JP4671602B2 - デジタル信号を安全に処理する方法 - Google Patents

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関連出願

本願明細書は、同時係属出願である同一所有の、２０００年１０月２４日付けで提出された、Ｉｗａｍｕｒａによる米国特許明細書第０９/６９６、５８４号、「安全なデジタル復号器のための方法およびシステム」の一部継続出願である。

本願明細書は、デジタル信号処理の分野に関する。詳細には、暗号化されたデジタル信号を安全に復号するシステムおよび方法に関する。また、安全な鍵配布を行うための安全なデジタル復号器の方法およびシステムを開示するものである。

近年、デジタルビデオ信号処理の分野は急速な発展を遂げた。例えば、現在、デジタル放送がアナログ放送に取って代わり始めている。デジタル放送データは、コンテンツの質を劣化すること無く容易にコピーすることが可能であるため、安全に保護する必要がある。現在、ほとんどのデジタル放送ストリームは、例えばデジタル送信コピー保護 （ＤＴＣＰ）を用いて暗号化されている。

図１は、デジタル信号を復号および復号する従来のデジタルケーブルセットトップボックス１００の具体的構成を示すブロック図である。現在受信中の信号を再生する際に、フロントエンド１１０がデジタル放送信号１７０の同調及び復調を行い、復調された信号を取り外し可能なセキュリティモジュールであるポイントオブディプロイメント（ＰＯＤ）１２０へ送る。

ＰＯＤ１２０は、マルチサービスプロバイダ（ＭＳＯ）（また、ケーブルシステムオペレータとしても知られている）によって提供される。ＰＯＤ１２０は、ＭＳＯケーブルヘッドエンド（図示せず）とＰＯＤ１２０の間でセキュリティプロトコルを実現する。ここではセキュリティプロトコルの詳細部分について述べないが、ＰＯＤ１２０は、セットトップボックス１００をこのＭＳＯケーブルヘッドエンドから切り離す。ＰＯＤ１２０は暗号化された放送信号を復号し、この復号された信号をデータ暗号化規格（ＤＥＳ）に基づいて再度暗号化する。次に、再度暗号化された信号は、条件付きアクセスブロック１３０へ送られる。

しかし、安全鍵協定及び呼び掛け/応答技術に従って放送鍵を取り決めるために、ＰＯＤ１２０とセットトップボックス中央演算処理装置（ＣＰＵ）１６０はバス１０５を介して通信を行う。そしてＣＰＵ１６０は、放送鍵をバス１０５を介して条件付きアクセスブロック１３０に送る。このとき、放送鍵がバス１０５上で公開され、同時に放送信号自体も公開されてしまう。

ＰＯＤ１２０から出力された暗号化したビットストリームは、条件付きアクセスブロック１３０内で、条件付きアクセスブロック１３０の処理のために復号される。条件付きアクセスブロック１３０の機能の一つに、記録することを許可された放送プログラムを記録するために、デジタル信号をＩＥＥＥ１３９４バス１０６を介して記憶装置（図示せず）に送る機能がある。さらに、条件付きアクセスブロック１３０は、過去に記録された素材をバス１０６を介して検索し再生する。

フロントエンド１１０が現在受信中の信号を見るために、またはバス１０６を介して記憶装置から再生中の信号を見るために、ブロック１３０内のローカル暗号化装置１３５はデジタル信号を暗号化し、暗号化された信号をオーディオ／ビデオ復号ブロック（Ａ/Ｖ復号ブロック）１４０に送信する。

Ａ/Ｖ復号ブロック１４０内のローカル復号装置１４５は、暗号化された信号の復号を行う。Ａ/Ｖ復号ブロック１４０は、デジタルビットストリームのビデオ及びオーディオコンテンツの両方を復号し、オーディオ及びビデオ信号１８０をテレビジョン受像機（図示せず）に表示する。

設計の複雑性、設計の再使用、半導体プロセス能力、製造効率性、及びその他の理由から、中央演算処理装置１６０を条件付きアクセスブロック１３０から物理的に切り離して区別することが望ましい。そうでなければ、ＰＯＤ１２０とＣＰＵ１６０の間で取り決められた放送鍵が、ＣＰＵ１６０から条件付きアクセスブロック１３０への送信バス１０５上で公開されてしまう。これによって、暗号化された鍵が盗難、コピー、配布されてしまい、同様にＰＯＤ１２０から条件付きアクセスブロック１３０に送られる暗号化されたビットストリームも無認可にアクセスされてしまう。

さらに、設計の複雑性、設計の再使用、半導体プロセス能力、製造効率性、及びその他の理由から、条件付きアクセスブロック１３０をオーディオ／ビデオ復号ブロック１４０から物理的に切り離して区別することが望ましい。従来のセットトップボックス１００は放送（または任意で記憶した）信号を保護するために、デジタル信号をローカル復号装置１４５へ送る前に、このデジタル信号をローカル暗号化装置１３５で暗号化する。このとき、ＣＰＵ１６０において暗号化鍵が生成され、この暗号化鍵はＣＰＵ１６０からバス１０５を介して条件付きアクセスブロック１３０及びオーディオ／ビデオ復号ブロック１４０に送信されてしまう。その結果、この暗号化鍵も、偵察によって発見、盗難、コピー、配布されてしまい、条件付きアクセスブロック１３０からブロックオーディオ／ビデオ復号ブロック１４０に送られる暗号化したビットストリームが無認可にアクセスされてしまう。

したがって、この従来型システムでは、二つの暗号化したビットストリームへの鍵が盗難、コピー、配布されてしまい、デジタル形式で符号化したコンテンツが悪用され、著作権所有者が経済的損失を負う結果になりかねない。

そのため、安全なデジタル信号復号装置復号器のための方法およびシステムを提供することが必要である。さらに、二個の集積回路間で信号を送信する際に、復号した信号を集積回路のピン上に公開されることなく、信号の復号復号を行う方法および/またはシステムが必要である。またさらに、暗号化鍵を通信リンク上に公開されることのないシステムも必要である。

本発明は、安全なデジタル信号復号装置および復号器を製造する方法およびシステムを提供する。複数の実施形態が、通信バス上で暗号化鍵を公開されることなく、信号を復号および復号する方法およびシステムを提供している。本発明は、これらの利点、および、特に上述していないが以下の部分で説明しているこれ以外の利点を提供するものである。

デジタル信号を安全に復号復号する方法およびシステムを開示する。本発明の一つの実施形態は、まず、第１論理回路において暗号化された信号にアクセスする。その後、この実施形態は、第１論理回路とは別の第２論理回路において、暗号化した信号のための放送暗号化鍵を決定する。例えば、放送鍵の決定が行われた第２論理回路に、信号を受信中の第１回路が通信リンクを介してアクセスすることが可能である。次に、放送暗号化鍵が、公開鍵によって暗号化され、通信リンク上に送信される。すると、第１論理回路において、暗号化された放送暗号化鍵が復号される。したがって、放送暗号化鍵が決定される。次に、第１論理回路において、暗号化された信号が、放送暗号化鍵を用いて復号される。その結果、暗号化されていない放送暗号化鍵を通信リンク上に公開されることなく、暗号化された信号が復号される。

本発明の別の実施形態では、上の段落で説明したステップに加えて、第２論理回路が、ディフィーヘルマン(Diffie-Hellman)鍵交換技術を用いて、第１論理回路と協働する公開暗号化鍵を生成する。

さらに別の実施形態では、放送暗号化鍵の暗号化は、記憶したプログラムコンピュータが、第２論理回路において、コンピュータ制御プログラムに従って実行される。また別の実施形態では、第２論理回路において、コンピュータ制御プログラムが第２コンピュータ制御プログラムで置き換えられる。別の実施形態では、第１論理回路において、コンピュータ制御プログラムが第２コンピュータ制御プログラムで置き換えられる。

一つの実施形態では、まず、第１論理回路においてローカル暗号化鍵が生成される。次に、第１公開鍵の手段によりローカル暗号化鍵が暗号化され、通信リンクを介して第２論理回路へと送信される。その後、第２公開鍵によってローカル暗号化鍵が暗号化され、通信リンクを介して第３論理回路へ送信される。第２論理回路、さらに第３論理回路において、ローカル暗号化鍵が復号される。これにより、第２論理回路および第３論理回路によってローカル暗号化鍵が安全に決定される。次に、第２論理回路において、ローカル暗号化鍵を用いてデジタル信号が暗号化され、第３論理回路へ送信され、さらに、第３論理回路において、ローカル暗号化鍵を用いて復号される。

別の実施形態は、安全なデジタル信号を処理するシステムを提供している。このシステムは、遠隔地にある記憶されたプログラムコンピュータとローカルメモリを備えた第１論理回路と、ローカル暗号化装置を備えた第２論理回路とを実装している。第１論理回路は、復号鍵を復号し、この復号鍵を第２論理回路に供給する。第２論理回路は、暗号化鍵を用いてデジタル信号を暗号化する。したがって、このシステムは、暗号化していない暗号化鍵が公開されることなく、受信した放送信号の暗号化が可能である。

さらに別の実施形態では、ローカルメモリは、コンピュータ制御プログラムの修正を行えるように修正可能に構成されている。そのため、コンピュータ制御プログラム内の潜在的なエラーを修復することが可能である。さらに、暗号化技術を変更することができる。

また別の実施形態では、ローカルメモリは、第１論理回路の外部からローカルメモリのコンテンツを見ることができないように構成されている。そのため、ローカル暗号化鍵を見ることは不可能であり、処理システムの安全性が保たれる。

別の実施形態は、デジタル信号の処理に用いる暗号化技術を修正するための情報を含んだメッセージにアクセスするデジタル信号を処理する方法を提供する。

以下に記載する本発明の詳細な説明では、安全な鍵配布を用いてデジタル信号を安全に復号および復号する方法およびシステムについて詳細について説明することで、本発明を完全に理解できるようにする。しかし、当業者には、これらの詳細な説明等を用いなくても本発明を実施できることが理解されるだろう。あるいは、別の例では、本発明の実施形態を不必要に不明瞭化することのないように、周知の方法、手順、構成要素、回路についての説明は省いてある。
（注釈および用語）

以下に示す詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ上で実行できるデータビットの操作の手順、ステップ、論理ブロック、工程、およびこれ以外の記号表示に関連して示されている。これらの記載および表示は、データ処理分野の当業者が、自分の仕事内容を他の当業者に対して最も効率的に伝えるために用いる手段である。ここでは、手順、コンピュータ実行されるステップ、論理ブロック、工程等を、一般的に、所望の結果へと導くステップまたは指示の首尾一貫した順序として理解している。ステップは、物理量の物理的操作を要するステップである。通常、これらの物理量は電気信号または、記憶、伝送、組み合わせ、比較、もしくはコンピュータシステム内での操作が可能な磁気信号の形式であるが、これに限られることはない。主に一般的な使用の理由で、ときにはこれらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数等と呼ぶことが便利なこともある。

しかしながら、これら全ての、および類似する用語は、適切な物理量と関連すべきものであり、また、単純にこれらの量に付するラベルでしかない点に留意するべきである。特に明記がない限り、以下の記述から明白になるように、本発明全体を通して、「指標付けする」、「処理する」、「演算する」、「翻訳する」、「計算する」、「決定する」、「スクロールする」、「表示する」、「認識する」、「生成する」等の用語を用いた説明は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内の物理（電子）量として示されたデータを操作し、これをコンピュータシステムメモリ、レジスタ、または同種の情報記憶、伝送、表示装置内の類似の物理量として示された別のデータに変換するコンピュータシステム、または類似の電子計算装置の動作および処理を参照することが理解される。
（安全な鍵配布を行う安全なデジタル復号器）

本発明は、安全な鍵配布を用いてデジタル信号を安全に復号および復号化する方法およびシステムを提供する。通信リンク上の暗号化鍵の盗難に対処するために、本発明の実施形態は、通信リンク上で転送する前に、公開鍵暗号化技術を用いた手段によって鍵自体を暗号化する。

公開鍵の基本的な特性は、それが、公開鍵を用いて暗号化した信号を復号するのに十分な情報を提供しないことである。あるいは、公開鍵を用いて暗号化した信号を、暗号化された信号の受信者のみが知っている、秘密鍵として知られている秘密情報を用いて復号することも可能である。この秘密鍵は、公開鍵を生成する際に同時に作成することができる。

この特定のために、公開鍵を用いて情報を暗号化する中間工程を設けることなく、公開鍵を隠さない状態で伝送することができる。よく知られた公開鍵を決定する方法の１つに、ディフィーヘルマン(Diffie-Hellman)鍵交換技術がある。これ以外のよく知られた公開鍵の決定方法には、リベストシャミールエイドルマン（ＲＳＡ（Rivest-shamir-Adleman））アルゴリズムがある。本発明の実施形態にこれ以外の公開鍵を決定する技術を十分適用できることが理解される。さらに、本発明の実施形態はローカル暗号化鍵を提供することで、システムの機能ブロック間で暗号化されていない信号のビットストリームが公開されないようにしている。

図２は、デジタル復号器２００の具体的な構成を示すブロック図である。現在受信中の信号を再生するときには、フロントエンド１１０がデジタル放送信号１７０の同調及び復調を行い、復調された信号を取り外し可能なセキュリティモジュールであるポイントオブディプロイメント（ＰＯＤ）１２０へ送る。ＰＯＤ１２０は暗号化された放送信号を復号し、この復号された信号をデータ暗号化規格（ＤＥＳ）に基づいて再度暗号化する。ＤＥＳは、周知の暗号化技術である。再度暗号化された信号は、条件付きアクセスブロック２３０へ送られる。

ＰＯＤ１２０は、マルチサービスプロバイダ（ＭＳＯ）（また、ケーブルシステムオペレータとしても知られている）によって提供される。ＰＯＤ１２０は、ＭＳＯケーブルヘッドエンド（図示せず）とＰＯＤ１２０の間でセキュリティプロトコルを実現する。このセキュリティプロトコルの詳細部分については述べないが、ＰＯＤ１２０は、セットトップボックス１００をこのＭＳＯケーブルヘッドエンドから切り離す。

安全鍵協定及び呼び掛け/応答技術に従って放送鍵を取り決めるために、ＰＯＤ１２０とセットトップボックス中央演算処理装置１６０は、バス１０５を介して通信する。

ＣＰＵ１６０及びローカルプロセッサ３３６は、公開鍵を取り決めるためにバス１０５を介して通信している。一つの好ましい実施形態によれば、この公開鍵は、ディフィーヘルマン(Diffie-Hellman)鍵交換技術に従って生成される。これ以外の公開鍵決定技術も本発明の実施形態に適切であることが理解される。次に、ＣＰＵ１６０は、この公開鍵を用いて事前に決定されている放送暗号化鍵を暗号化する。その後、ＣＰＵ１６０は、この暗号化された放送暗号化鍵をバス１０５を介してローカルプロセッサ３３６に送り、ローカルプロセッサ３３６は暗号化された放送暗号化鍵を復号する。

条件付きアクセスブロック２３０は、放送暗号化鍵を用いてＰＯＤ１２０からの放送信号を復号し、バス１０６に取り付けられている記憶装置（図示せず）を用いて、放送信号の任意の記憶及び再生をバス１０６を介して管理する。

次に、ＣＰＵ１６０は、条件付きアクセスブロック２３０とＡ/Ｖ復号ブロック２４０の間の信号の暗号化に用いるローカル暗号化鍵を決定する。一つの好ましい実施形態では、このローカル暗号化鍵は、ＤＥＳを用いたときに強力な暗号化を行うために生成される。

事前にＣＰＵ１６０とローカルプロセッサ３３６間で公開鍵を取り決めているため、次に、ＣＰＵ１６０は公開暗号化鍵を用いてローカル暗号化鍵を暗号化する。次に、ＣＰＵ１６０は暗号化したローカル暗号化鍵をバス１０５を介してローカルプロセッサ３３６に伝送する。ローカルプロセッサ３３６は、この暗号化されたローカル暗号化鍵を復号する。条件付きアクセスブロック２３０は、このローカル暗号化鍵を用いてデジタル信号を暗号化し、暗号化された信号をＡ/Ｖ復号ブロック２４０に送る。

ＣＰＵ１６０及びローカルプロセッサ３４２はバス１０５上で通信して公開鍵を交換する。一つの好ましい実施形態では、この公開鍵は、ディフィーヘルマン(Diffie-Hellman)鍵交換技術に従って生成される。次に、ＣＰＵ１６０は、この公開鍵を用いて事前に決定されているローカル暗号化鍵を暗号化する。その後、暗号化したローカル暗号化鍵をバス１０５を介してローカルプロセッサ３４２に伝送し、ローカルプロセッサ３４２は暗号化されたローカル暗号化鍵の復号を行う。

オーディオ／ビデオ復号ブロック２４０は、条件付きアクセスブロック２３０からの信号にアクセスし、ローカル暗号化鍵を用いてこの信号を復号する。次に、オーディオ／ビデオ復号ブロック２４０は、信号のオーディオ成分とビデオ成分を分離し、各信号を復号テレビジョン受像機（図示せず）に再生するＡ/Ｖ信号１８０を生成する。

図３Ａに示すように、放送復号装置３３３は、ＰＯＤ１２０からの暗号化されたビットストリームにアクセスする。バスインターフェース３３７は、条件付きアクセスブロック２３０とバス１０５を機能的に接続する。ＣＰＵ１６０とローカルプロセッサ３３６が公開暗号化鍵を取り決める。

次に、ＣＰＵ１６０は、公開暗号化鍵を用いて放送鍵を暗号化する。その後、ＣＰＵ１６０は、この暗号化された放送鍵をバス１０５を介してローカルプロセッサ３３６に送る。ローカルプロセッサ３３６は、暗号化された放送鍵を復号し、放送鍵を放送復号装置３３３に供給する。

記憶モードにおいて、放送復号装置３３３からの復号されたビットストリームはデジタル伝送コンテンツ保護（ＤＴＣＰ）ブロック３３２において再度暗号化される。ＤＴＣＰブロック３３２は、ＩＥＥＥ１３９４シリアルバスの暗号化部である。再度暗号化されたビットストリームは、ＩＥＥＥ１３９４インターフェース３３１及びバス１０６を介して記憶装置（図示せず）に送られる。

再生モードにおいて、ＩＥＥＥ１３９４バス１０６から暗号化されたビットストリームが読み出され、ＤＴＣＰブロック３３２によって復号される。ＤＴＣＰブロック３３２からの又は直接放送復号装置３３３からの信号を見るために、ローカル暗号化装置３３５はこの信号にアクセスする。

ＣＰＵ１６０がローカル暗号化鍵を生成する。ＣＰＵ１６０とローカルプロセッサ３３６の間で事前に公開鍵を取り決めてあるので、ＣＰＵ１６０はこの公開暗号化鍵を用いてローカル暗号化鍵を暗号化する。その後、ＣＰＵ１６０は、暗号化されたローカル暗号化鍵をバス１０５を介してローカルプロセッサ３３６に送る。ローカルプロセッサ３３６は暗号化されたローカル暗号化鍵を復号し、この復号されたローカル暗号化鍵をローカル暗号化装置３３５に送る。そして、ローカル暗号化装置３３５は、このローカル暗号化鍵を用いて信号の暗号化を行う。

デジタル復号器２００は、さらに中央演算処理装置１６０、ローカルプロセッサ３３６、３４２を備えており、これらは例えば図６に示すようにコンピュータシステムである。ＣＰＵ１０６は第１回路２３０、第２回路２４０から離れており、すなわち通信リンク１０５または別の機構がこれらを分離する。セキュリティの目的で、本発明の実施形態は、ＣＰＵ１０６と条件付きアクセスブロック２３０の間で伝送される鍵の暗号化を行う。同様に、本発明は、ＣＰＵ１０６とＡ/Ｖ復号ブロック２４０の間で伝送される鍵の暗号化を行う。一つの好ましい実施形態では、通信リンク１０５はＰＣＩバスである。

バスインターフェース１０６、１０５は、例えばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェース、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）カードインターフェース、カードバスまたは周辺機器相互接続（ＰＣＩ）インターフェース、ミニＰＣＩインターフェース、ＩＥＥＥ１３９４、小型コンピュータシステムインターフェース（ＳＣＳＩ）、パーソナルコンピュータメモリカードインターナショナルアソシエーション（ＰＣＭＣＩＡ）インターフェース、インダストリスタンダードアーキテクチャ（ＩＳＡ）インターフェース、ＲＳ−２３２インターフェースなどの様々な物理バスインターフェースであり制限はされていない。

図３Ａはさらに、ローカルプロセッサ３３６と機能的に接続されたローカルメモリ３３４を示している。ローカルメモリ３３４は、暗号化鍵を含むプログラム命令および他の情報を記憶する。一つの好ましい実施形態では、ローカルメモリ３３４の少なくとも一部分を変更し、新規のプログラム命令を受けとることが可能である。一つの好ましい実施形態では、ローカルメモリ３３４が条件付きアクセスブロック２３０の外部からアクセスできないように構成されている。このような構成により、暗号化鍵及び復号化鍵を含むプログラム命令及び他の情報への無認可アクセスが防止される。このようなアクセスを防止する技術の一つに、条件付きアクセスブロック２３０を備えた集積回路の外部ピン上でローカルメモリ３３４の信号が公開されないようにするものがある。

図３Ｂに示すように、ローカル復号装置３４５は、ローカル暗号化装置３３５からの暗号化されたビットストリームにアクセスする。バスインターフェース３４３は、Ａ/Ｖ復号ブロック２４０とバス１０５を機能的に接続する。ＣＰＵ１６０及びローカルプロセッサ３４２は、第２公開暗号化鍵の取り決めを行う。次に、ＣＰＵ１６０は、この第２公開暗号化鍵を用いてローカル復号鍵を暗号化する。その後、ＣＰＵ１６０は、暗号化されたローカル復号鍵をバス１０５を介してローカルプロセッサ３４２に送る。ローカルプロセッサ３４２は暗号化されたローカル復号鍵を復号し、ローカル復号装置３４５にこの復号されたローカル復号鍵を供給する。そして、ローカル復号装置３４５は暗号化されたビットストリームを復号する。

ローカル復号装置３４５からの復号または「クリア」されたビットストリームに、ＴＰ/ＤＥＭＵＸブロック３４６がアクセスする。ＴＰ/ＤＥＭＵＸ３４６は、オーディオ成分及びビデオ成分をビットストリームから分離する。

分離されたビデオ信号は、ＴＰ/ｄｅｍｕｘブロック３４６からビデオ復号ブロック３４７に送られ、Ａ/Ｖ信号１８０の一部を生成し、テレビジョン受像機（図示せず）に送られてて表示される。

分離されたオーディオ信号は、ＴＰ/ｄｅｍｕｘブロック３４６からオーディオ復号ブロック３４８に送られ、Ａ/Ｖ信号１８０の一部を生成し、テレビジョン受像機（図示せず）又はテレビジョン受像機以外のオーディオ増幅器（図示せず）に送られて音声になる。

図３Ｂはさらに、ローカルプロセッサ３４２と機能的に接続されたローカルメモリ３４１を示している。ローカルメモリ３４１は、暗号化鍵有するプログラム命令及び他の情報を記憶する。一つの好ましい実施形態では、ローカルメモリ３４１は、オーディオ／ビデオ復号ブロック２４０の外部からアクセスできないように構成されている。このような構成により、暗号化及び復号化鍵を含むプログラム命令及び他の情報への無認可アクセスが防止される。このようなアクセスを防止する技術のひとつに、Ａ/Ｖ復号ブロック２４０を備えた集積回路の外部ピン上でローカルメモリ３４１の信号が公開されないというものがある。

次に図４を参照しながら、デジタル信号を安全に処理する方法を示した工程４００について説明する。工程４００は、コンピュータメモリ内に記憶されている命令を実行することで実現され、例えば汎用コンピュータシステムのプロセッサで実行することが可能である。工程４００は、一つの好ましい実施形態では、分離された別個の論理回路において実行されるステップを含んでおり、従って複数のコンピュータシステムが必要である。

ステップ４０１において、二つの論理回路間、例えば条件付きアクセスブロック２３０とＣＰＵ１６０間の相互のやりとりによって公開鍵の決定および交換が行われる。さらに、各ブロック（２３０、１６０）が、専用の秘密鍵を内部で生成する。周知の公開鍵決定の方法の一つに、ディフィーヘルマン(Diffie-Hellman)鍵交換技術がある。これ以外の周知の公開鍵決定の方法にはＲＳＡがある。しかし本発明は、これ以外の公開鍵生成技術にも十分適用できる。公開鍵は、ローカルメモリ、例えばローカルメモリ３３４内に記憶される。

ステップ４０５において、条件付きアクセスブロック２３０は暗号化されたビットストリームを受けとる。

ステップ４１０において、暗号化されたビットストリームの受けとり場所から離れた場所、例えばＣＰＵ１６０で暗号化されたビットストリーム用の復号鍵が決定される。例えばデジタル復号器２００において、ＰＯＤ１２０は放送復号鍵を決定し、暗号化された形態でバス１０５を介してＣＰＵ１６０に送られる。次に、ＣＰＵ１６０は放送復号鍵を復号する。

ステップ４２０において、ＣＰＵ１６０は、ステップ４０１で決定された公開鍵と内部秘密鍵を用いて復号鍵を暗号化する。一つの好ましい実施形態では、ローカルメモリの一部、例えばＣＰＵ１６０のローカルメモリ（図示せず）の一部が公開鍵にアクセスし、また、暗号化を実行するべくＣＰＵ１６０を制御するコンピュータプログラムにローカルメモリの第２の部分がアクセスする。

ステップ４３０において、暗号化された復号鍵は、第２の場所、例えばＣＰＵ１６０から通信リンク、例えばバス１０５を介して第１の場所、例えば条件付きアクセスブロック２３０に送られる。

ステップ４４０において、暗号化された復号鍵は、例えばローカルプロセッサ３３６によって復号される。一つの好ましい実施形態では、ローカルメモリ、例えばローカルメモリ３３４の一部が公開鍵にアクセスし、ローカルプロセッサ３３６が復号を実行するように制御するコンピュータプログラムに、ローカルメモリ３３４の第２部分がアクセスする。

ステップ４５０において、復号した復号鍵を用いて、例えば放送復号装置３３３によって暗号化されたビットストリームが復号される。

次に図５を参照し、回路間でビットストリームを安全に伝送する方法をしめした工程５００について説明する。工程５００は、コンピュータメモリに記憶されている命令を実行することで実現され、任意の汎用コンピュータシステムのプロセッサで実行される。工程５００は、一つの好ましい実施形態では、分離された別個の論理回路において実行されるステップを含んおり、これを実現するために複数のコンピュータシステムが必要である。

ステップ５０５において、ローカル暗号化装置３３５は、デジタル伝送コンテンツ保護ブロック３３２又は放送復号装置３３３のいずれかからデジタル信号にアクセスする。

ステップ５１０において、第１論理回路、例えばＣＰＵ１６０と第２論理回路、例えば条件付きアクセスブロック２３０の間で第１公開暗号化鍵が生成される。さらに、各論理回路（１６０、２３０）は、専用の秘密鍵を内部で生成する。ステップ５１５において、第１論理回路、例えばＣＰＵ１６０と第３論理回路、例えばオーディオ／ビデオ復号ブロック２４０との間で第２公開暗号化鍵が生成される。さらに、各論理回路（１６０、２３０）は専用の秘密鍵を内部生成する。しかし、本発明にはこれ以外の公開鍵生成技術にも十分適用される。

ステップ５２０において、例えばＣＰＵ１６０は暗号化鍵の決定を行う。一つの好ましい実施形態では、ローカル暗号化鍵はデータ暗号化規格（ＤＥＳ）の要求と互換性がある。

ステップ５２５において、例えばＣＰＵ１６０は復号鍵の決定を行う。ローカル暗号化にＤＥＳを用いる一つの好ましい実施形態では、ローカル復号鍵はローカル暗号化鍵と同一である。例えばより高度のセキュリティまたはより好ましい計算特性を実現するため、これ以外の暗号化形態を選択することも可能である。別の暗号化形態においては、暗号化鍵とは異なる復号鍵が必要な場合もある。

ステップ５３０において、第１公開鍵及び専用の秘密鍵を用いて、例えばＣＰＵ１６０がローカル暗号化鍵の暗号化を行う。一つの好ましい実施形態では、ローカルメモリ、例えばＣＩＰＵ１６０のローカルメモリ（図示せず）の一部が公開鍵および秘密鍵にアクセスし、また、ローカルメモリの第２部分が、ＣＰＵ１６０を暗号化を実行するように制御するコンピュータプログラムにアクセスする。

ステップ５３５において、暗号化されたローカル暗号化鍵は、第２論理回路、例えばローカルプロセッサ３３６に伝送され、通信リンク、例えばバス１０５にアクセスする。

ステップ５４０において、例えばＣＰＵ１６０は、第２公開鍵暗号化鍵および専用の秘密鍵を用いてローカル復号鍵の暗号化を行う。

ステップ５４５において、暗号化されたローカル復号鍵は、第３論理回路、例えばローカルプロセッサ３４２に伝送され、通信リンク、例えばバス１０５にアクセスする。

ステップ５５０において、例えばローカルプロセッサ３３６は、第１公開鍵と専用の秘密鍵を用いて暗号化されたローカル暗号化鍵の復号を行う。一つの好ましい実施形態では、ローカルメモリ、例えばローカルメモリ３３４の一部が復号鍵にアクセスし、また、ローカルメモリの第２部分が、ローカルプロセッサ３３６の復号の実行を制御するように制御するコンピュータプログラムにアクセスする。

ステップ５６０において、例えばローカル暗号化装置３３５は、第２回路によってアクセスされたデジタル信号をローカル暗号化鍵を用いて暗号化する。一つの好ましい実施形態では、この暗号化は、周知の暗号化技術であるＤＥＳに従って実行される。しかしながら、本発明はこれ以外の暗号化技術にも十分に適用される。

ステップ５６５において、暗号化されたデジタル信号は、ローカル暗号化装置３３５から第３回路、例えばローカル復号装置３４５に送られる。

ステップ５７０において、例えばローカルプロセッサ３４２は、この暗号化されたローカル復号鍵を第２復号鍵及び専用の秘密鍵を用いて復号する。

ステップ５８０において、ローカルプロセッサ３３６は、ローカル暗号化装置３３５が受け取ったデジタル信号を暗号化鍵を用いて暗号化する。

ステップ５８０において、ローカル復号装置３４５は、例えばローカルプロセッサ３４２からローカル復号鍵にアクセスする。ローカル復号装置３４５は、暗号化されたデジタル信号を復号して元の明瞭なデジタル信号を再生する。一つの好ましい実施形態では、この復号は周知の暗号化技術であるＤＥＳに従って実行される。しかし、本発明の実施形態によれば、これ以外の周知の暗号化技術の使用も可能であることが理解される。

最後に、ステップ５８５において、ローカル復号装置３４５はデジタル信号を出力する。これによって、デジタル信号は、暗号化されていない状態で公開されることなく、条件付きアクセスブロック２３０からＡ/Ｖ復号ブロック２４０に安全に転送されたことになる。さらに、転送のための暗号化および復号鍵（単数または複数）の安全な方法による配布も実行された。

さらに、各々の異なるコンテンツ素材（例えば動画）を受信時に、公開鍵の生成、工程４００、工程５００にて記述したビットストリーム暗号化の鍵の生成を定期的に実行することが可能である。鍵の変更を頻繁に行うことにより、使用可能な鍵の全てを連続的に試みるいわゆる「ブルートフォース」攻撃から本発明の方法およびシステムを保護することができる。

図６は、中央演算処理装置１６０、ローカルプロセッサ３３６、ローカルプロセッサ３４２の一部を形成することが可能な、コンピュータシステム６００の具体的な回路構成を示す図である。コンピュータシステム６００は、情報通信を行うためのアドレス/データバス６５０、情報および命令の処理を行うようにバスに機能的に接続されている中央プロセッサ６０５、バス６５０と接続され中央プロセッサ６０５で処理する情報及び命令を記憶する揮発性メモリ６１５（例えばランダムアクセスメモリＲＡＭ）、バス６５０と接続されプロセッサ６０５で処理する統計的情報および命令を記憶する不揮発性メモリ６１０（例えば読取専用メモリＲＯＭ）を備えている。コンピュータシステム６００は、さらに、中央プロセッサ６０５で処理する情報および命令を記憶するための変更可能な不揮発性メモリ６２０（例えばフラッシュメモリ）を任意に備えることができ、また、このメモリはシステム６００の製造後に更新することが可能である。

さらに、コンピュータシステム６００は、バス６５０と接続され情報および命令を記憶するデータ記憶装置６３５（例えばＰＣＭＣＩＡメモリカード）を任意に備えることができる。

図６のコンピュータシステム６００は、英数字入力装置６３０を任意に備えることも可能である。この英数字入力装置６３０は、情報および命令選択を中央プロセッサ６０５に送ることが可能である。コンピュータシステム６００で用いられている任意のディスプレイ装置６２５は、例えば液晶装置、ブラウン管（ＣＲＴ）、電界放出装置（ＦＥＤ。フラットパネルＣＲＴとも呼ばれている。）、発光装置（ＬＥＤ）、エレクトロルミネセンス装置、又はこれ以外のユーザが認識できる図形画像および英数字の作成に適した装置であってよい。任意の信号入力/出力通信装置６４０もバス６５０と接続されている。

一つの好ましい実施形態では、ＲＯＭ６１０、ＲＡＭ６１５、フラッシュ６２０は、各々の機能回路外部からアクセスできないように構成されている。このように構成されていることにより、暗号化鍵及び復号鍵を含んだプログラム命令及び他の情報への無認可アクセスが防止される。このようなアクセスを防止する技術の一つに、集積回路の外部ピン上でバス６５０の信号を公開させないようにするものがある。

図７は、デジタル信号処理の暗号化技術を修正する工程８００について説明する図である。ステップ８１０において、フロントエンド１１０はデジタル放送信号１７０にアクセスする。ステップ８１５において、フロントエンド１１０からのビットストリームはＰＯＤ１２０にてアクセスされ復号される。ステップ８２０において、ＰＯＤ１２０は放送暗号化鍵を用いてビットストリームの再度暗号化を行う。ステップ８２５において、放送復号装置３３３は、ＰＯＤ１２０からの暗号化されたビットストリームにアクセスし復号を行う。

マルチサービスオペレータ（ＭＳＯ）（ケーブルシステムオペレータとも呼ばれている）に、デジタル放送信号１７０の処理時にデジタル復号器２００が用いる暗号化技術を変更させることが望ましい場合がある。

工程８００により、ＭＳＯが公開鍵交換技術に用いられている暗号化されたパラメータの変更することが可能になり、また、鍵の生成及び鍵の暗号化を制御するプログラムコードをＭＳＯで置き換えることが可能である。プログラムコードの置き換えを行うことで、プログラムエラーをフィールド内に固定したり、またはデジタル復号器２００に全く新しい暗号化工程をインストールすることも可能である。

このような変更を行うには、ＭＳＯがデジタル復号器２００のコンフィギュレーションメッセージ(configuration message)を生成する。このメッセージにはコマンドフォーマットが含まれているが、これは、メッセージを通常のビデオデータ、また、変更に必要なさらなる情報、例えば暗号パラメータの新規の値から区別するためのものである。

このコンフィギュレーションメッセージは、ＭＳＯ（図示せず）のヘッドエンドにおけるビデオ及び他のパケットと同じ方法で、パッケージ化、時間多重化、スクランブル処理される。

ステップ８３０において、ローカルプロセッサ３３６は、このようなコンフィギュレーションメッセージを検出するために放送復号装置３３３から出力された復号済みのデータストリームを監視する。このようなメッセージが検出されなかった場合には、ステップ８３２において通常のビデオ信号処理を継続する。

ステップ８３０において、コンフィギュレーションメッセージが検出されると、ローカルプロセッサ３３６は放送復号装置３３３に対して非ビデオ信号を送信しないよう命令する。ローカルプロセッサ３３６は、ステップ８３５においてメッセージを収集し、ステップ８４０においてコンフィギュレーションメッセージをバス１０５を介して中央プロセッサ１６０に送信する。

ステップ８４５において、ＣＰＵ１６０はメッセージの解析を行う。次に、ＣＰＵ１６０は、ローカルプロセッサ３３６、３４２の一方または両方についてさらにローカルコンフィギュレーションメッセージを生成する。これらのローカルコンフィギュレーションメッセージは、ローカルプロセッサのための命令、例えばローカルメモリ３３４、３４１のようなローカルメモリに記憶するための新規の情報を含んでいる。使用可能なコンフィギュレーションメッセージのいつくかは、全てのローカルプロセッサ及びローカルメモリへの変更が不要であることが理解される。工程８００の流れは、コンフィギュレーションメッセージの要求に従って、ステップ８５０またはステップ８５５のいずれかへ進む。ここで記述した２つのコンフィギュレーションメッセージ以外のコンフィギュレーションメッセージも使用可能であり、また、これを同様の方法で処理することも可能であることが理解される。

ステップ８５０へ進んだ場合には、ＣＰＵ１６０は、ローカルコンフィギュレーションメッセージをバス１０５を介してローカルプロセッサ３３６、３４２に送る。このメッセージは、命令コード及び新規の暗号化パラメータを含んでいる。

また、ステップ８５５へ進んだ場合には、ＣＰＵ１６０は、ローカルコンフィギュレーションメッセージをバス１０５を介してローカルプロセッサ３３６、３４２へ送信する。このメッセージは、命令コードと、新規のプログラム命令と、また任意で、これ以外の新規のプログラムが用いる新しい情報とを含んでいるがこれに限定されるものではない。

新規のプログラム命令は、デジタル信号処理の方法の多くの態様を変更することが可能であり、これには例えば、ディフィーヘルマン(Diffie-Hellman)からＲＳＡへといた公開鍵の生成方法の変更、ＤＥＳ等への鍵暗号化方法の変更などがある。

ステップ８６０において、ローカルプロセッサ３３６はローカルコンフィギュレーションメッセージにアクセスする。ローカルプロセッサ３３６は、そのローカルメモリ、例えばローカルメモリ３３４内に新規の情報を記憶する。

ステップ８６５において、ローカルプロセッサ３３６は、ローカルプロセッサ３３６がローカルメモリ３３４の更新を正常に完了した旨を示す確認メッセージをバス１０５を介してＣＰＵ１６０に送信する。さらにＣＰＵ１６０は、コンフィギュレーションメッセージを受け取ると、必要に応じて暗号化パラメータのコピーを更新するか、または新規のプログラムをローカルメモリ内にロードする。

本発明の好ましい実施形態は、安全鍵配布によって、デジタル信号を安全に復号および復号化する方法およびシステムについて説明してきた。本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明を、これらの実施形態に限定されるものとして解釈するのではなく、むしろ、添付の特許請求項に従って解釈されるべきであることを理解しなければならない。

従来型のデジタルビットストリーム復号装置および復号器を示す。 本発明の一つの実施形態による例証的なデジタルビットストリーム復号装置および復号器を示す。 本発明の一つの実施形態による条件付きアクセスブロックを示す。 本発明の一つの実施形態によるオーディオ／ビデオ復号ブロックを示す。 本発明の一つの実施形態による、暗号化鍵を通信リンク上で安全に送信するステップを含む、論理回路間でデジタル信号を安全に送信する工程のフローチャートを示す。 本発明の一つの実施形態による、暗号化鍵を通信リンク上で安全に送信するステップを含む、論理回路間でデジタル信号を安全に送信する工程のフローチャートを示す。 本発明の実施形態を実現する上でプラットホームとして用いられるコンピュータシステムの略図を示す。 本発明の一つの実施形態による、デジタル信号処理に用いる暗号化技術を修正する工程の流れ線図を示す。

Claims (16)

1. 第１論理回路と、該第１論理回路とは異なる第２論理回路とを有する復号器内でデジタル信号を安全に処理する方法であって、
   ａ） 上記第１論理回路と上記第２論理回路との間の公開暗号化鍵を取り決め；
   ｂ） 上記第１論理回路が暗号化された信号を受信し；
   ｃ) 上記暗号化された信号を復号化するための第１復号鍵を上記第２論理回路が決定し；
   ｄ） 上記第１復号鍵を、上記第２論理回路が上記公開暗号化鍵を用いて暗号化し；
   ｅ） 上記暗号化された第１復号鍵を、上記第２論理回路から上記第１論理回路へ通信リンクを介して転送し；
   ｆ） 上記第１論理回路において、上記第１復号鍵を決定するために、上記公開暗号化鍵に対応する秘密鍵を用いて上記暗号化された第１復号鍵を復号し；
   ｇ） 上記第１論理回路において、上記第１復号鍵を用いて上記暗号化された信号を復号する方法。
2. ａ）が、ディフィーヘルマン鍵交換技術を用いて上記公開暗号化鍵を生成する請求項１に記載の方法。
3. ｄ）が、
   ｄ１） 上記第２論理回路におけるローカルメモリの第１部分から上記公開暗号化鍵にアクセスし；
   ｄ２） 上記第２論理回路におけるローカルメモリの第２部分からコンピュータ制御プログラムにアクセスし；
   ｄ３） 上記公開暗号化鍵を用いて第１復号鍵を暗号化するために、上記第２論理回路において上記コンピュータ制御プログラムを実行する請求項１に記載の方法。
4. ｄ）が、
   ｄ１） 上記第２論理回路において、ローカルメモリの第1部分から上記公開暗号化鍵にアクセスし；
   ｄ２） 上記第２論理回路において、ローカルメモリの第２部分に記憶されているコンピュータ制御プログラムを新規のコンピュータ制御プログラムと置き換え；
   ｄ３） ローカルメモリの上記第２部分から、上記新規コンピュータ制御プログラムにアクセスし；
   ｄ４） 上記公開暗号化鍵を用いて上記第１復号鍵を暗号化するために、上記第２論理回路において、上記新規コンピュータ制御プログラムを実行する請求項１に記載の方法。
5. ｆ）が、
   ｆ１） 上記第１論理回路において、ローカルメモリの第１部分から第２復号鍵にアクセスし；
   ｆ２） 上記第１論理回路において、ローカルメモリの第２部分からコンピュータ制御プログラムにアクセスし；
   ｆ３） 上記第２復号鍵を用いて上記第１復号鍵を復号するために、上記コンピュータ制御プログラムを実行する請求項１に記載の方法。
6. ｆ）が、
   ｆ１） 上記第１論理回路において、ローカルメモリの第１部分から第２復号鍵にアクセスし；
   ｆ２） 上記第１論理回路において、ローカルメモリの第２部分に記憶されているコンピュータ制御プログラムを、新規のコンピュータ制御プログラムと置き換え；
   ｆ３） ローカルメモリの上記第２部分から、上記新規のコンピュータ制御プログラムにアクセスし；
   ｆ４） 上記第２復号鍵を用いて上記第１復号鍵を復号するために、上記第２論理回路において上記新規コンピュータ制御プログラムを実行する請求項１に記載の方法。
7. 上記デジタル信号が、実質的にＭＰＥＧ(Motion Picture Experts Group)形式に準拠している請求項１に記載の方法。
8. 第１論理回路、第２論理回路及び第３論理回路を有する復号器内でデジタル信号を安全に処理する方法であって、
   ａ） 上記第１論理回路と上記第２論理回路との間の第１公開暗号化鍵を取り決め、上記第１論理回路と上記第３論理回路との間の第２公開暗号化鍵を取り決め；
   ｂ） 上記第１論理回路においてローカル暗号化鍵およびローカル復号鍵を生成し；
   ｃ） 上記第１論理回路において、上記第１公開暗号化鍵を用いて上記ローカル暗号化鍵を暗号化し、また、上記第２公開暗号化鍵を用いて上記ローカル復号鍵を暗号化し；
   ｄ） 通信リンクを介して、上記暗号化したローカル暗号化鍵を上記第１論理回路から上記第２論理回路へ転送し、上記暗号化したローカル復号鍵を上記第１論理回路から上記第３論理回路へ転送し；
   ｅ） 上記第１公開暗号化鍵に対応する第１秘密鍵を利用することにより、上記第２論理回路において、上記暗号化したローカル暗号化鍵を復号し、また、上記第２公開暗号化鍵に対応する第２秘密鍵を利用することにより、上記第３論理回路において、上記暗号化したローカル復号鍵を復号し；
   ｆ） 暗号化形式の上記デジタル信号を、上記第２論理回路から上記第３論理回路へ、第２通信リンクを介して転送する方法。
9. ｆ）が、
   ｆ１） 上記第２論理回路において、上記ローカル暗号化鍵を用いて上記デジタル信号を暗号化し、
   ｆ２） 暗号化形式の上記デジタル信号を、上記第２論理回路と上記第３論理回路の間で、上記第２通信リンクを介して転送し、
   ｆ３） 上記第３論理回路において、上記論理復号鍵を用いて、上記デジタル信号の暗号化形式を復号する請求項８に記載の方法。
10. ｅ）が、
    ｅ１） 上記第１公開暗号化鍵を用いて、上記第２論理回路において、上記暗号化されたローカル暗号化鍵を復号し；
    ｅ２） 上記第２公開暗号化鍵を用いて、上記第３論理回路において、上記暗号化されたローカル復号鍵を復号する請求項８に記載の方法。
11. ｃ）が、
    ｃ１） 上記第１論理回路のローカルメモリの第1部分から上記第１公開暗号化鍵にアクセスし；
    ｃ２） 上記第１論理回路のローカルメモリの第２部分からコンピュータ制御プログラムにアクセスし；
    ｃ３） 上記第１ローカル暗号化鍵を暗号化するために、上記第１論理回路上で上記コンピュータ制御プログラムを実行する請求項８に記載の方法。
12. ｃ）が、
    ｃ１） 上記第１論理回路のローカルメモリの第１部分から、上記第１公開暗号化鍵にアクセスし；
    ｃ２） 上記第１論理回路において、ローカルメモリの第２部分に記憶されているコンピュータ制御プログラムを、新規のコンピュータ制御プログラムと置き換え；
    ｃ３） ローカルメモリの上記第２部分から上記新規のコンピュータ制御プログラムにアクセスし；
    ｃ４） 上記第１ローカル暗号化鍵を暗号化するために、上記第１論理回路上で上記新規のコンピュータ制御プログラムを実行する請求項８に記載の方法。
13. ａ）が、ディフィーヘルマン鍵交換技術を用いて、上記第１公開暗号化鍵および第２公開暗号化鍵を生成する請求項８に記載の方法。
14. ｅ）が、
    ｅ１） 上記第２論理回路のローカルメモリの第１部分から復号鍵にアクセスし；
    ｅ２） 上記第２論理回路のローカルメモリの第２部分からコンピュータ制御プログラムにアクセスし；
    ｅ３） 上記ローカル暗号化鍵を復号するために、上記第２論理回路上で上記コンピュータ制御プログラムを実行する請求項８に記載の方法。
15. ｅ）が、
    ｅ１） 上記第２論理回路のローカルメモリの第１部分から復号鍵にアクセスし；
    ｅ２） 上記第２論理回路においてローカルメモリの第２部分に記憶されているコンピュータ制御プログラムを、新規のコンピュータ制御プログラムと置き換え；
    ｅ３） 上記ローカルメモリの第２部分から、上記新規のコンピュータ制御プログラムにアクセスし；
    ｅ４） 上記ローカル暗号化鍵を復号するために、上記新規のコンピュータ制御プログラムを上記第２論理回路上で実行する請求項８に記載の方法。
16. 上記第２論理回路における上記デジタル信号の暗号化と、上記第３論理回路における上記暗号化したデジタル信号の復号が、データ暗号化規格の手順に従って実施される請求項８に記載の方法。

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