KR101060668B1

KR101060668B1 - 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호화 및 복호화 방법

Info

Publication number: KR101060668B1
Application number: KR1020090030685A
Authority: KR
Inventors: 이요섭; 김종대
Original assignee: 시모스 미디어텍(주)
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2011-08-30
Also published as: KR20100112264A

Abstract

본 발명은 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 방안에 관한 것으로 특히, 국제표준 DVB(Digital Video Broadcasting) 방식에 따라 구현되어진 방송장비와 수신단말기들의 기본적인 체계를 유지하면서도 현실적으로 해킹이 불가능하도록 현재의 수신제한규격 및 수신기에서의 해킹을 방지하기 위한 실효성 있는 방안을 제시하기 위한 것이다.

Description

위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호화 및 복호화 방법{Encoding/Decoding Method for preventing hacking(illegal watching) at CAS(Conditional Access System) of Satellite/Terrestrial Receiver}

일반적으로, 위성 또는 지상파 디지탈 방송시스템에서는 영상의 경우 통상적으로 MPEG2 또는 MPEG4, H.264 와 같은 국제규격의 압축방식을 적용하고 유료시스템의 구축을 위해서 수신제한장치(CAS, conditional access system) 을 적용하고 있다.

그리고 신호전달을 위한 규격으로는 영상과 음성을 압축한 신호를 188byte 단위의 packet으로 구성되는 TS(transport stream) 라는 규격을 적용하고 있으며, 그 각각의 TS packet은 국제표준 CSA(common scrambler algorithm) 방식을 사용하여 암호화 되어있다.

첨부한 도 1은 일반적인 국제표준에 따른 수신제한 시스템의 방송체계를 설명하기 위한 개념 예시도로서, 도시되어 있는 바와 같이 188 byte TS packet은 특정 Key(또는 code word)에 의해서 CSA 방식으로 스크림블링되어 암호화된 새로운 188 byte TS(e) packet 을 만들어 보내고, Key 역시 RSA(Rivert Shamir Adleman) 공개키 암호시스템 방식의 암호화 과정을 거쳐서 Key(e) 을 만든 뒤 TS(e) 와 다중화(Multiplxer) 하여 보낸다.

수신단에서는 먼저 암호화되어 전송되어온 Key(e) 을 복호하여 Key 를 복원하고 이를 이용하여 수신되어온 188 byte TS(e) packet 들을 디스크램블링하여 TS packet 으로 복원하게 된다.

통상적으로 TS packet은 방송 송출시스템 및 수신제한 장치 등의 운용 및 관리 등을 위해서 보통 5초 정도 마다 Key 를 변경하여 전송하며, 그에 따라 만일의 경우 어떤 방법으로 Key 를 알아내어 해킹에 성공해도 단지 5초정도 사이의 영상,음성만이 복원가능하다.

위의 방식들은 모두 국제표준화 된 기술이지만 궁국적으로 해킹이 가능하고 대부분 해킹이 이루어지고 있는 실정이라 보다 실효성있는 해킹방지 시스템과 방안이 절실히 요구되는 문제점이 발생되었다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 방안에 관한 것으로 특히, 국제표준 DVB(Digital Video Broadcasting) 방식에 따라 구현되어진 방송장비와 수신단말기들의 기본적인 체계를 유지하면서도 현실적으로 해킹이 불가능하도록 현재의 수신제한규격 및 수신기에서의 해킹을 방지하기 위한 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호화 및 복호화 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호화 방법의 특징은, 순차적으로 4 byte 용량의 헤더와 184 byte의 데이터가 하나의 TS 패킷(packet)을 이루며 각 패킷들이 순차적으로 전송되되, 소정시간 단위로 전송되는 TS 패킷들에 약정된 암호키를 활용하여 암호화를 수행하는 수신제한 방법에 있어서: 순차적으로 전송되는 TS 패킷에서 특정 값을 억세스하는 제1과정과; 상기 제 1과정을 통해 억세스 되어진 값을 보조키로 설정하여 상기 암호키와 약정된 순서로 합성하여 합성키를 생성하는 제 2과정과; 상기 제 2과정을 통해 생성되어진 합성키를 변경된 암호키로 설정한 후 상기 제 1과정에서 특정 값을 억세스한 해당 TS 패킷을 암호화 하는 제 3과정을 포함하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 복호화 방법의 특징은, 순차적으로 4 byte 용량의 헤더와 184 byte의 데이터가 하나의 TS 패킷(packet)을 이루며 각 패킷들이 순차적으로 전송되되, 소정시간 단위로 전송되는 TS 패킷들에 약정된 암호키를 활용하여 암호화를 수행하는 수신제한 방법에 있어서: 순차적으로 수신되는 TS 패킷에서 특정 값을 억세스하는 제1과정과; 상기 제 1과정을 통해 억세스 되어진 값을 보조키로 설정하여 상기 암호키와 약정된 순서로 합성하여 합성키를 생성하는 제 2과정과; 상기 제 2과정을 통해 생성되어진 합성키를 변경된 암호키로 설정한 후 상기 제 1과정에서 특정 값을 억세스 한 해당 TS 패킷을 복호화 하는 제 3과정을 포함하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호와 복호화 방법의 부가적인 특징으로, 상기 특정 값은 TS packet 표준방식에서 4byte 헤더에 들어있는 패킷넘버에 해당하는 순차적인 번호 값을 활용하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호와 복호화 방법의 부가적인 다른 특징으로, 상기 특정 값은 특정 TS 패킷의 header 또는 data의 CRC 또는 Check Sum 형태의 값을 활용하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호와 복호화 방법의 부가적인 또 다른 특징으로, 상기 특정 값은 송수신되는 실시간적인 현 시점의 TS 패킷내의 특정위치의 데이타값 또는 조합된 값을 활용하는 데 있다.

상술한 본 발명에 따른 특징으로 인해 기대되는 효과로는, 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 방법으로 특정방송이나 독립적인 방송사업자가 방송을 송출할 때 본 특허에서 정의된 방식으로 암호를 한 후 수신쪽에서는 이를 적용한 전용칩을 수신칩 전단에 장착함으로써 용이하게 구현된다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

우선, 본 발명에 적용되어진 기술적 사상을 종래 기술의 문제점이 발생되는 요인을 검토하며 살펴보면, 전술하였던 바와 같이 국제표준안에 따른 수신제한 시스템에서는 전술한 바와 같이, 특정 TS packet은 특정 Key에 의해서 암호화 되어서 전송되며 수신제한시스템의 운용상 해킹을 방지하기 위해서 통상적으로 5초 정도의 주기를 가지고 Key 가 변경된다.

상기 TS packet 단위의 스트림 및 구성 예가 첨부한 도 2에 도시되어 있는 데, 이를 참조하여 살펴보면, 암호화된 Packet이 각각 5초정도씩 0x23543498, 0x19724238 라는 다른 값의 Key 로 암호화되어 있는 예로서, 하나의 Packet 내의 통상적인 구조를 도시하고 있는 것이다.

이때 만약 그런 Key가 노출이 되거나 누군가가 Key을 획득한다면 5초 동안은 해킹이 이루어진 것이다.

그리고 5초 정도의 시간간격은 해킹방지를 위해 변경된 Key을 수신단에서 복호화하기 위한 최소한의 시간간격으로 수신단의 전용 Key 복원부의 Key 복원능력을 고려하여 정해진 최소한의 시간이다.

즉, 통상적인 위성방송시스템을 예로 들어 살펴보면, 통상적인 위성방송의 경우 5개 정도의 채널을 포함하여 보통 27,500,000 symbol rate 정도로 전송되는데, 이는 초당 약 18,000개의 TS packet에 해당한다.(27,500,000/(188byte * 8 bit))

그러므로 각 packet은 최소 55㎲ 정도의 간격을 주기로 하여 전송되며 5개의 채널이 순차적으로 전송가능하며, 이에 최대 275 usec(55 usec * 5) 마다 특정 채널의 TS packet이 수신된다.

따라서 수신시스템은 275㎲ 마다 CSA 방식으로 암호화된 TS packet을 풀어야 하며, 이렇게 5초 동안 동일 Key에 의해서 하드웨어화 된 CSA 로 풀고 그사이 다음 암호구간을 위해 새로이 수신된 Key(e) 을 Key 로 복호해야 한다.

그러나 현재는 프로세서의 발전으로 대부분의 수신 장비에 내장된 프로세서 등이 위의 능력을 충분히 가지고 있고 해커들이 Key을 해킹하기 위한 공식 또는 방정식 등을 제공하여 그런 Key 가 5초 이내에 알아내고 이것을 매번 Key 변경 때마 다 반복하여 결국 수신제한시스템이 해킹이 되고 있는 것이다.

이러한 문제점을 혹자는 매 TS packet 마다 Key를 바꾸고 바뀐 Key로 TS packet 을 암호화하여 보내주고 수신부에서도 매 Packet 마다 각각에 해당하는 Key을 수신하여 디스크램블링 한다면 위의 해킹은 불가능하다는 의견을 개진할지 모르나, 이는 아래와 같은 문제점을 양산하게 된다.

전술한 개성방향으로 시스템을 구현하면 첫 번째로 수신제한시스템의 조건상 55㎲ 마다 매번 암호화된 Key 을 전송해 주어야 하는데, 이는 55㎲ 마다 64bit 의 별도정보를 전송해주어야 하는데 이것은 과도한 Data Overload 가 발생한다는 점이다.

또한 두 번째로 각 수신기에서는 전용 Key 복호화 블럭에서 매 packet 마다 소프트웨어적으로 Key 복원을 해야 하는 데, RSA와 같은 암호화된 Key복호를 275 usec 내에 software 적으로 복원하는 것은 불가능하다는 문제점이 발생된다.

마지막으로 각각의 TS packet 마다 어떤 Key 로 디스크램블링해야 하는가에 대한 매핑정보가 추가로 필요한데, 수신되는 TS packet에 어떤 Key가 대응하는가를 판단하는 별도의 과정이 매우 고속으로 이루어져야 하기 때문에 이와 같은 처리 능력을 보이기 위해서는 고사양 고비용의 처리장치를 사용하는데 따른 소비자 부담의 비용적 측면과 방송 서비스 수신의 신뢰성 저하 등의 문제점이 발생될 수 있어 현실적으로 불가능한 것이다. 이런 문제점 등으로 국제규격 DVB 및 CAS 시스템에서는 적절한 최소 암호화 구간을 5초 정도의 소정시간으로 정의하였으며 경우에 따라서는 방송국의 사정에 따라서 이보다 매우 크거나 또는 Key 을 변경하지 않는 경우 도 있다.

이에 본 발명에서는 첨부한 도 2에 도시되어 있는 TS packet 단위의 스크림 구조에서 실제적인 184 byte의 데이터와 함께 전달되는 4 byte의 헤더 내에 존재하는 데이터를 부가적인 키로 활용한다면 불가능할 것처럼 보였던 해킹방지 개선안을 구현할 수 있을 것이라는데 착안한 것이다.

즉, 정상적인 기존의 Key는 유지하면서 부가적으로 각 TS packet의 헤더에 존재하는 특정한 위치 값을 보조적인 암호화 키로서 활용한다면, 결국 각각의 TS packet 마다 별개의 key로 암호화하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 수신단에서는 각 TS packet의 헤더 또는 데이터에 존재하는 부가적인 값을 활용하여 복호화함에 따라 처리능력의 향상 없이 손쉽게 복호화 할 수 있을 것이라는 데 착안한 것이다.

전술한 바와 같이 각 TS packet의 헤더에 존재하는 특정한 위치 값을 보조적인 암호화 키로 활용함에 따라 이하에서는 해단 값을 “TS packet의 고유정보”라 칭 한다.

상기 TS packet의 고유정보는 특정 Packet의 고유정보에 해당하는 내용으로는 다른 packet과는 독립적으로 단지 그 Packet만의 정보만으로 취득할 수 있어야 하는데, 예를 들면 특정 채널의 Packet에 순차적으로 할당된 CSA의 표준방식에서 4byte Header에 들어있는 packet number에 해당하는 순차적인 번호 값을 활용할 수 있으며, 특정 packet 의 header 또는 data 의 CRC 또는 Check Sum 형태의 값을 활용 할 수도 있고, Packet 내의 특정위치의 데이타값 또는 조합된 값을 활용할 수도 있을 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 방법을 적용한 시스템의 개념을 나타내는 구성예시도로서,

이를 해결하기 위해서 그림 3과 같이 원래의 5초 사이마다 바뀌는 Key 는 그대로 적용하며 매 TS packet 마다 해당 Packet이 가지고 있는 고유정보를 이용하여 원래의 Key 와 함께 변형된 Key 을 만들고 암호화 한다.

즉 5초 정도의 암호구간동안 단 1개의 Key 만을 전송하지만 실제 각각의 TS packet 에 적용된 Key 는 각각의 모든 TS packet 이 독립적으로 만들어낸 고유정보와 조합되어서 Key(m) = (Key # TS packet 고유정보) 형태로 암호화 된다.

Key(m,1) = Key # TS Packet(1) 고유정보

Key(m,2) = Key # TS Packet(2) 고유정보

TS Packet(m,n) 고유정보 : m 번째 암호구간에서 n 번째 TS packet 에 의해서 결정된 독립적인 특정값.

C = A # B : C 는 A 값과 B 값을 연산 또는 변형에 방정식에 의해서 C 값이 결정됨.

그리고 수신단에서는 5초에 1개의 Key 을 복구한 후에 들어오는 TS 의 고유정보정보와 함께 Key(m,n) 으로 CSA 암호화된 현재의 TS packet을 디스크램블링하게 된다.

결과적으로 Key 는 암호구간동안 1개만이 전송되며 실제 암호화는 모든 TS packet 마다 별개의 Key 로 암호화 된 것과 같은 효과를 나타낸다.

위와 같은 형태로 송신단에서 보내주면 기존의 수신칩에서는 이 시간안에 특정채널의 packet 마다 software 적으로 Key 을 알아내어서 하드웨어적으로 구성된 CSA 에 Key 을 변경시켜주어야 하는데 설령 위의 # 에 해당하는 연산방정식을 알고 있다고 하더라도 275use 마다 들어오는 TS packet 을 찾아서 해당되는 Key(m,n) 을 매핑시켜주는 것은 불가능하기 때문에 기존의 수신칩은 하드웨어방식의 CSA 을 가지고 있음에서 불구하고 채널의 복구가 불가능하고 따라서 해킹이 이루어질 수 없다.

이것은 또한 Key 와 고유정보 및 Key 변형 연산방정식 # 을 알고 있어도 현재의 수신칩들은 실제 반영해 줄 수 있는 방법이 없기 때문에 전용 하드웨어가 없다면 복원이 불가능하다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 국제표준에 따른 수신제한 시스템의 방송체계를 설명하기 위한 개념 예시도

도 2는 일반적인 국제표준에 따른 TS packet 단위의 스트림 및 구성 예시도

도 3은 본 발명에 따른 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 방법을 적용하는 시스템의 구현 개념 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : TS Packet 고유특성정보 추출부

200 : Key(#) 합성부

Claims

순차적으로 4 byte 용량의 헤더와 184 byte의 데이터가 하나의 TS 패킷(packet)을 이루며 각 패킷들이 순차적으로 전송되되, 소정시간 단위로 전송되는 TS 패킷들에 약정된 암호키를 활용하여 암호화를 수행하는 수신제한 방법에 있어서:

순차적으로 전송되는 TS 패킷에서 특정 값을 억세스하는 제1과정과;

상기 제 1과정을 통해 억세스 되어진 값을 보조키로 설정하여 상기 암호키와 약정된 순서로 합성하여 합성키를 생성하는 제 2과정과;

상기 제 2과정을 통해 생성되어진 합성키를 변경된 암호키로 설정한 후 상기 제 1과정에서 특정 값을 억세스한 해당 TS 패킷을 암호화 하는 제 3과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 특정 값은 CSA의 표준방식에서 4byte 헤더에 들어있는 패킷넘버에 해당하는 순차적인 번호 값을 활용하는 것을 특징으로 하는 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 특정 값은 특정 TS 패킷의 header 또는 data의 CRC 또는 Check Sum 형태의 값을 활용하는 것을 특징으로 하는 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 특정 값은 송수신되는 실시간적인 현 시점의 TS 패킷내의 특정위치의 데이타값 또는 조합된 값을 활용하는 것을 특징으로 하는 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 암호화 방법.
순차적으로 4 byte 용량의 헤더와 184 byte의 데이터가 하나의 TS 패킷(packet)을 이루며 각 패킷들이 순차적으로 전송되되, 소정시간 단위로 전송되는 TS 패킷들에 약정된 암호키를 활용하여 암호화를 수행하는 수신제한 방법에 있어서:

순차적으로 수신되는 TS 패킷에서 특정 값을 억세스하는 제1과정과;

상기 제 1과정을 통해 억세스되어진 값을 보조키로 설정하여 상기 암호키와 약정된 순서로 합성하여 합성키를 생성하는 제 2과정과;

상기 제 2과정을 통해 생성되어진 합성키를 변경된 암호키로 설정한 후 상기 제 1과정에서 특정 값을 억세스 한 해당 TS 패킷을 복호화 하는 제 3과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 복호화 방법.
제 5항에 있어서,

상기 특정 값은 CSA의 표준방식에서 4byte 헤더에 들어있는 패킷넘버에 해당하는 순차적인 번호 값을 활용하는 것을 특징으로 하는 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 복호화 방법.
제 5항에 있어서,

상기 특정 값은 특정 TS 패킷의 header 또는 data의 CRC 또는 Check Sum 형태의 값을 활용하는 것을 특징으로 하는 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 복호화 방법.
제 5항에 있어서,

상기 특정 값은 송수신되는 실시간적인 현 시점의 TS 패킷내의 특정위치의 데이타값 또는 조합된 값을 활용하는 것을 특징으로 하는 위성/지상파 수신제한시스템에서 해킹방지를 위한 복호화 방법.