JP5116599B2 - 階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法及び復号化方法並びにコンテンツ暗号化装置及び復号装置 - Google Patents
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Description
本発明は、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法及び復号化方法並びにコンテンツ暗号化装置及び復号装置に係り、特に、マルチキャスト配信における映像データ等の階層符号化方式にブロードキャスト暗号化・復号化を行うための階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法及び復号化方法並びにコンテンツ暗号化装置及び復号装置に関する。
ディジタルシネマ映像をはじめとする高価なディジタルコンテンツのネットワーク配信は、その高価さ故に高いセキュリティを要求され、現在、各受信者毎に個別に暗号化された後、各受信者に向けてユニキャスト配信されている（図１５）。
今後、配信先の増加に伴い、マルチキャスト配信への要望が次第に強くなると予想される（図１６）。現在行われているマルチキャスト配信ではIP Multicastプロトコルなどが使われており、一つのコンテンツをルータ等のネットワーク内装置でコピーしているが、どの受信者も同一コンテンツを受信している。このため、もしコンテンツが漏洩した場合に、どの受信者が漏洩したかを特定することは困難である。また、漏洩した受信者を特定できた場合に、その後の漏洩者への配信を停止するためには、全受信者の復号鍵が同じであるため、復号鍵を再度配信し直さなければならないという問題もある。これらの問題を解決するために、漏洩者特定を可能とする電子透かし方式（例えば、非特許文献１参照）とブロードキャスト暗号方式（例えば、非特許文献２参照）を組み合わせることにより、漏洩者特定と実質的な配信停止が可能なマルチキャスト配信方式がある（例えば、非特許文献３参照）。
ブロードキャスト暗号方式は、１人の送信者と複数の受信者間で使用され、送信者は同じ暗号文を受信者全体に送信するが、正しく復号できるのは、暗号化時に指定された受信者グループのみというものである。具体的には、復号を許可する全受信者の秘密鍵から公開鍵を生成し、それによって暗号化すると、許可された受信者のみがそれぞれの個人秘密鍵を用いて暗号文を復号できる。このブロードキャスト暗号は、許可された受信者のみがそれぞれの個人秘密鍵を用いて暗号文を復号できるだけでなく、暗号化されたデータも１つで良いことから映像データのマルチキャスト配信に適しており、受信者の数によらず公開鍵が１つでよいため、鍵管理が容易である利点も有している。
一方、近年のネットワークの多様化に伴い、ユーザ毎に伝送路の帯域変動が大きく、また、映像受信端末の解像度も多様化している。このような条件の異なる複数のユーザへの映像の同時配信には、図１７に示す階層化マルチキャスト配信が適している。このような階層化マルチキャスト配信において、ブロードキャスト暗号方式の適用を考えると、ブロードキャスト暗号方式では対象とする暗号化データは１つであることから、直接適用した場合、階層性が失われてしまう。すなわち、映像の品質や解像度毎の受信制御が不可能であり、全受信者に対して同じ品質の映像のみしか受信できない。
R. Parnes and R. Parviainen, "Large scale distributed water-markingof multicast media through encryption, Proc. Of IFIP Communications and Multimedia Security Issues of the New Century, pp. 17-26, 2001 A. Fait and M. Naor, "Broadcast encryption", CRYPTO 1993, LNCS 773,pp. 480-491, 1993 豊島鑑、井上武、植松仁、高橋宏和、仁科五月、高木剛、湊真一、"漏洩者の特定と配信停止が可能なマルチキャスト配信方式"、２００８年電子情報通信学会総合大会、BS-5-5.
R. Parnes and R. Parviainen, "Large scale distributed water-markingof multicast media through encryption, Proc. Of IFIP Communications and Multimedia Security Issues of the New Century, pp. 17-26, 2001 A. Fait and M. Naor, "Broadcast encryption", CRYPTO 1993, LNCS 773,pp. 480-491, 1993 豊島鑑、井上武、植松仁、高橋宏和、仁科五月、高木剛、湊真一、"漏洩者の特定と配信停止が可能なマルチキャスト配信方式"、２００８年電子情報通信学会総合大会、BS-5-5.
しかしながら、上記従来のような階層化マルチキャスト配信において、ブロードキャスト暗号方式の適用を考えると、ブロードキャスト暗号方式では対象とする暗号化データは１つであることから、直接適用した場合、階層性が失われてしまう。すなわち、映像の品質や解像度毎の受信制御が不可能であり、全受信者に対して同じ品質の映像のみしか受信できない。
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、受信者毎に映像の品質や解像度の制御を可能とする階層化マルチキャスト配信を実現する階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法及び復号化方法並びにコンテンツ暗号化装置及び復号装置を提供することを目的とする。
図１は、本発明の原理を説明するための図である。
本発明（請求項１）は、階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う暗号化装置における、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法であって、
鍵生成手段が、階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて同一受信者に対して複数の個人秘密鍵と公開鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、最下層の個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成ステップ（ステップ１）と、
暗号化手段が、各階層で、階層符号化データと、作成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化ステップ（ステップ２）と、を行う。
鍵生成手段が、階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて同一受信者に対して複数の個人秘密鍵と公開鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、最下層の個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成ステップ（ステップ１）と、
暗号化手段が、各階層で、階層符号化データと、作成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化ステップ（ステップ２）と、を行う。
本発明（請求項２）は、暗号化された階層符号化データを復号する復号装置における階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法であって、
請求項１の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された最下位階層の個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信ステップ（ステップ３）と、
鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて、最下位階層の個人秘密鍵から上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成ステップ（ステップ４）と、
復号手段が、個人鍵生成ステップで生成された個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップ（ステップ５）と、を行う。
請求項１の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された最下位階層の個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信ステップ（ステップ３）と、
鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて、最下位階層の個人秘密鍵から上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成ステップ（ステップ４）と、
復号手段が、個人鍵生成ステップで生成された個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップ（ステップ５）と、を行う。
本発明（請求項３）は、階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う暗号化装置における、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法であって、
請求項１の方法により個々の受信者の各階層の個人秘密鍵を、下位階層の個人秘密鍵
から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する際に、
鍵生成手段が、階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて公開鍵と個人秘密鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、該階層符号化データの復号する階層に対応する個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成ステップと、
暗号化手段が、階層符号化データを、各階層で、生成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化ステップと、を行う。
請求項１の方法により個々の受信者の各階層の個人秘密鍵を、下位階層の個人秘密鍵
から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する際に、
鍵生成手段が、階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて公開鍵と個人秘密鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、該階層符号化データの復号する階層に対応する個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成ステップと、
暗号化手段が、階層符号化データを、各階層で、生成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化ステップと、を行う。
本発明（請求項４）は、暗号化された階層符号化データを復号する復号装置における階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法であって、
請求項３の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信するステップと、
鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成ステップと、
復号手段が、生成された上位階層の個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、を行う。
請求項３の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信するステップと、
鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成ステップと、
復号手段が、生成された上位階層の個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、を行う。
本発明（請求項５）は、階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う暗号化装置における、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法であって、
ブロードキャスト暗号方式による暗号化と共通鍵暗号方式による暗号化のハイブリッド暗号化を行う際に、
鍵生成手段が、階層符号化データの階層毎に、受信者の総数から個人秘密鍵と、公開鍵を生成し、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて共通鍵暗号方式の各階層の共通鍵を従属的に生成する鍵生成ステップと、
暗号化手段が、生成された共通鍵を用いて階層符号化データを暗号化し、復号化を許可する受信者の集合と生成された公開鍵によって対応する階層の共通鍵を暗号化する暗号化ステップと、を行う。
ブロードキャスト暗号方式による暗号化と共通鍵暗号方式による暗号化のハイブリッド暗号化を行う際に、
鍵生成手段が、階層符号化データの階層毎に、受信者の総数から個人秘密鍵と、公開鍵を生成し、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて共通鍵暗号方式の各階層の共通鍵を従属的に生成する鍵生成ステップと、
暗号化手段が、生成された共通鍵を用いて階層符号化データを暗号化し、復号化を許可する受信者の集合と生成された公開鍵によって対応する階層の共通鍵を暗号化する暗号化ステップと、を行う。
本発明（請求項６）は、暗号化された階層符号化データを復号する復号装置における階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法であって、
請求項５の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された最下位階層の個人秘密鍵、ヘッダ、暗号化された共通鍵、復号化を許可された受信者の集合を受信するステップと、
共通鍵復号手段が、個人秘密鍵、受信者ＩＤ、ヘッダ、公開鍵、復号化を許可された受信者の集合を用いて対応する階層の暗号化された共通鍵を復号する共通鍵復号ステップと、
共通鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の共通鍵を従属的に生成する共通鍵生成ステップと、
復号手段が、共通鍵生成ステップで生成された共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、を行う。
請求項５の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された最下位階層の個人秘密鍵、ヘッダ、暗号化された共通鍵、復号化を許可された受信者の集合を受信するステップと、
共通鍵復号手段が、個人秘密鍵、受信者ＩＤ、ヘッダ、公開鍵、復号化を許可された受信者の集合を用いて対応する階層の暗号化された共通鍵を復号する共通鍵復号ステップと、
共通鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の共通鍵を従属的に生成する共通鍵生成ステップと、
復号手段が、共通鍵生成ステップで生成された共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、を行う。
本発明（請求項７）は、階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う暗号化装置における、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法であって、
鍵生成、暗号化、復号化の３つのアルゴリズムによりなる既存のブロードキャスト暗号方式と共通鍵暗号方式を用いて、階層符号化データの暗号化を行う際に、
ブロードキャスト暗号方式を階層毎に適用し、
公開鍵生成手段が、階層毎に公開鍵を生成するステップと、
個人秘密鍵生成手段が、アクセスを許可された複数階層の中で最下位層の個人秘密鍵のみを生成し、出力するステップと、
共通鍵生成手段が、共通鍵暗号方式の共通鍵が入力されると、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に各階層の共通鍵を生成するステップと、
暗号化手段が、生成された共通鍵を用いて階層符号化データを暗号化し、該共通鍵を公開鍵で暗号化してブロードキャスト暗号方式のメッセージとして出力するステップと、を行う。
鍵生成、暗号化、復号化の３つのアルゴリズムによりなる既存のブロードキャスト暗号方式と共通鍵暗号方式を用いて、階層符号化データの暗号化を行う際に、
ブロードキャスト暗号方式を階層毎に適用し、
公開鍵生成手段が、階層毎に公開鍵を生成するステップと、
個人秘密鍵生成手段が、アクセスを許可された複数階層の中で最下位層の個人秘密鍵のみを生成し、出力するステップと、
共通鍵生成手段が、共通鍵暗号方式の共通鍵が入力されると、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に各階層の共通鍵を生成するステップと、
暗号化手段が、生成された共通鍵を用いて階層符号化データを暗号化し、該共通鍵を公開鍵で暗号化してブロードキャスト暗号方式のメッセージとして出力するステップと、を行う。
本発明（請求項８）は、暗号化された階層符号化データを復号する復号装置における階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法であって、
請求項７の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、暗号化された共通鍵、ヘッダ、復号を許可された受信者の集合、許可された最下位階層の個人秘密鍵を受信するステップと、
共通鍵復号手段が、個人秘密鍵、ヘッダ、受信者ＩＤ、公開鍵、復号を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された共通鍵を復号する共通鍵復号ステップと、
共通鍵生成手段が、上位階層の共通鍵を暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する共通鍵生成ステップと、
復号手段が、共通鍵復号ステップで復号された共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、を行う。
請求項７の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、暗号化された共通鍵、ヘッダ、復号を許可された受信者の集合、許可された最下位階層の個人秘密鍵を受信するステップと、
共通鍵復号手段が、個人秘密鍵、ヘッダ、受信者ＩＤ、公開鍵、復号を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された共通鍵を復号する共通鍵復号ステップと、
共通鍵生成手段が、上位階層の共通鍵を暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する共通鍵生成ステップと、
復号手段が、共通鍵復号ステップで復号された共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、を行う。
図２は、本発明の原理構成図である。
本発明（請求項９）は、階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置であって、
階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて同一受信者に対して複数の個人秘密鍵と公開鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、最下層の個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成手段１１０と、
各階層で、階層符号化データと、作成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化手段１４０と、を有する。
階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて同一受信者に対して複数の個人秘密鍵と公開鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、最下層の個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成手段１１０と、
各階層で、階層符号化データと、作成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化手段１４０と、を有する。
本発明（請求項１０）は、暗号化された階層符号化データを復号する階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置であって、
請求項９の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された最下位階層の個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段２４０と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて、最下位階層の個人秘密鍵から上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成手段２１０と、
個人秘密鍵生成手段２１０で生成された個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段２３０と、を有する。
請求項９の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された最下位階層の個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段２４０と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて、最下位階層の個人秘密鍵から上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成手段２１０と、
個人秘密鍵生成手段２１０で生成された個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段２３０と、を有する。
本発明（請求項１１）は、階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置であって、
請求項１０の装置により個々の受信者の各階層の個人秘密鍵を、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する際に、
階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて公開鍵と個人秘密鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、該階層符号化データの復号する階層に対応する個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成手段と、
階層符号化データを各階層で生成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化手段と、を有する。
請求項１０の装置により個々の受信者の各階層の個人秘密鍵を、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する際に、
階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて公開鍵と個人秘密鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、該階層符号化データの復号する階層に対応する個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成手段と、
階層符号化データを各階層で生成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化手段と、を有する。
本発明（請求項１２）は、暗号化された階層符号化データを復号する階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置であって、
請求項１１の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された個人秘密鍵、暗号化され他階層化符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成手段と、
生成された上位階層の個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段と、を有する。
請求項１１の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された個人秘密鍵、暗号化され他階層化符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成手段と、
生成された上位階層の個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段と、を有する。
本発明（請求項１３）は、階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置であって、
ブロードキャスト暗号方式による暗号化と共通鍵暗号方式による暗号化のハイブリッド暗号化を行う際に、
階層符号化データの階層毎に、受信者の総数から個人秘密鍵と、公開鍵を生成し、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて共通鍵暗号方式の各階層の共通鍵を従属的に生成する鍵生成手段と、
生成された共通鍵を用いて階層符号化データを暗号化し、復号化を許可する受信者の集合と生成された公開鍵によって対応する階層の共通鍵を暗号化する暗号化手段と、を有する。
ブロードキャスト暗号方式による暗号化と共通鍵暗号方式による暗号化のハイブリッド暗号化を行う際に、
階層符号化データの階層毎に、受信者の総数から個人秘密鍵と、公開鍵を生成し、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて共通鍵暗号方式の各階層の共通鍵を従属的に生成する鍵生成手段と、
生成された共通鍵を用いて階層符号化データを暗号化し、復号化を許可する受信者の集合と生成された公開鍵によって対応する階層の共通鍵を暗号化する暗号化手段と、を有する。
本発明（請求項１４）は、暗号化された階層符号化データを復号する階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置であって、
請求項１３の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された最下位階層の個人秘密鍵、ヘッダ、暗号化された共通鍵、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段と、
個人秘密鍵、受信者ＩＤ、ヘッダ、公開鍵、復号化を許可された受信者の集合,を用いて対応する階層の共通鍵を復号する共通鍵復号手段と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の共通鍵を従属的に生成する共通鍵生成手段と、
共通鍵生成手段で生成された共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段と、を有する。
請求項１３の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された最下位階層の個人秘密鍵、ヘッダ、暗号化された共通鍵、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段と、
個人秘密鍵、受信者ＩＤ、ヘッダ、公開鍵、復号化を許可された受信者の集合,を用いて対応する階層の共通鍵を復号する共通鍵復号手段と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の共通鍵を従属的に生成する共通鍵生成手段と、
共通鍵生成手段で生成された共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段と、を有する。
上記のように本発明によれば、マルチキャスト配信に適する映像データ等の階層符号化方式にブロードキャスト暗号化（復号化）を適用するにあたり、異なる段階の画像毎に必要となる複数の秘密鍵に対して、下位階層画像に対応する秘密鍵（マスタキー）から一方向性ハッシュ関数を用いて従属的に上位階層の秘密鍵を生成することにより、階層化された映像データは許可された受信者のみがそれぞれの一つの個人秘密鍵を用いて暗号文を復号できる。また、任意の受信者の配信のみを停止することが容易に行うことができる。
このような階層型マルチキャスト暗号が実現されると、例えば、スポーツイベントへのライブ有料配信において、金額に応じた質の映像をユーザへ配信するアクセス制御並びに不正があった場合や時間視聴制限による配信停止が可能となる。
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の階層化マルチキャスト暗号におけるベースとなる階層型符号化について説明する。
前述の非特許文献３に代表されるマルチキャストにより配信される映像データは、ある一定の伝送帯域で伝送できるように、H.264/AVC方式やMPEG２方式などによって一定帯域以下に圧縮符号化する必要があり、一度符号化された映像データは伝送帯域が変動しても映像品質を変化させることはできない。また、解像度も固定されており、受信端末に合わせて解像度を変更させるためには、一度復号した後に、画像の拡大／縮小処理を行う必要がある。しかし、近年のネットワークの多様化に伴い、伝送路の帯域変動が大きく、複数の帯域に見合った品質の映像を伝送可能な映像データが必要とされており、また、映像受信端末もNTSCレベルの解像度から、HD(High Definition)やＳＨＤ（Super High Definition）といったサイズまで多様化している。
このような背景のもと、映像品質や映像端末解像度の変化に対応できるJPEG2000やSVC (Scalable Video Coding)などの階層符号化方式が規格化されている。階層符号化方式では、符号器は一度符号化するのみで、圧縮符号化レートや個々の解像度に応じて圧縮データを作り直す必要がなく、単一の圧縮ファイルから、様々な解像度・品質の復号画像が得られる特徴がある。
ここでは、JPEG2000を例に説明する。図３に、JPEG2000エンコーダのシステム構成図を示す。JPEG2000では、低ビットレートでの画質保持、解像度スケーラビリティ実現の容易さからウェーブレット変換を用いる。ウェーブレット変換部１０のウェーブレットフィルタとしては、可逆・非可逆統一符号化をサポートするための可逆フィルタと、非可逆符号化より高いレート・ディスとレーション特性で実現するための非可逆フィルタが用意されている。分割方法は、１次元ウェーブレット変換を画像の縦横各方向に独立に施すことで画像を４つのサブバンドに帯域分割し、最低周波数帯域を再帰的に４バンドに分割するMallet分割に限定される。D回分割することによって、原画像に対して１／２Dの大きさの空間解像度を持つ画像まで分割可能となる。この処理を、水平方向及び垂直方向にそれぞれ施す。復号側では、低域側から順次復号する。U回復号することによって、原画像に対して、２U／2D＝1／2n倍の大きさの空間解像度を持つ画像が復元できる。ウェーブレット変換では、低域から広域へ順次復号する過程で解像度の異なる画像を容易に得ることができる。
次に、ウェーブレット係数は必要に応じて量子化部１１で量子化され、EBCOT(Embedded Block Coding with Optimized Truncation)アルゴリズム２０により符号化される。EBCOTアルゴリズム２０は、コードブロック分割部１２で各サブバンドをコードブロックと呼ばれる正方形のブロック（例えば、６４×６４）に分割する。これらのコードブロックは、それぞれ独立に符号化される。各コードブロックでは、ウェーブレット係数のビットプレーンに基づく係数ビットモデリングを行い、MSBからLSBまでの全てのビットプレーンは、それぞれコンテクストに応じて２つの符号化パスに分解される。次に、係数ビットモデリング部１３により生成されたエンベデッド符号列に対して、算術符号化部１４にて算術符号化を施す。全体のビットレート制御は、コードブロック毎に生成された算術符号化のそれぞれの一部を破棄することにより行われる。また、必要に応じてレイヤという単位にグループ分けされる。最後に、パケット生成部１５にてヘッダ情報などを付加したものが、JPEG2000ビットストリームとなる。JPEG2000は、３つの符号化パスを最小単位として符号が構成されており、パス単位にある優先度を付け、復号時の時間的優先度を制御したり、切捨て符号量を制御することができる。優先度としては、
・Ｌ：SNRを基準としたレイヤ
・Ｒ：空間解像度
・Ｐ：位置
・Ｃ：色
の４つがあり、どのようにこれらを優先的に並べるかによって５種類のスケーラビリティが存在する。レイヤを最優先としたＬＲＣＰがデフォルトとなっている。空間解像度に関して優先的にスケーラビリティを持たせたいときには、図４に示すようなＲＬＣＰデータ構造により実現できる。低解像度画像から高解像度画像まで順次解像度を上げていく制御が可能となる。このような階層符号化方式による映像データの複数ユーザへの同時配信には、図１８に示すような階層型マルチキャストが適している。例えば、図４に示すようなＲＬＣＰデータ構造の場合、図１８の階層型マルチキャストにおいて、レイヤ１＝Ｒ０，レイヤ２＝Ｒ１，レイヤ３＝Ｒ２として配信する。
・Ｌ：SNRを基準としたレイヤ
・Ｒ：空間解像度
・Ｐ：位置
・Ｃ：色
の４つがあり、どのようにこれらを優先的に並べるかによって５種類のスケーラビリティが存在する。レイヤを最優先としたＬＲＣＰがデフォルトとなっている。空間解像度に関して優先的にスケーラビリティを持たせたいときには、図４に示すようなＲＬＣＰデータ構造により実現できる。低解像度画像から高解像度画像まで順次解像度を上げていく制御が可能となる。このような階層符号化方式による映像データの複数ユーザへの同時配信には、図１８に示すような階層型マルチキャストが適している。例えば、図４に示すようなＲＬＣＰデータ構造の場合、図１８の階層型マルチキャストにおいて、レイヤ１＝Ｒ０，レイヤ２＝Ｒ１，レイヤ３＝Ｒ２として配信する。
［階層符号化における従来の暗号化］
階層符号化方式に対する暗号化に関しても、様々な研究が行われている。例えば、文献１「Y. Wu, D. Ma and R. H. Deng, "Flexible access control to JPEG2000 image codestreams," IEEE Trans. on Multimedia, vol. 9, no. 6, pp.1314-1324, Oct. 2007」、文献２「安藤勝俊、貴家仁志、"レイヤ構造を利用したJPEG2000符号化画像の暗号化法"、信学論（Ａ），vol. J85-A, no.10, pp.1091-1099, Oct.2002」、文献３「A. Haggag, M. Ghoneim, J. Lu, and T. Yahagi, "Progressive encryption and controlled access scheme for JPEG2000 encloded images," in Proc. IEEE ISPACS, pp. 895-898,2006」等がある。
階層符号化方式に対する暗号化に関しても、様々な研究が行われている。例えば、文献１「Y. Wu, D. Ma and R. H. Deng, "Flexible access control to JPEG2000 image codestreams," IEEE Trans. on Multimedia, vol. 9, no. 6, pp.1314-1324, Oct. 2007」、文献２「安藤勝俊、貴家仁志、"レイヤ構造を利用したJPEG2000符号化画像の暗号化法"、信学論（Ａ），vol. J85-A, no.10, pp.1091-1099, Oct.2002」、文献３「A. Haggag, M. Ghoneim, J. Lu, and T. Yahagi, "Progressive encryption and controlled access scheme for JPEG2000 encloded images," in Proc. IEEE ISPACS, pp. 895-898,2006」等がある。
JPEG2000では、Part8として、JPSECと呼ばれるセキュリティに関する仕様が規格化された。JPSECでは、機密性、認証性、完全性といったセキュリティが要求されるサービスを対象としているが、どのように画像データを保護したかを記述するシンタックスを規定しているだけで、暗号化や署名など実際のセキュリティアルゴリズムは規定外とする柔軟なフレームワークとなっている。JPECに準拠した暗号化の手法は数々提案されているが、これらJPEC準拠の方式に留まらず、従来の階層符号化における暗号方式の研究は、基本的に１対１のアクセスを前提としている。したがって、ネットワークでの伝送においてはユニキャスト配信を用いることになるが、複数ユーザへの同時配信には、ユーザ数だけユニキャスト配信を行うこととなり、伝送帯域が大幅（ユーザ数倍）に増加する。
［ブロードキャスト暗号］
以上の問題点を考慮し、本発明では、ブロードキャスト暗号を用いた階層型マルチキャスト暗号について考える。まず、ブロードキャスト暗号のアルゴリズムについて簡単に記述する。全受信者数をｎ、復号化を許可する受信者数をｓ、復号化を許可しない受信者数をｒとする（すなわち、ｓ＋ｒ＝ｎ）。最も単純な方法、すなわち、受信者各個人の公開鍵により暗号化を行うことでブロードキャスト暗号を実現した場合、受信者全体の公開鍵のサイズはＯ（ｎ）、受信者個人の秘密鍵のサイズはＯ（１），暗号文サイズはＯ（ｓ）である。そのため、公開鍵サイズと暗号文サイズを小さくすることが、効率的なブロードキャスト暗号を実現する上で重要である。２００５年、Boneh、Gentry、Watersによって、暗号文サイズがＯ（１）であるブロードキャスト暗号の方式が提案され、実用化へ向けて多くの研究者の注目を集めるに至った（文献４「D. Boneh, C. Gentry and B. Waters, "Collusion resistant broadcast encryption with short ciphertexts and private keys," CRYPTO '05, pp. 258-275, 2005」）。当該文献４のブロードキャスト暗号は、鍵生成、暗号化、復号化の３つのアルゴリズムにより構成されている。各受信者に対してＩＤとして１からｎまでの自然数を割り振る。つまり、受信者全体は１，２，…，ｎである。各受信者は個人秘密鍵としてｄ１，ｄ２，…，ｄｎを所有し、公開鍵をＰＫとし、送信者が復号化を許可する受信者の集合をＳ⊂｛１，２，…，ｎ｝とする。
以上の問題点を考慮し、本発明では、ブロードキャスト暗号を用いた階層型マルチキャスト暗号について考える。まず、ブロードキャスト暗号のアルゴリズムについて簡単に記述する。全受信者数をｎ、復号化を許可する受信者数をｓ、復号化を許可しない受信者数をｒとする（すなわち、ｓ＋ｒ＝ｎ）。最も単純な方法、すなわち、受信者各個人の公開鍵により暗号化を行うことでブロードキャスト暗号を実現した場合、受信者全体の公開鍵のサイズはＯ（ｎ）、受信者個人の秘密鍵のサイズはＯ（１），暗号文サイズはＯ（ｓ）である。そのため、公開鍵サイズと暗号文サイズを小さくすることが、効率的なブロードキャスト暗号を実現する上で重要である。２００５年、Boneh、Gentry、Watersによって、暗号文サイズがＯ（１）であるブロードキャスト暗号の方式が提案され、実用化へ向けて多くの研究者の注目を集めるに至った（文献４「D. Boneh, C. Gentry and B. Waters, "Collusion resistant broadcast encryption with short ciphertexts and private keys," CRYPTO '05, pp. 258-275, 2005」）。当該文献４のブロードキャスト暗号は、鍵生成、暗号化、復号化の３つのアルゴリズムにより構成されている。各受信者に対してＩＤとして１からｎまでの自然数を割り振る。つまり、受信者全体は１，２，…，ｎである。各受信者は個人秘密鍵としてｄ１，ｄ２，…，ｄｎを所有し、公開鍵をＰＫとし、送信者が復号化を許可する受信者の集合をＳ⊂｛１，２，…，ｎ｝とする。
鍵生成：受信者の総数ｎを入力とし、公開鍵ＰＫと個人秘密鍵ｄｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）を出力とする。
暗号化：メッセージＭ、公開鍵ＰＫ、復号化を許可する受信者の集合Ｓを入力とし、暗号文ＣとヘッダＨｄｒを出力する。
復号化：暗号文Ｃ，ヘッダＨｄｒ、受信者ＩＤｉ、個人秘密鍵ｄｉ、公開鍵ＰＫ、復号化を許可された受信者の集合Ｓを入力とし、メッセージＭを出力する。
以上、ブロードキャスト暗号の一例として、文献４を紹介したが、以下の実施の形態においては、ブロードキャスト暗号に言及する際には、特に断らない限り、文献４のブロードキャスト暗号に限定しない。
［ブロードキャスト暗号を用いた階層型マルチキャスト暗号］
ブロードキャスト暗号は許可された受信者のみがそれぞれ個人秘密鍵を用いて暗号文を復号できるだけでなく、暗号化したデータも１つでよいことから映像データのマルチキャスト配信に適している。しかしながら、図５に示すように、JPEG2000の符号化データへ直接適用した場合、ブロードキャスト暗号では対象とする暗号化データは１つであることから、階層符号化の階層性が失われてしまう。すなわち、各階層毎のアクセス制御が不可能であり、全受信者に対して同じ品質の映像のみしか配信できない。
ブロードキャスト暗号は許可された受信者のみがそれぞれ個人秘密鍵を用いて暗号文を復号できるだけでなく、暗号化したデータも１つでよいことから映像データのマルチキャスト配信に適している。しかしながら、図５に示すように、JPEG2000の符号化データへ直接適用した場合、ブロードキャスト暗号では対象とする暗号化データは１つであることから、階層符号化の階層性が失われてしまう。すなわち、各階層毎のアクセス制御が不可能であり、全受信者に対して同じ品質の映像のみしか配信できない。
階層性を維持したまま暗号を行う一つの簡易な方法としては、図６に示すようにブロードキャスト暗号を各階層データに直接適用する方式が考えられる。この例では、空間解像度に関して優先的にスケーラビリティを持たせており、Ｒ０の受信者は１／４解像度画像｛Ｒ０，Ｒ１｝の受信者は１／２解像度画像、｛Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２｝の受信者はフル解像度画像が復号できる。また、この例では、受信者数は５人を想定しており、フル解像度画像が復号できる受信者は個人秘密鍵（Ａ，Ａ'，Ａ"）の所有者一人、１／２解像度画像が復号できる受信者はそれぞれ個人秘密鍵（Ｂ，Ｂ'）と個人秘密鍵（Ｃ，Ｃ'）所有者の二人、１／４解像度画像が復号できる受信者はそれぞれ個人秘密鍵Ｄと個人秘密鍵Ｅの所有者の二人となる。しかしながら、この例でわかるように、受信者はアクセスを許可された階層の数だけ個人秘密鍵が必要となり、鍵の管理、配送の面からも好ましくない。
［第１の実施の形態］
以下、各実施の形態を説明するにあたり、これまでの例と同様に階層符号化としてJPEG2000を例に取り上げる。なお、どのような階層符号化にも適用可能である。受信者数、階層数、JPEG2000スケーラビリティ順序、各受信者のアクセス許可の範囲などは、全て図６の例と同様であるものとする。
以下、各実施の形態を説明するにあたり、これまでの例と同様に階層符号化としてJPEG2000を例に取り上げる。なお、どのような階層符号化にも適用可能である。受信者数、階層数、JPEG2000スケーラビリティ順序、各受信者のアクセス許可の範囲などは、全て図６の例と同様であるものとする。
図７は、本発明の第1の実施の形態における階層化マルチキャスト暗号化装置の構成を示す。同図に示す暗号化装置１００は、受信者の総数から個人秘密鍵と公開鍵を生成する鍵生成部１１０、生成された個人秘密鍵を格納する個人秘密鍵記憶部１２０、公開鍵と復号化を許可する受信者の集合を用いてメッセージに相当する階層符号化データのブロードキャスト暗号化を行う暗号化部１４０、公開鍵を格納する公開鍵メモリ１５０、暗号化された階層符号化データとヘッダ、及び、最下位層の個人秘密鍵を復号装置に送信する送信部１６０から構成される。
本実施の形態は、アクセスを許可された階層の数に関係なく、一つの個人秘密鍵だけで、許可された複数の階層へのアクセスを可能とする。それを実現するために、個人秘密鍵生成部１１０は、同一受信者が有する複数の個人秘密鍵において、上位階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から、一方向ハッシュ関数を用いて従属的（連鎖的）に作成する。例えば、図８に示すように、個人秘密鍵（Ａ，Ａ’，Ａ”）の所有者に関しては、ＡからＡ’を作成し、Ａ’からＡ”を作成する。従って、この受信者は個人秘密鍵Ａのみを所有していればよく、残りの個人秘密鍵（Ａ’，Ａ”）は自動的に作成される。同様に、個人秘密鍵（Ｂ，Ｂ’）と個人秘密鍵（Ｃ，Ｃ’）の所有者もそれぞれ個人秘密鍵Ｂと個人秘密鍵Ｃのみを所有していればよい。暗号化部１４０は、メッセージに相当する各階層のJPEG2000データと、公開鍵メモリ１５０に格納された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として、各階層のJPEG2000データを暗号化し、各階層の暗号化されたJPEG2000データとヘッダを出力する。
送信部１６０は、暗号化されたJPEG2000データとヘッダ、及び最下位の階層の個人秘密鍵を受信者（復号装置）に送信する。但し、最下位の階層の個人秘密鍵は、暗号化データとは別に公開鍵暗号方式等を用いて暗号化データとは別に送信する。なお、送信方法については、ブロードキャスト暗号方式で個人秘密鍵を送信する方式であれば特に制限はない。
図９は、本発明の第１の実施の形態における復号装置の構成を示す。同図に示す復号装置２００は、個人秘密鍵生成部２１０、公開鍵記憶部２２０、復号部２３０から構成される。
復号時には、各受信者の復号装置２００は、暗号化装置１００から許可された最下位階層の個人秘密鍵を受信し、個人秘密鍵生成部２１０にて、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成し、メモリ（図示せず）に一時格納する。公開鍵記憶部２２０は、暗号化装置１００から公開された公開鍵を何らかの手段で入手し、格納する。復号部２３０は、予め割り当てられた受信者ＩＤと公開鍵及び復号化を許可された受信者の集合及び生成された個人秘密鍵を用いて、JPEG2000データを復号する。
なお、本実施の形態では、ブロードキャスト暗号方式を用いて各階層のJPEG2000データを直接暗号化した例を示したが、ブロードキャスト暗号方式の代わりに共通鍵暗号方式とのハイブリッド暗号を用いてもよい。その際には、共通鍵方式によりJPEG2000データを暗号化し、共通鍵方式の共通鍵をブロードキャスト暗号方式で暗号化する。
［第２の実施の形態］
本実施の形態における暗号化装置及び復号装置は第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態における暗号化装置及び復号装置は第１の実施の形態と同様である。
前述の第１の実施の形態では、アクセス許可された階層の数に関係なく、一つの個人秘密鍵だけで、許可された複数の階層へのアクセスが可能であるが、個人秘密鍵の総数は、受信者数と比較して増加してしまう。図８の例では、受信者数５人に対して、個人秘密鍵の総数は９個となる。これは、図６の例の場合も同じである。
この問題を解決するために、本実施の形態では、図１０に示すように、ハッシュ関数により従属的に作成された上位階層の個人秘密鍵は、受信者間で共有することが可能となる。例えば、図１０の例において、Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２の３つの階層を復号したい受信者には、個人秘密鍵Ａのみを送る。その際に、個人秘密鍵Ｂと個人秘密鍵Ｄはハッシュ関数を用いて復号装置内部で自動的に生成される。また、Ｒ０，Ｒ１の２つの階層を復号したい受信者には個人秘密鍵Ｂのみを送る。その際に、個人秘密鍵Ｄはハッシュ関数を用いて復号器内部で自動的に生成する。これにより、これら二人の受信者は個人秘密鍵Ｂと個人秘密鍵Ｄを共有することとなる。つまり、各個人で異なる秘密鍵を互いに重複して所有する。このため、図７に示す個人秘密鍵記憶部１２０には、上位階層での個人秘密鍵が格納される。
このように、上位階層での個人秘密鍵の共有を許可することにより、個人秘密鍵の総数は受信者数と同じとなり、ブロードキャスト暗号の鍵生成や暗号化、復号化に伴う演算量を軽減することができる。公開鍵の作成法、並びに、各階層のJPEG2000データの暗号化については第1の実施の形態と同様である。
本実施の形態における復号装置の構成は、第１の実施の形態と同様である。復号時には、各受信者は、許可された最下位階層の個人秘密鍵を受信し、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する。生成された各階層の個人秘密鍵を用いてJPEG2000データを復号する。
但し、上位階層での個人秘密鍵の共有を許可することによるデメリットも生じる。ある受信者への配信を停止したい場合、例えば、個人秘密鍵Ａのユーザへの配信を停止したい場合、個人秘密鍵Ａのみならず、個人秘密鍵Ｂと個人秘密鍵Ｄの使用も停止する必要があり、もともと個人秘密鍵Ｂと個人秘密鍵Ｄの使用が許可されていた受信者へは新たな個人秘密鍵を配布する必要が生じる。
なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、作成された公開鍵を用いて各階層のJPEG2000データを直接暗号化した例を示したが、ブロードキャスト暗号方式を用いる代わりに共通鍵暗号方式とのハイブリッド暗号方式を用いてもよい。その際には、共通鍵方式によりJPEG2000データを暗号化し、共通鍵方式の共通鍵をブロードキャスト暗号方式の公開鍵で暗号化する。
［第３の実施の形態］
本実施の形態は、ブロードキャスト暗号と共通鍵暗号のハイブリッド方式である。個人秘密鍵の総数と受信者数を同じに保ったまま、第２の実施の形態とは異なり、下位階層での個人秘密鍵を共有しない方式となっている。従って、ある受信者への配信を停止したい場合には、その受信者の個人秘密鍵のみ使用停止することが可能であり、その他の受信者に関しては新たに個人秘密鍵を配布する必要はない。
本実施の形態は、ブロードキャスト暗号と共通鍵暗号のハイブリッド方式である。個人秘密鍵の総数と受信者数を同じに保ったまま、第２の実施の形態とは異なり、下位階層での個人秘密鍵を共有しない方式となっている。従って、ある受信者への配信を停止したい場合には、その受信者の個人秘密鍵のみ使用停止することが可能であり、その他の受信者に関しては新たに個人秘密鍵を配布する必要はない。
図１１に、本発明の第3の実施の形態における暗号化装置の構成を示す。同図に示す暗号化装置３００は、受信者の総数から個人秘密鍵と公開鍵を生成する鍵生成部１１０、個人秘密鍵記憶部１２０、公開鍵メモリ１５０、共通鍵生成部３３０、共通鍵暗号化部３４０、暗号化部１４０、送信部３５０から構成される。
図１２は、本発明の第３の実施の形態における階層型マルチキャスト配信のためのJPEG2000暗号化の例である。ブロードキャスト暗号方式は、鍵生成部１１０にて階層毎に公開鍵と個人秘密鍵を作成し、それぞれ個人秘密鍵記憶部１２０、公開鍵メモリ１５０に格納する。個人秘密鍵の総数は、受信者数と同じである。また、それぞれのアクセスを許可された複数の階層の中で最下位層の個人秘密鍵のみ必要とされる。このとき、それぞれの階層の個人秘密鍵Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ間には、第1の実施の形態や第２の実施の形態のような従属関係はない。
一方、共通鍵暗号方式の各階層の共通鍵は、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成される。これらの階層の共通鍵は、ブロードキャスト暗号方式により作成された各階層の公開鍵によって暗号化される。
図１３は、本発明の第３の実施の形態における復号装置の構成を示す。同図に示す復号装置４００は、個人秘密鍵記憶部４１０、共通鍵復号・生成部４２０、復号部４３０から構成される。
復号時には、各復号装置４００は、許可された最下位層の個人秘密鍵を受信し、個人秘密鍵記憶部４１０に格納する。
次に、共通鍵復号・生成部４２０にて、格納された個人秘密鍵、ヘッダと、受信者ＩＤと、公開鍵と、復号化を許可された受信者の集合を用いて対応する階層の暗号化された共通鍵を復号し、上位階層の共通鍵は暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する。復号部４３０にて、生成された共通鍵を用いて暗号化されたデータを復号する。
［第４の実施の形態］
図１４に、文献４のブロードキャスト暗号を用いた階層型マルチキャスト暗号の例を示す。マルチキャストの階層数をＬ個とし、各マルチキャスト階層をＭＬｊ（ｊ＝１，…，Ｌ）と定義する。JPEG2000のデータ構造は予め決定し、各マルチキャスト階層へ割り当てる。受信者数全体は、ｎ＝ｎ１＋ｎ２，…，ｎＬとし、ここではｎｊはＭＬ１，…，ＭＬｊへのアクセスが許可される最大受信数を表す。マルチキャスト階層ＭＬｊには個人秘密鍵d1 (j)，…，dｎｊ (j)、公開鍵ＰＫ(j)が割り当てられる。送信者が復号化を許可する受信者の集合をＳ(j)⊆｛１，…，ｎｊ｝とする。アルゴリズムは、下記の通りとなる。
図１４に、文献４のブロードキャスト暗号を用いた階層型マルチキャスト暗号の例を示す。マルチキャストの階層数をＬ個とし、各マルチキャスト階層をＭＬｊ（ｊ＝１，…，Ｌ）と定義する。JPEG2000のデータ構造は予め決定し、各マルチキャスト階層へ割り当てる。受信者数全体は、ｎ＝ｎ１＋ｎ２，…，ｎＬとし、ここではｎｊはＭＬ１，…，ＭＬｊへのアクセスが許可される最大受信数を表す。マルチキャスト階層ＭＬｊには個人秘密鍵d1 (j)，…，dｎｊ (j)、公開鍵ＰＫ(j)が割り当てられる。送信者が復号化を許可する受信者の集合をＳ(j)⊆｛１，…，ｎｊ｝とする。アルゴリズムは、下記の通りとなる。
１．共通鍵暗号の暗号化：
ＡＥＳなどの共通鍵暗号方式により、マルチキャスト階層ＭＬj（ｊ＝１，…，Ｌ）を暗号化する。その際、それぞれの階層の共通鍵ＣＫ(j)は次式により生成する。
ＡＥＳなどの共通鍵暗号方式により、マルチキャスト階層ＭＬj（ｊ＝１，…，Ｌ）を暗号化する。その際、それぞれの階層の共通鍵ＣＫ(j)は次式により生成する。
ＣＫ(j-1)＝Ｈ（ＣＫ(j)）， ｊ＝Ｌ，…，２ （１）
但し、Ｈ（・）は、一方向ハッシュ関数を表す。
但し、Ｈ（・）は、一方向ハッシュ関数を表す。
２．ブロードキャスト暗号の鍵生成：
各マルチキャスト階層ｊ＝１，…，Ｌにおいて、ブロードキャスト暗号はｎj個の個人秘密鍵ｄ1 （j），…，ｄnj （j）と公開鍵ＰＫ（j)を生成する。
各マルチキャスト階層ｊ＝１，…，Ｌにおいて、ブロードキャスト暗号はｎj個の個人秘密鍵ｄ1 （j），…，ｄnj （j）と公開鍵ＰＫ（j)を生成する。
３．ブロードキャスト暗号の暗号化：
各階層において、メッセージ（共通鍵（ＣＫ(j)）、公開鍵ＰＫ(j)、復号を許可する受信者の集合Ｓ（j）⊆｛１，…，ｎj｝）を入力として、{Ｈｄr(j)，Ｋ(j)}を出力する。
各階層において、メッセージ（共通鍵（ＣＫ(j)）、公開鍵ＰＫ(j)、復号を許可する受信者の集合Ｓ（j）⊆｛１，…，ｎj｝）を入力として、{Ｈｄr(j)，Ｋ(j)}を出力する。
４．ブロードキャスト暗号の復号：
各階層において、復号を許可された受信者の集合Ｓ（j）⊆｛１，…，ｎj｝，受信者IDｉ∈｛１，…，ｎj｝個人秘密鍵ｄi (j)、ヘッダHdｒ(j)、公開鍵ＰＫ(j)を入力として、メッセージ（共通鍵ＣＫ（j））を出力する。
各階層において、復号を許可された受信者の集合Ｓ（j）⊆｛１，…，ｎj｝，受信者IDｉ∈｛１，…，ｎj｝個人秘密鍵ｄi (j)、ヘッダHdｒ(j)、公開鍵ＰＫ(j)を入力として、メッセージ（共通鍵ＣＫ（j））を出力する。
５．共通鍵暗号の復号：
式（１）により、共通鍵ＣＫ(j)から従属的に上位階層の共通鍵ＣＫ(1)，…，ＣＫ(j-1)を生成する。共通鍵ＣＫ(1)，…，ＣＫ(j)を用いて、マルチキャスト階層ＭＬj（ｊ＝１，…，Ｌ）を復号する。
式（１）により、共通鍵ＣＫ(j)から従属的に上位階層の共通鍵ＣＫ(1)，…，ＣＫ(j-1)を生成する。共通鍵ＣＫ(1)，…，ＣＫ(j)を用いて、マルチキャスト階層ＭＬj（ｊ＝１，…，Ｌ）を復号する。
また、各実施の形態における暗号化装置及び復号装置の各構成要素の動作をプログラムとして構築し、暗号化装置、復号装置として利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。
また、構築されたプログラムをハードディスクや、フレキシブルディスク・ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬記憶媒体に格納し、コンピュータにインストールする、または、配布することが可能である。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
本発明は、階層化マルチキャスト配信において、映像の品質や解像度毎の受信制御が可能となれば、例えば、スポーツイベントなどの複数のユーザのライブ有料配信において、金額に応じた質の映像をユーザへ配信や停止が可能となる。
１０ ウェーブレット変換部
１１ 量子化部
１２ コードブロック分割部
１３ 係数ビットモデリング部
１４ 算術符号化部
１５ パケット生成部
２０ ＥＢＣＯＴ
１００ 暗号化装置
１１０ 鍵生成手段、鍵生成部
１２０ 個人秘密鍵記憶部
１３０ 公開鍵メモリ
１４０ 暗号化手段、暗号化部
１５０ 公開鍵メモリ
１６０ 送信部
２００ 復号装置
２１０ 鍵生成手段、個人秘密鍵生成部
２２０ 公開鍵記憶部
２３０ 復号手段、復号部
２４０ 受信手段、受信部
３００ 暗号化装置
３１０ 個人秘密鍵生成部
３２０ 公開鍵生成部
３３０ 共通鍵生成部
３４０ 共通鍵暗号化部
３５０ 送信部
４００ 復号装置
４１０ 秘密鍵復号部
４２０ 共通鍵復号・生成部
４３０ 復号部
４４０ 受信部
１１ 量子化部
１２ コードブロック分割部
１３ 係数ビットモデリング部
１４ 算術符号化部
１５ パケット生成部
２０ ＥＢＣＯＴ
１００ 暗号化装置
１１０ 鍵生成手段、鍵生成部
１２０ 個人秘密鍵記憶部
１３０ 公開鍵メモリ
１４０ 暗号化手段、暗号化部
１５０ 公開鍵メモリ
１６０ 送信部
２００ 復号装置
２１０ 鍵生成手段、個人秘密鍵生成部
２２０ 公開鍵記憶部
２３０ 復号手段、復号部
２４０ 受信手段、受信部
３００ 暗号化装置
３１０ 個人秘密鍵生成部
３２０ 公開鍵生成部
３３０ 共通鍵生成部
３４０ 共通鍵暗号化部
３５０ 送信部
４００ 復号装置
４１０ 秘密鍵復号部
４２０ 共通鍵復号・生成部
４３０ 復号部
４４０ 受信部
Claims (14)
- 階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う暗号化装置における、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法であって、
鍵生成手段が、前記階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて同一受信者に対して複数の個人秘密鍵と公開鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、最下層の個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成ステップと、
暗号化手段が、各階層で、前記階層符号化データと、作成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化ステップと、
を行うことを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法。 - 暗号化された階層符号化データを復号する復号装置における階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法であって、
請求項１の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された最下位階層の個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信ステップと、
鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて、前記最下位階層の個人秘密鍵から上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成ステップと、
復号手段が、前記個人鍵生成ステップで生成された個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、前記ヘッダ、前記復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、
を行うことを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法。 - 階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う暗号化装置における、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法であって、
請求項１の方法により個々の受信者の各階層の個人秘密鍵を、下位階層の個人秘密鍵
から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する際に、
鍵生成手段が、前記階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて公開鍵と個人秘密鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、該階層符号化データの復号する階層に対応する個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成ステップと、
暗号化手段が、前記階層符号化データを、各階層で、生成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化ステップと、
を行うことを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法。 - 暗号化された階層符号化データを復号する復号装置における階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法であって、
請求項３の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信するステップと、
鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成ステップと、
復号手段が、生成された上位階層の個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、前記ヘッダ、前記復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、
を行うことを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法。 - 階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う暗号化装置における、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法であって、
ブロードキャスト暗号方式による暗号化と共通鍵暗号方式による暗号化のハイブリッド暗号化を行う際に、
鍵生成手段が、前記階層符号化データの階層毎に、受信者の総数から個人秘密鍵と、公開鍵を生成し、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて共通鍵暗号方式の各階層の共通鍵を従属的に生成する鍵生成ステップと、
暗号化手段が、生成された共通鍵を用いて前記階層符号化データを暗号化し、復号化を許可する受信者の集合と生成された公開鍵によって対応する階層の共通鍵を暗号化する暗号化ステップと、を行う
ことを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法。 - 暗号化された階層符号化データを復号する復号装置における階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法であって、
請求項５の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、許可された最下位階層の個人秘密鍵、ヘッダ、暗号化された共通鍵、復号化を許可された受信者の集合を受信するステップと、
共通鍵復号手段が、前記個人秘密鍵、受信者ＩＤ、前記ヘッダ、公開鍵、前記復号化を許可された受信者の集合を用いて対応する階層の暗号化された共通鍵を復号する共通鍵復号ステップと、
共通鍵生成手段が、暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の共通鍵を従属的に生成する共通鍵生成ステップと、
復号手段が、前記共通鍵生成ステップで生成された共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、
を行うことを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法。 - 階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う暗号化装置における、階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法であって、
鍵生成、暗号化、復号化の３つのアルゴリズムによりなる既存のブロードキャスト暗号方式と共通鍵暗号方式を用いて、前記階層符号化データの暗号化を行う際に、
前記ブロードキャスト暗号方式を階層毎に適用し、
公開鍵生成手段は、階層毎に公開鍵を生成するステップと、
個人秘密鍵生成手段が、アクセスを許可された複数階層の中で最下位層の個人秘密鍵のみを生成し、出力するステップと、
共通鍵生成手段が、前記共通鍵暗号方式の共通鍵が入力されると、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に各階層の共通鍵を生成するステップと、
暗号化手段が、生成された共通鍵を用いて前記階層符号化データを暗号化し、該共通鍵を前記公開鍵で暗号化してブロードキャスト暗号方式のメッセージとして出力するステップと、を行う
ことを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化方法。 - 暗号化された階層符号化データを復号する復号装置における階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法であって、
請求項７の方法により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
受信手段が、暗号化された共通鍵、ヘッダ、復号を許可された受信者の集合、許可された最下位階層の個人秘密鍵を受信するステップと、
共通鍵復号手段が、前記個人秘密鍵、前記ヘッダ、受信者ＩＤ、公開鍵、前記復号を許可された受信者の集合を用いて、前記暗号化された共通鍵を復号する共通鍵復号ステップと、
共通鍵生成手段が、上位階層の共通鍵を暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する共通鍵生成ステップと、
復号手段が、前記共通鍵復号ステップで復号された前記共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号ステップと、を行う
ことを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号方法。 - 階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置であって、
前記階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて同一受信者に対して複数の個人秘密鍵と公開鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、最下層の個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成手段と、
各階層で、前記階層符号化データと、作成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化手段と、
を有することを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置。 - 暗号化された階層符号化データを復号する階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置であって、
請求項９の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された最下位階層の個人秘密鍵、暗号化された階層符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて、前記最下位階層の個人秘密鍵から上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成手段と、
前記個人秘密鍵生成手段で生成された個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段と、
を有することを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置。 - 階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置であって、
請求項１０の装置により個々の受信者の各階層の個人秘密鍵を、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成する際に、
前記階層符号化データの階層毎に、ブロードキャスト暗号方式を用いて公開鍵と個人秘密鍵を生成し、個々の受信者の各階層の個人秘密鍵は、下位階層の個人秘密鍵から一方向ハッシュ関数を用いて従属的に生成し、該階層符号化データの復号する階層に対応する個人秘密鍵を復号装置に送信する鍵生成手段と、
前記階層符号化データを、各階層で、生成された公開鍵と、復号化を許可する受信者の集合を入力として暗号化する暗号化手段と、
を有することを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置。 - 暗号化された階層符号化データを復号する階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置であって、
請求項１１の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された個人秘密鍵、暗号化され他階層化符号化データ、ヘッダ、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の個人秘密鍵を従属的に生成する個人秘密鍵生成手段と、
生成された上位階層の個人秘密鍵、公開鍵、受信者毎に割り当てられた受信者ＩＤ、前記ヘッダ、前記復号化を許可された受信者の集合を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段と、
を有することを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置。 - 階層符号化データを階層化マルチキャストを用いて複数の受信者に同時配信する際に、暗号化を行う階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置であって、
ブロードキャスト暗号方式による暗号化と共通鍵暗号方式による暗号化のハイブリッド暗号化を行う際に、
前記階層符号化データの階層毎に、受信者の総数から個人秘密鍵と、公開鍵を生成し、最下位層の共通鍵から一方向ハッシュ関数を用いて共通鍵暗号方式の各階層の共通鍵を従属的に生成する鍵生成手段と、
生成された共通鍵を用いて前記階層符号化データを暗号化し、復号化を許可する受信者の集合と生成された公開鍵によって対応する階層の共通鍵を暗号化する暗号化手段と、
を有することを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ暗号化装置。 - 暗号化された階層符号化データを復号する階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置であって、
請求項１３の暗号化装置により暗号化された階層符号化データを復号する際に、
許可された最下位階層の個人秘密鍵、ヘッダ、暗号化された共通鍵、復号化を許可された受信者の集合を受信する受信手段と、
前記個人秘密鍵、受信者ＩＤ、前記ヘッダ、公開鍵、前記復号化を許可された受信者の集合,を用いて対応する階層の共通鍵を復号する共通鍵復号手段と、
暗号化時に使用した一方向ハッシュ関数を用いて上位階層の共通鍵を従属的に生成する共通鍵生成手段と、
前記共通鍵生成手段で生成された共通鍵を用いて、暗号化された階層符号化データを復号する復号手段と、
を有することを特徴とする階層型マルチキャスト配信のためのコンテンツ復号装置。
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