JP4976633B2 - データの安全な伝送のための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（背景）
本発明は、一般にデータの安全な伝送に関する。より詳細には、本発明は、送信ユニットおよび受信ユニットの間の安全な情報の交換を確立するためのシステムに関する。
【０００２】
送信側および受信側の間のデータの伝送において、送信ユニットおよび受信ユニットが、データが伝送可能な安全なチャンネルを確立していない場合に、安全な取引を行うことができるシステムの必要性がある。Ｄ１は、送信側および受信側の間でデータを送信するための種々の機構を示す。例えば、対称キー技術によるチャレンジ応答が、（キー化された）１ウェイ機能に基づいたチャレンジ応答であるとして議論される。Ｄ１はまた、対称符号化に基づいたキー輸送の使用を開示する。安全なチャンネルを別個に存在させることはしばしば困難である。ゆえに、このような別個の安全なチャンネルが存在しない場合でも送信ユニットおよび受信ユニットの間で安全な情報交換が可能なシステムの必要性がある。
【０００３】
ある場面において、例えば、送信ユニットは事務管理情報を受信ユニットに送信する必要がある。この事務管理情報は、暗号化される必要はなくてもよいが、認証される必要はあるようである。従って、事務管理情報は、例えば伝送チャンネルを介したその伝送の間に攻撃者によって不正をされずに送信されることを確実にする必要がある。伝送されるメッセージを不正にしようとする攻撃者は、データを不正にするために、伝送中に「仲介者（ｍａｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ）」攻撃を行い得る。従って、このような不正を防止するシステムの必要性がある。
【０００４】
（要旨）
本発明は、送信ユニットおよび受信ユニットの間のインターフェイスを介してデータを伝送ための方法および装置を提供する。このシステムは、送信器に共有キーを提供し、受信器に共有キーを提供し、受信器に受信器キー（ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿ｋｅｙ）を提供し、受信器キーを送信器に運搬し、送信器に送信器キーを提供し、送信器キー（ｓｅｎｄｅｒ＿ｋｅｙ）を受信器に運搬し、ペイロードメッセージを提供し、少なくとも共有キー、受信器キー、および送信器キーを使用して認証ペイロードメッセージを生成し、確認の認証ペイロードメッセージを生成し、そして認証ペイロードメッセージおよび確認の認証ペイロードメッセージを使用してペイロードメッセージを認証することが可能である。取引識別子がまた、共有キー、受信器キー、および送信器キーとともに使用されて、認証ペイロードメッセージおよび確認の認証ペイロードメッセージを生成し得る。
【０００５】
本発明の他の特徴およびさらなる特徴は、本発明を実施するためのある方法および装置が示される添付図面と関連して本明細書を考慮すると、当業者に明らかとなる。本発明は、開示された説明に限定されないが、本発明の意図および特許請求の範囲に入るすべての改変および変更を含むことが理解されるべきである。
【０００６】
（特定の実施形態の説明）
インターフェイスを介したデータを伝送する方法は、一般に送信器および受信器の間のインターフェイスを確立し、送信器および受信器に共有キーを提供することとして述べられ得る。受信器にはまた受信器キーが提供され、送信器にはまた送信器キーが提供される。受信器および送信器はそれらの各キーを交換する。従って、送信器は受信器キーを取得し、受信器は送信器キーを取得する。次いで、ペイロードメッセージ、すなわち、認証が必要とされるメッセージが提供される。認証ペイロードメッセージは、少なくとも共有キー、受信器キー、および送信器キーを使用して生成される。確認の認証ペイロードメッセージがまた生成される。最終的に、認証ペイロードメッセージおよび確認の認証ペイロードメッセージが、もとのペイロードメッセージを認証するために使用される。
【０００７】
ここで、図１ａ、図１ｂ、および図１ｃのフローチャート１００を参照すると、本発明の一つの実施形態を実施する方法が示され得る。ブロック１０４では、送信器には共有キーが提供される。「送信器」は、通信チャンネルを介して信号（例えば、データのバイナリストリーム）を放送または送信する送信ユニット（例えば、送信器）であると考えられる。共有キーはしばしばシークレットキーである。すなわち、「共有キー」は、認証された取引を確立する際の使用（しかし、このような使用には必ずしも限定されない）のために、送信器および受信器の双方が所有するキーである。例えば、共有キーは、別のプロセス（例えば、暗号化／復号化プロセス）の一部として、送信器および受信器の間で交換されたキーであり得る。従って、送信器および受信器はそれぞれ、共有キーのコピーを有する。共有キーを有する受信器は、ブロック１０８に示される。「受信器」は、通信チャンネルを介して送信ユニットによって送信された信号を受信することが可能な受信ユニットであると考えられる。ブロック１１２において、受信器キーが生成される。「受信器キー」は、インターフェイスの受信器側で生成されるキーである。受信器キーの一つの例は、「臨時（ｎｏｎｃｅ）」である。臨時は、システムにおいて一度だけ使用された生成した数（例えば、ランダムに生成した数）である。臨時は、それらが「再生」攻撃を防止するために使用され得る点で有用である。従って、臨時が受信器および送信器の間で一旦使用されると、受信器および送信器は、臨時用に使用されたその同じ数が再び使用された場合の再生攻撃を認識する。ブロック１１６では、受信器キーは、例えば受信器でメモリに格納される。臨時が受信器キーおよび送信器キーのために使用されると、それらはそれぞれ受信器臨時（ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿ｎｏｎｃｅ）および送信器臨時（ｓｅｎｄｅｒ＿ｎｏｎｃｅ）と呼ばれ得る。さらに、臨時が必然的にランダムに生成されると、このような受信器キーは受信器ランダム数臨時（ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿ｒａｎｄｏｍ＿ｎｕｍｂｅｒ＿ｎｏｎｃｅ）と呼ばれ得る。
【０００８】
ブロック１２０において、取引識別子が生成する。取引識別子は、送信器および受信器の間の情報プロセスの交換を識別する。従って、送信器および受信器は、取引識別子と送信器および受信器の間で変換された情報とを結合し、交換されている情報の目的を識別する。目的の特定のプロセスにおいて、取引識別子は、進行中の認証取引を識別する。従って、ブロック１２４では、取引識別子が生成した後、それは、例えば受信器に格納され得る。ブロック１２８では、以前に生成した受信器キーが送信器に運搬される。好ましくは、この運搬は、ブロック１２８および１３２で示されるように、インターフェイスを介して取引識別子とともに、受信器キーを送信器に伝送することで発生する。このようにして、取引識別子は、送信器が取引の目的を認識する受信器キーデータと結合され得る。
【０００９】
図１ｂでは、ブロック１３６において、送信器に送信されたまたは運搬された受信器キーが送信器で格納される。ブロック１４０では、受信器で生成した取引識別子がまた送信器で格納される。
【００１０】
このプロセスは、ブロック１４４、１４８、１５２、および１５６で示されたような送信器キーの生成において一般に繰り返される。「送信器キー」は、インターフェイスの送信器で生成されたキーである。従って、送信器キーは１４４に示されるように生成される。再度、送信器キーは、送信器キーの交換における再生攻撃を防止するために、ランダム数臨時であり得る。ブロック１４８において、送信器キーが送信器で格納される。次いで、送信器キーは、１５２で示されるように、受信器に運搬され得る。先に説明したように、送信器および受信器の間の情報の交換は、送信器および受信器の間で交換されている情報に攻撃する取引識別子の使用によって達成され得る。これはブロック１５６で示される。
【００１１】
ブロック１６０では、送信器キーとともに運搬された取引識別子の値が、受信器キーとともに送信された取引識別子の格納された値と比較される。この比較により取引識別子が格納された値と同じであるということが確認されると、プロセスが継続する。しかし、取引識別子が変更されると、データは認証手順の一部として無視される。これはブロック１６４で示される。ブロック１６８に示されるように、取引識別子が認識されると、送信器キーは受信器のメモリに受信器で格納され得る。
【００１２】
ブロック１７２は、ペイロードメッセージの情報を示す。ペイロードメッセージは、送信器によって送信され、かつ認証されるべき目的の情報である。従って、それは、認証プロセスを必要とする情報である。ペイロードメッセージの例は、ＭＰＥＧ符号化データストリームのための４つの異なる程度のコピー保護を示す２ビットのパケットの情報である。認証はこのプロセスのことであり、それによりユーザまたは情報ソースによりその主張がその人であるということが判明する。従って、認証によりペイロードメッセージのような情報がそのオリジナルに関して確認されることが可能になる。
【００１３】
ブロック１７６において、認証ペイロードメッセージが形成される。認証ペイロードメッセージは、送信器によって送信されたペイロードメッセージを認証するための、例えば受信器によって使用されるメッセージである。認証ペイロードメッセージは、送信器および受信器の双方によって所有されるデータ値を使用して形成される。例えば、認証ペイロードメッセージは、共有キー、受信器キー、および送信器キーを使用して形成され得る。あるいは、取引識別子および／または追加のデータ値がまた、認証ペイロードメッセージを生成するために使用され得る。これらの種々のキーおよび／または識別子を付加し、そして付加されたデータのセットでハッシュアルゴリズムを実行することにより、独自の認証ペイロードメッセージが引き出される。データのフィールドをハッシュするために任意の特定のアルゴリズムを利用することは重要ではない。独自のデータの入力に基づいた独自の結果を生成する任意のアルゴリズムが利用され得ることが考えられる。
【００１４】
ペイロードメッセージは、ブロック１８０に示されるように、インターフェイスを介して送信者側から受信者側に運搬される。「インターフェイス」は、２つのデバイス間の境界の物理的なポイントであると考えられる。従って、インターフェイスの受信器サイドおよびインターフェイスの送信器サイドがある。このペイロードメッセージは、ブロック１８２において受信器で格納される。図１ｃにおいて、ブロック１８４では、認証ペイロードメッセージが受信器に運搬される。次いで、認証ペイロードメッセージが、ブロック１８６に示されるように受信器で格納される。さらに、取引識別子は、ブロック１８８に示されるように認証ペイロードメッセージとともに運搬され得る。もう一度、ブロック１９０に示されるように、受信器によって格納された取引識別子の値と認証ペイロードメッセージとともに運搬された取引識別子の値との間で比較が行われる。取引識別子が先に送信された値と適合しない場合、認証ペイロードメッセージはブロック１９２に示されるように無視される。
【００１５】
ブロック１９４において、確認の認証ペイロードメッセージが生成する。確認の認証ペイロードメッセージは、認証ペイロードメッセージの生成において使用された同じ情報またはデータ値を使用するインターフェイスの受信器サイドに生成する。従って、例えば、確認の認証ペイロードメッセージは、共有キー、受信器キー、および送信器キーを利用する受信器によって生成される。あるいは、取引識別子が認証ペイロードメッセージの生成において使用された場合、それが過度に使用されるので確認の認証ペイロードメッセージを生成することはできない。認証ペイロードメッセージを生成するために使用された場合と同じアルゴリズムが確認の認証ペイロードメッセージを生成するために使用される。従って、認証ペイロードメッセージと同じ情報を利用する確認の認証ペイロードメッセージは、認証ペイロードメッセージと同じであるべきである。それらが同じであるか否かを判定するために、ブロック１９６に示されるように、確認の認証ペイロードメッセージが認証ペイロードメッセージと比較される。このようなテストがブロック１９７でなされ、２つの値の同一性が判定される。２つの値が同じでない場合、プロセスはブロック１９８に示されるように中止される。しかし、確認の認証ペイロードメッセージが認証ペイロードメッセージと同じである場合、認証は完了するか、または達成され、ブロック１９９に示されるようにペイロード情報が使用され得る。
【００１６】
図２は、図１ａ、図１ｂ、および図１ｃに示された方法の実際の例を示す。ケーブルテレビ産業において、セットトップコンポーネントおよびスタンドアローンのチップに集積されたケーブルシステム条件付アクセスシステムコンポーネントの両方を含むセットトップボックスが使用される。しかし、１９９６ Ｃａｂｌｅ Ａｃｔ ａｎｄ １９９８ ＦＣＣ Ｒｕｌｅ ａｎｄ Ｏｒｄｅｒは、ナビゲーションデバイスは、セキュリティ機能の別個のモジュールへの分離によって競合するようにオープンにされるべきであることを要求している。従って、ここでは、セットトップボックスの条件付アクセスシステムとケーブル伝送の内容を獲得することを望む者によって攻撃されるようにオープンにされているセットトップボックスの残りの部分との間にチャンネルが存在する。図２は、図１ａ、図１ｂ、および図１ｃに示された方法を使用し得る実施を示す。回路２００では、ケーブルヘッドエンド２０１は、ケーブルアクセス暗号化システム２０８が暗号化する入来の信号を取得する。次いで、暗号化された信号は、４相増幅変調出力（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｕｔｐｕｔ）２０４に送信される。ＱＡＭ出力信号は、セットトップボックスの受信器２１０でＱＡＭ入力２１２に伝送される。一旦受信されると、信号はインターフェイス２２２を介して送信器２１４に伝送される。送信器では、条件付アクセス情報がブロック２１６で復号化される。送信器２１４はまた、コピー保護符号化ユニット２２０およびメモリ２２２から構成される。条件付アクセス情報の一つの局面は、コピー保護情報である。例えば、ケーブルヘッドエンドは特定のケーブル番組について許可されたコピーの程度を示し得る。従って、番組の価値が大きい場合、セットトップボックスでコピーされることが許可されないことを示すコピー保護を有し得る。あるいは、番組に価値がない場合、コピー保護情報は、セットトップボックスが番組の複数のコピーについて自由であることを示し得る。さらに別の代替として、コピー保護情報は、一つのさらなるコピーがセットトップボックスによって生成されることが可能であることを示し得る。従って、これにより、番組をセットトップボックスから一つ以上のデバイスに配信することが容易になる。それゆえ、番組に関するコピー保護情報は、たった１つまたは２つのビットだけで具現化され得る。
【００１７】
ＣＣＩ情報としても公知であるコピー保護情報は、インターフェイス２２２を介してセットトップボックスに運搬されることを必要とする。送信器２１４および受信器２１０の間のインターフェイスが露出され、従って認証の程度がＣＣＩ情報を送信する際に必要とされる。セットトップボックスが価値のある番組の複数のコピーを生成することを可能にするように、攻撃者はＣＣＩ情報を変更しようとするかもしれない。従って、ＣＣＩ情報は、攻撃者はＣＣＩ情報をより低い保護レベルへと不正しないようにすることを確実にするために認証されるべきである。上記のフローチャート１００の方法は、このタスクを達成するために使用され得る。すなわち、送信器および受信器は、符号化／復号化キーが受信器および送信器の双方で格納されたより以前の取引からの符号化／復号化キーを共有する。従って、それらはそれぞれ共有キーのコピーを有している。さらに、上記のように、それらは、再生攻撃を防止するように臨時を変更することができる。次いで、ＣＣＩ情報は、ペイロードメッセージおよびハッシュアルゴリズムが共有キー、受信器キー、および送信器キーを使用して実行され得る場合に使用され得る。ペイロードデータが認証されると、コピー保護情報はブロック２２４において受信器２１０で復号化される。復号化されたコピー保護情報を用いると、番組信号が末端ユーザデバイスに配信され得る。従って、ブロック２２８では、ＭＰＥＧ信号の展開が達成され、種々の変換器チップに出力され得る。例えば、アナログＴＶと適合可能な信号を生成するために、アナログ出力チップ２３０が末端ユーザデバイス２３４のために使用され得る。あるいは、デジタルＴＶ２３８が末端ユーザデバイスである場合、ＭＰＥＧ信号は１３９４ファイアワイヤチップ２３２に送信され得る。これは、図２に示されるデジタルＶＣＲ２４２の場合についても同様である。
【００１８】
本発明の種々の実施形態が、本発明を実施するための方法および装置として記載されてきた。本発明は、コンピュータに接続可能な符号（例えば、コンピュータに常駐した符号またはコンピュータによってアクセス可能な符号）によって実施され得ることが理解されるべきである。例えば、ソフトウェアが上記の方法の多くを実施するために使用され得る。従って、本発明がハードウェアによって達成される実施形態に加えて、これらの実施形態は、その中に具現化されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを有するコンピュータ使用可能な媒体から構成された製品（これは、本明細書の説明に開示された機能を可能にする）の使用によって達成され得ることにも留意されたい。それゆえ、上記の実施形態はまた、それらのプログラムコード手段における本特許によって保護されると考えられる。
【００１９】
キャリア波および伝送媒体により伝播された信号（例えば、電気信号および光信号）で具現化されたコンピュータ信号として達成され得る。従って、上記の種々の情報は、構造（例えば、データ構造）においてフォーマットされ、そして伝送媒体による電気信号またはコンピュータ読み取り可能な媒体に格納された電気信号として伝送され得る。
【００２０】
本明細書中に記載される多くの構造および作用は、機能を実行する手段として、または機能を実行するステップとして、それぞれ記載され得ることにも留意されたい。それゆえ、本明細書内に開示されるこのような構造および作用、ならびにそれらの均等物（参考として援用される事項を含む）をすべて包含するために、このような用語が付けられることが理解されるべきである。
【００２１】
本発明の実施形態の装置および方法、ならびに多くのそれに伴う利点が本明細書から理解され、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、あるいはその材料の利点すべてを犠牲にすることなく、形態、構成、およびその部分の配置において、種々の変更がなされ得、本明細書中の形態は単にその例示的な実施形態を記載することが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 図１ａは、本発明の一つの実施形態を実行するためのフロー図を示す。
【図１ｂ】 図１ｂは、本発明の一つの実施形態を実行するためのフロー図を示す。
【図１ｃ】 図１ｃは、本発明の一つの実施形態を実行するためのフロー図を示す。
【図２】 図２は、本発明の一つの実施形態を実行するための回路を示す。

Claims (17)

1. 送信器（２１４）および受信器（２１０）の間のインターフェイスを介してデータを伝送する方法であって、前記送信器および前記受信器は、前記インターフェイスを介して通信し、
   前記方法は、
   前記送信器（２１４）に共有キーを提供することと、
   前記受信器（２１０）に前記共有キーを提供することと、
   前記受信器（２１０）に受信器キーを提供することと、
   ペイロードメッセージの伝送を準備することの一部として前記受信器キーを前記受信器（２１０）から前記送信器（２１４）に運搬することと、
   前記送信器（２１４）に送信器キーを提供することと、
   前記ペイロードメッセージの伝送を準備することの一部として前記送信器キーを前記送信器（２１４）から前記受信器（２１０）に運搬することと、
   前記送信器（２１４）に前記ペイロードメッセージを提供することと
   を包含し、
   前記ペイロードメッセージを提供することは、
   前記ペイロードメッセージ、前記共有キー、前記受信器キー、前記送信器キーを少なくとも使用して認証ペイロードメッセージを前記送信器（２１４）において生成することと、
   前記認証ペイロードメッセージを前記インターフェイス（２２２）を介して前記送信器（２１４）から前記受信器（２１０）に伝送することと、
   前記受信器（２１０）において受信された前記認証ペイロードメッセージから前記ペイロードメッセージを取得することと、
   前記認証ペイロードメッセージから取得された前記ペイロードメッセージ、前記共有キー、前記受信器キー、前記送信器キーを少なくとも使用して前記受信器（２１０）において確認の認証ペイロードメッセージを生成することと、
   前記確認の認証ペイロードメッセージと前記認証ペイロードメッセージとを比較することにより、前記認証ペイロードメッセージが前記確認の認証ペイロードメッセージと同じであるか否かを判定することによって、前記認証ペイロードメッセージと前記確認のペイロードメッセージとを使用して、前記認証ペイロードメッセージから前記受信器（２１０）によって取得された前記ペイロードメッセージを認証することと
   によって特徴付けられる、方法。
2. 前記受信器に受信器キーを提供することは、前記受信器において前記受信器キーを生成することを包含する、請求項１に記載の方法。
3. 前記受信器キーを生成することは、前記受信器キーに対して１回限りの数を使用することを包含する、請求項２に記載の方法。
4. 前記受信器キーを前記送信器に運搬することは、前記インターフェイスを介して前記受信器キーを伝送することを包含する、請求項２に記載の方法。
5. 前記送信器に送信器キーを提供することは、前記送信器において前記送信器キーを生成することを包含する、請求項１に記載の方法。
6. 前記送信器キーを生成することは、前記送信器キーに対して１回限りの数を使用することを包含する、請求項５に記載の方法。
7. 前記送信器キーを前記受信器に運搬することは、前記インターフェイスを介して前記送信器キーを伝送することを包含する、請求項５に記載の方法。
8. 前記受信器キーとともに、前記受信器から前記送信器に取引識別子を運搬することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
9. 前記認証ペイロードメッセージを生成することは、前記取引識別子を使用することを包含する、請求項８に記載の方法。
10. 前記送信器キーとともに、前記送信器から前記受信器に取引識別子を運搬することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
11. 前記送信器キーおよび前記受信器キーを入れ換える場合、取引識別子を確認することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
12. 前記インターフェイスを介して、前記送信器から前記受信器に前記認証ペイロードメッセージを運搬することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
13. 前記認証ペイロードメッセージを生成することは、前記インターフェイスの前記送信器サイドで前記認証ペイロードメッセージを生成することを包含する、請求項１に記載の方法。
14. 前記取引識別子を使用して前記認証ペイロードメッセージを生成することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
15. 前記確認の認証ペイロードメッセージを生成することは、前記インターフェイスの前記受信器サイドで前記確認の認証ペイロードメッセージを生成することを包含する、請求項１に記載の方法。
16. 前記確認の認証ペイロードメッセージを生成することは、前記共有キー、前記受信器キー、前記送信器キーを少なくとも使用することを包含する、請求項１に記載の方法。
17. 前記取引識別子を少なくとも使用して前記認証ペイロードメッセージを生成することをさらに包含する、請求項１６に記載の方法。

Images