JP4707031B2 - 優先されたピクセル伝送方式に従って伝送または貯蔵されるデジタルデータの暗号化および解読するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載のプリアンブルにより、優先されたピクセル伝送方式に従って伝送または貯蔵されるデジタルデータの暗号化および解読するための方法に関する。

情報コンテンツ、例えば映像、ビデオ、オーディオデータおよび文書の作成は非常に費用がかかる。このような情報コンテンツを伝送および貯蔵する場合、多くの適用事例で情報コンテンツを不正アクセスから保護するために、前記情報コンテンツを暗号化することが有意義であり、かつ必要である。そのため、前記の課題を満たす一連の暗号化方式およびアプリケーションがある。

この場合、情報コンテンツの暗号化は様々なレベルで行うことができる。
− 例えばパーソナルコンピュータでパスワード保護による直接的使用またはプログラムアクセス用、
− 例えばＥメールアプリケーションで既知のＰＧＰ暗号化方式によるアプリケーションからの独立、
− 情報の伝送、例えばＩＰＳｅｃ（インターネット・プロトコル・セキュリティ）によるインターネットを介した情報伝送の場合。

従来知られている暗号化方式には情報コンテンツを柔軟かつスケーリング可能に暗号化する可能性が欠如している。すなわち、例えば情報コンテンツおよび特殊アプリケーションに応じて適合した暗号化を実施できるようにするための柔軟な設定可能性がない。しかしながら、このようなものは、例えばビデオを申込みに応じて（ビデオ・オン・デマンド）提供したい場合に有意義とすることができ、様々なビデオ品質のために、例えば映像解像度に応じて異なる料金で算定されるべきである。

本発明の課題は、情報コンテンツを柔軟かつスケーリング可能に暗号化することを可能にする優先されたピクセル伝送方式に従って伝送または貯蔵されるデジタルデータの暗号化および解読するための方法を提供することにある。

この課題は本発明により請求項１の特徴によって解決される。

本発明に係る方法の基礎として、ドイツ特許出願公開ＤＥ１０１１３８８０．６（ＰＣＴ／ＤＥ０２／００９８７に相当）およびＤＥ１０１５２６１２．１（ＰＣＴ／ＤＥ０２／００９９５に相当）に記載されている優先されたピクセル伝送による映像またはビデオデータの圧縮および解凍方法を適用する。この方法において、個々の画素（ピクセル）のアレイから構成される、例えばデジタル映像またはビデオデータが処理され、各ピクセルは、ピクセルの色または輝度情報を伝える時間的に変化するピクセル値を有する。本発明により各ピクセルもしくは各ピクセル群に１つの優先権が割り当てられ、ピクセルはその優先順位に応じて優先権アレイに整理される。このアレイは、各時点で優先順位に従って選別されるピクセル値を含む。優先順位に応じて前記ピクセルと、優先順位の計算に利用するピクセル値が伝送もしくは記憶される。１つのピクセルは、その隣接するピクセルとの違いが非常に大きい場合、優先権が高くなる。再構築のために、それぞれ実際のピクセル値がディスプレイに表示される。まだ伝送されていないピクセルは、すでに伝送されたピクセルから計算される。

ドイツ特許出願ＤＥ１０１１３８８０．６およびＤＥ１０１５２６１２．１の開示は、コンテンツ的に全て本発明の開示に採用されるものとする。

本発明によりデータパッケージの形態による優先されたピクセル群が伝送もしくは記憶され、このデータパッケージは映像データを画素（ピクセル）の形態で含むことができるだけでなく、あらゆる形式のデジタルデータを１つのアレイに記憶することができる。この場合、１つのデータパッケージは、アレイ内のピクセル群の位置を伝えるデータ値と、ピクセル群の個々のピクセル値とから構成される。ピクセル群のポジション値および／またはピクセル群のピクセル値の暗号化によって、不正アクセスに対してデータコンテンツを保護することが可能になる。使用する鍵と、情報コンテンツ、例えばポジション値および／またはピクセル群値のどの部分が暗号化されるかに応じて暗号化する際に様々な要求を考慮することができる。データパッケージはその重要性に従って変化する順序で伝送および／または記憶される。それによって、少なくとも静的な、時間的に変化しないｎ次元のアレイにおいて本発明によるピクセル群の暗号化および復号化もその重要性に基づいて可能になる。

最新の先行技術に対する本発明の長所は、暗号化方式のスケーリング可能な取扱いにある。従来の方法と異なり、様々な要求に対するポジション値および／またはピクセル群値の前記暗号化は、対応するアプリケーションと装置においてこの方式のみを実行する必要がある利点を提供する。この方法が一度実行されると、様々な要求が１つの共通の方法を利用することができる。これはインプリメンテーションの数を低減し、とりわけ特に移動装置で制限付きでのみ提供されるメモリスペースを節約する。インプリメンテーションの数の低減は、オーディオ、映像およびビデオデータを同じ方式で暗号化する可能性から生じる。

本発明の有利な実施形態およびその他の形成は従属請求項に記載されている。

以下、本発明の幾つかの実施例を説明する。

情報コンテンツが２次元の映像ファイル（映像アレイ）として存在することを前提とする。映像アレイの各画素（ピクセル）は、例えば３２ビット値（ピクセル値）によって表される。３２ビットは、例えばそれぞれ８ビットをもつ４つの値（透明、赤、緑、青）に分割されている。映像アレイの画素が数え上げられ、各ピクセルの位置が整数で確定される。ピクセル群の位置をアレイの内部に表示する基準ピクセルと、基準ピクセルを取り囲む別のピクセルとから構成されるピクセル群が形成される。各ピクセル群は、その「映像重要度」に従って１つの優先順位が割り当てられ、最高の優先順位をもつピクセル群が初めに記憶もしくは伝送される。

ピクセル群は、ここで本発明による様々な暗号化ステップで伝送もしくは貯蔵することができる。

暗号化なし：
全情報コンテンツへの自由アクセスがある。すなわち、ピクセル群は暗号化されずに伝送される。

単純な鍵の使用：
ただ１つの鍵が暗号化および解読に使用される。すなわち、１つの対称暗号化方式が利用される。この場合、例えば１つのピクセル群の基準ピクセルのポジション値を暗号化することができ、それによって適合する鍵なしには映像アレイ内でのピクセル群の１つの位置正確なポジショニングが不可能になる。鍵は第２伝送路、例えばＥメールまたは郵送で伝達することができる。その他のインフラストラクチャは不要である。対称暗号化方式は非対称方式、例えばＰＧＰよりも速い。

非対称暗号化方式の使用：
それぞれ１つの私的および公的な鍵が情報コンテンツの暗号化および解読に使用される。暗号化は対称方式に比べて費用がかかり、ポイント・ツー・ポイント関係に制限されている。しかしながら、鍵の伝送のために第２伝送路は不要である。

多重の鍵の使用：
多重の鍵の場合、鍵は個々の鍵の組合せから構成される。鍵は、情報コンテンツ、時間、著作者情報源、伝送媒体またはその他の特徴と依存関係をもつことができる。

それによって情報コンテンツの再生可能性は必要に応じて任意に制限することができ、情報コンテンツはこのように状況に対応して表示することができる。以下はその幾つかの例である：
−鍵の中の時間的要素：情報コンテンツは一定の時点から／一定の時点までを解読することができる。
−伝送媒体に依存する鍵：情報コンテンツは、伝送媒体が一定の識別子を有する場合にのみ解読することができる。
−著作者情報源に依存する鍵：情報コンテンツは、例えばセキュリティコピーの作成時の悪用保護として、この情報コンテンツが記録された装置でのみ解読することができる。

カスケード鍵の使用：
カスケード鍵は、情報コンテンツの部分暗号化を実行するために利用することができる。これは、例えば同じデータ流で、暗号化形態での標準品質と、非暗号化形態での、例えば映像閲覧用の粗悪な品質を伝送するために設けることができ、その際に冗長性は発生しない。この場合、例えば映像の解像度が低下し得る。「解像度」とは、この場合、本方法の適用においてこれは変化しないので、「映像高×映像幅」を意味していない。むしろ解像度の低下によって再構築時にまだ伝送および／または解読されていないピクセル群によって発生し得るオリジナル映像に対する誤差を意味している。カスケード鍵の方法はタマネギの皮の原理に従って作動する。優先されたピクセル伝送方式を適用する場合、例えばピクセル群サイズの減少はカスケード暗号化の形成に利用することができる。１つのピクセル群は、そのポジション値によって一義的に決定される（参照）ピクセルと、多数のその他のピクセルとから構成される。１つのピクセル群が、例えば合計９ピクセルから構成されるとき、例えば５ピクセルを非暗号化で、４ピクセルを暗号化して伝送することができる。５つの非暗号化ピクセルを含む外部のシェルは暗号化を含まず、例えば鍵なしにビデオが切手サイズに見えることが可能になるであろう。次のシェルで１つまたは複数の暗号化ピクセルが伝送される。その他の各シェルのためにもう１つの鍵が使用される。シェルの種類は、伝送する前に送信機と受信機間で取り決められる。この方法により、全ての鍵を有するものと、ビットを最良の品質で見る全てのシェルを解読することができる。

例えば個々の切換のデータ間の依存関係によって発生し得る妨害を少なくするために、この暗号化の形式でポジション値とピクセル群値に加えて、ポジション値とピクセル群値とから算出されるハッシュ値を伝送することができる。受信機で計算したハッシュ値が伝送されたハッシュ値と一致しないとき、このピクセル群は解読されない。それによって別のシェルによる妨害が全く発生しないことが達成される。

様々な鍵と方法の組合せが可能である。

もちろん、本発明に係る暗号化方式は映像およびビデオデータに適用できるだけでなく、画素のデータブロックに類似のデータブロックに分割できるあらゆる種類のデジタルデータに適用できる。

本発明は、以下、簡単な例を利用してより詳しく説明する。

表１に、優先されたピクセル伝送方式に従って提供されたデータ流の一部を示している。値「ＰｏｓＸ」は、ピクセル群の各位置を表し、値「Ｐｘ＿ｎ」はピクセル群に含まれるピクセルの個々のピクセル値を表す。各ピクセル群は、例えば５ピクセルから構成される。

表２は、ポジション値のみの暗号化を示す。利点：データ流の一部を暗号化する必要があるだけであり、これは全データ一式の暗号化に比べ明らかに性能が向上する。このように暗号化した鍵情報なしのデータの再構築は不可能であり、あるいは多大な計算費用によってのみ可能である。

表３は、ピクセル群の一部の暗号化を示す。利点：同様に、様々なピクセル値の暗号化によって映像、オーディオまたはビデオデータの再構築で様々な品質を可能にする。後述する例で、受信機はポジション値とピクセル値を鍵なしにＰｘ＿０〜Ｐｘ＿２まで使用することができる。ピクセル値Ｐｘ＿３〜Ｐｘ＿５を解読するためにそれぞれ適合する鍵が必要になる。受信機が鍵／鍵群をピクセル値Ｐｘ＿３〜Ｐｘ＿５用としてもたないとき、アプリケーションはこれらのピクセル値を自由に提供できる値Ｐｘ＿０〜Ｐｘ＿２から再構築しなければならない。しかし受信機には多数のピクセル値が不足しているので、再構築の品質（解像度）は明らかに低減する。

上記の例において、暗号化データおよび非暗号化データが同じデータ流で伝送される。伝送誤りを識別し、復号化が成功したか否かを識別するために、ピクセル群の各部分（ポジション値およびＰｘ＿ｎ）は復号化形態でＣＲＣ試験を含むことができる。伝送誤りが発生し、ＣＲＣ試験が失敗するとき、再構築のために対応するピクセル値は使用されない。ピクセル群の他の部分は引き続き使用することができる。この方法により同時に伝送誤りに対して伝送方式の耐久性が高められる。ＣＲＣ試験の代わりに、ハッシュ関数を使用してもよい。これは良好なセキュリティ保護を提供するが、より高い計算能力が必要になる。

２０×２１ピクセルからなる映像アレイの表示 ピクセル群の種々の形態の表示 映像コーナーに挿入されるピクセル群により新規に生成した映像アレイ すでに挿入されたピクセル群間の面積の充填 別のピクセル群の挿入と中間にある面積の充填

Claims (8)

1. 伝送および記憶のために優先付けられたデジタルデータを暗号化および解読する方法であって、
   前記デジタルデータは、個々のピクセルの配列を含む画像データを含み、
   各ピクセルは、ピクセルの色または輝度情報を記述するピクセル値を有し、
   前記デジタルデータの前記ピクセルは、
   前記配列から複数の個々のピクセル群を形成し、各ピクセル群は、基準ピクセルと、基準ピクセルを取り囲む複数の隣接するピクセルとから構成されるステップと、
   隣接するピクセルのピクセル値に対する基準ピクセルの各ピクセル値を用いてピクセル差分値を計算することにより、前記配列の各ピクセル群の優先値を決定するステップと、
   前記優先値に従って画像配列のピクセル群をソートするステップと
   により優先付けられ、
   暗号化または解読される情報は、個々のピクセル群を有し、
   各ピクセル群は、前記基準ピクセルにより定められるポジション値と、少なくとも１つのピクセル値と、割り当てられた優先値とを有し、
   前記方法は、個々のピクセル群のポジション値および／またはピクセル値を選択的に暗号化または解読するために少なくとも１つの鍵を使用することを有する方法。
2. 前記鍵は、暗号化される情報コンテンツの種類および／または元の情報源、および／または使用する伝送媒体と関連付けされ、または時間的関係を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 各ピクセル値または１つ若しくは複数の選択したピクセル値が自己の別々の鍵で暗号化または解読されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 対称暗号化方式が実施されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項記載の方法。
5. 非対称暗号化方式が実施されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項記載の方法。
6. 前記ピクセル群が１つのオーディオ信号のデジタル化走査値から形成されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項記載の方法。
7. 前記デジタルデータが映像データ、ビデオデータまたはオーディオデータを含むことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項記載の方法。
8. 前記ピクセル値の色度が別々の鍵を使用して階調的に暗号化または解読されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項記載の方法。

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