手段に供給する装置。
6. フレーム・シーケンスに基づいた情報を、伝送媒体を介して受信し、解読する装置であって、特定フレームのペイロード情報は１つ又は複数の伝送パケットに割当てられ、特定フレームの前記ペイロード情報はフレーム暗号鍵によって暗号化され、個別の伝送パケットそれぞれは、特定パケットの、その関連した個々のストリーム暗号化開始情報、及び前記フレーム暗号鍵と関連付けられたフレーム解読鍵による解読を可能にするための、個々のストリーム暗号に基づいた個々の同期化開始情報を備えており、
   特定の伝送パケットの前記同期化開始情報は、同期化終了情報に、対象フレームの次伝送パケットの同期化開始情報として用いるために展開され、前記同期化終了情報は、前記次伝送パケットの解読のための、前記同期化終了情報及び前記冗長同期化終了情報の一方の復号手段による選択的使用のためにその実在パケットに一度備えられ、更に、前記次伝送パケットにその同期化開始情報として冗長的に備えられる装置。
7. 出力手段に供給するために、請求項１記載の方法によって複数パケットの伝送フレームを暗号化するよう構成されており、入力手段上で受信された複数パケットの伝送フレームを請求項２記載の方法によって解読するよう更に構成されたシステム。
8. 請求項１記載の方法によって暗号化されるよう構成された情報を記録した記録媒体。
9. 請求項２記載の方法によって解読されるよう構成された情報を記録した記録媒体。
10. 請求項１記載の方法によって暗号化されるよう構成された伝送可能な物理信号を記録した記録媒体。
11. 請求項１記載の方法によって解読されるよう構成された伝送可能な物理信号を記録した記録媒体。
12. 請求項１記載の方法をプロセッサに実行させるよう構成されたコンピュータ・プログラム。

Images