KR20090098789A - 키들의 송신을 관리하는 방법 및 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방출기(5.1)에 의해 수신기(5.2)에 보내진 인코딩된 확장 가능 향상 프레임(3.2)을 암호화하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것으로, 이 향상 프레임은 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하고, 각 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 이 경우 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림이 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 이러한 암호화하기 위한 방법은 방출기의 레벨에서, 모든 범위성 타입이 동시에 또는 개별적으로 사용될 수 있는 방식으로, 상기 상보적 스트림을 암호화하기 위해 상보적 스트림마다 키를 발생시키는 단계(S1)로서, 상기 키들은 상보적 스트림의 품질 레벨보다 낮은 품질 레벨들의 상보적 스트림들의 키들만이 상기 상보적 스트림의 키로부터 얻어질 수 있는 방식으로 발생되는, 키 발생 단계(S1)와, 키가 수신기로 하여금 더 낮은 품질 레벨들의 상보적 스트림들의 키들만을 발생시키도록 허용하는 방식으로, 수신기에 요구된 품질 레벨에 대응하는 상보적 스트림의 키를 보내는 단계(S3)를 포함한다. 본 발명은 또한 수신된 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 복호화하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

Description

키들의 송신을 관리하는 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR MANAGING A TRANSMISSION OF KEYS}

본 발명은 키(key)들의 송신을 관리하는 방법에 관한 것이다.

미세 그레인 범위성(Fine Grain Scalability) 기술은 MPEG4-part2와 MPEG2-part10 표준들에 정의되어 있다. 이후 MPEG-4 FGS라고 언급된다. 이는 데이터 스트림이 2개의 층, 즉 확장 가능하지 않은 부분인 기본 층과, 확장 가능 부분인 향상(enhancement) 층으로 압축되는 방법을 정의한다. 압축된 스트림의 수신기는 기본 층만을 디코딩할 수 있거나, 기본 층과 향상 층을 디코딩할 수 있다. 기본 층만이 디코딩된다면, 이는 본래 콘텐츠의 낮은 품질의 버전을 초래한다. 향상 층의 한 부분이 디코딩되고, 기본 층과 결합된다면, 이는 디코딩된 향상 부분에 비례하는 콘텐츠의 향상된 품질을 만들어낸다. 게다가, 이 향상 층은 PSNR(Peak Signal to Noise Ratio) 범위성(scalability)을 지원하고, 일시적인 범위성을 지원한다. 그러므로, MPEG-4 FGS는 비트율만을 증가시킴으로서 일시적인 범위성을 지원하거나 동일한 비트율을 유지하면서 PSNR 범위성을 지원하거나 PSNR과 일시적인 범위성 모두를 지원하는데 있어서 융통성을 제공한다. 정교한 그레인 범위성이 향상 층에 의해 공급된다. 피크 신호 대 잡음비는 비디오의 수신기에 의해 자동적으로 계산될 수 있는 2개의 화상을 비교하기 위해 사용된 객관적인 비디오 품질 측정 규준이다. 비트율은 비디오를 수신하기 위해 수신기에서 이용 가능한 비트율이다.

확장 가능 다층 FGS 암호화(SMLFE: Scalable Multi-Layer FGS Encryption)는, MPEG-4 FGS 코딩을 위해, PSNR과 비트율 범위성 모두를 동시에 지원하는 층을 이루고 있는 액세스 제어 체계이다. SMLFE에서는, 향상 층이 PSNR과 비트율 값들에 따라 분할된 다수의 품질 레벨을 지닌 단일 스트림으로 암호화된다. 더 낮은 품질 레벨들이 액세스될 수 있고, 동일한 범위성 타입의 더 높은 품질의 레벨에 의해 다시 사용된다. 이후 향상 층은 여러 상이한 세그먼트(segment)들로 이루어진다. 키(key)는 각 세그먼트를 암호화하기 위해 세그먼트마다 발생된다.

MPEG-4 FGS 압축된 콘텐츠를 액세스하기 위해, 소비자는 모든 요구된 세그먼트를 복호화할 키들을 필요로 한다. 키들의 개수가 중요할 수 있다. 따라서, 모든 키를 소비자에게 보내는 것은 성가질 수 있고, 상당한 오버헤드(overhead)를 송신된 콘텐츠에 추가할 수 있다. 따라서 효율적인 키 관리 체계를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 암호화 키들을 관리하고, 모든 다른 세그먼트가 여전히 소비자에게 액세스 가능하지 않으면서, 바라는 품질에 대응하는 향상 층에서 모든 세그먼트를 수신기가 복호화하는 것을 가능하게 하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 상보적 스트림들을 효율적으로 암호화하고 복호화하는 것을 목표로 하는 키 관리 시스템에 초점을 맞추고 있다.

본 발명은 그 중에서도 특히 MPEG4 FGS 분야에 적용되지만, 더 일반적으로는 암호화된 인코딩된 프레임들이 송신되는 다른 분야들에도 적용된다.

이를 위해, 본 발명은 방출기(emitter)에 의해 수신기로 보내진 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 암호화하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 향상 프레임은 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하고, 각각의 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림은 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 이러한 방법은 방출기의 레벨에서, 모든 범위성 타입들이 동시에 또는 개별적으로 사용될 수 있는 방식으로, 상보적 스트림을 암호화하기 위해 상보적 스트림마다 키를 발생시키는 단계로서, 상기 키들은 상보적 스트림의 품질 레벨보다 낮은 품질 레벨들의 상보적 스트림의 키들만이 상기 상보적 스트림의 키로부터 얻어질 수 있는 방식으로 발생되는, 키 발생 단계와, 수신기에 품질 레벨에 대응하는 상보적 스트림의 키를 보내는 단계를 포함하고, 이 경우 키는 더 낮은 품질 레벨들의 상보적 스트림들의 키들만을 수신기가 발생시키는 것을 허용한다.

높은 보안성, 낮은 복잡도, 및 낮은 데이터 오버헤드와 같은 바라는 특성들이 제공된다. 암호화 체계를 위한 높은 보안성과 그것과 관련된 키 관리 시스템을 가지는 것이 필수적이지만, 이는 일반적으로 복잡성과 데이터 오버헤드를 희생하여 이루어지는 것이다. 낮은 복잡도의 방법은 가능한 키들을 적게 사용하고, 키들의 크기가 작으며, 심지어 제한된 계산 전력 디바이스로 작업하는 방법이다. 낮은 데이터 오버헤드란 스크램블링된 스트림을 지닌 중요한 오버헤드를 추가하지 않는 방법을 의미한다. 키 발생 프로세스는 하나의 단일 키로부터 모든 후속 키들을 발생시키는 것을 허용한다. 서버는 오직 수신기가 허용된 키들을 이끌어내도록 수신기에 하나의 키를 보낼 필요가 있다. 이는 데이터 오버헤드를 거의 요구하지 않는다.

일 실시예에 따르면, 품질 레벨에 대응하는 상보적 스트림의 키를 보내기 전에, 본 발명의 방법은 스트림의 상기 품질 레벨 수신을 위해 수신기로부터의 요구를 수신하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상보적 스트림마다 키를 발생시키는 단계는, 더 높은 품질 레벨의 상보적 스트림의 랜덤한(random) 키를 발생시키는 단계와, 그 랜덤한 키에 적어도 일 방향(one-way) 치환 알고리즘을 연속적으로 적용함으로써 더 낮은 품질의 레벨들의 상보적 스트림의 키를 얻는 단계를 포함한다.

단일 함수는 모든 후속 키를 발생시키는 것을 허용한다. 이는 계산상 자원들을 거의 요구하지 않는다.

특히, 제 1 범위성과 제 2 범위성의 2가지 범위성 타입의 조합에서, 주어진 제 1 범위성 레벨에 관해 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림의 키를 얻는 단계는, 하나의 레벨의 키를 좌측 부분과 우측 부분으로 분할하는 단계, 일-방향 치환 알고리즘을 키의 우측 부분에 적용하는 단계, 및 더 낮은 품질 레벨의 키를 얻기 위해, 키의 좌측 부분을 얻어진 우측 부분과 연결하는 단계를 포함한다.

유사하게, 제 1 범위성과 제 2 범위성의 2가지 범위성 타입의 조합에서, 주어진 제 2 범위성 레벨에 관한 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림의 키를 얻는 단계는, 하나의 레벨의 키를 좌측 부분과 우측 부분으로 분할하는 단계, 일-방향 치환 알고리즘은 키의 좌측 부분에 적용하는 단계, 및 더 낮은 품질 레벨의 키를 얻기 위해, 얻어진 우측 부분을 키의 좌측 부분과 연결하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 복호화하기 위해 의도된 복호화 키들을 계산하기 위한 방법에 관한 것으로, 이러한 향상 프레임은 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하고, 각각의 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림은 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 이러한 방법은 수신기의 레벨에서, 요구된 품질 레벨에 대응하는 상보적 스트림의 키를 수신하는 단계와, 수신된 키로부터 더 낮은 품질 레벨들에 대응하는 상보적 스트림들의 후속 키들만 발생시키는 단계를 포함한다.

수신기는 모든 상보적 스트림들에 관한 키들 모두를 수신할 필요는 없다. 수신기는 인가된 키들만을 발생시키는 것을 허용하는 오직 하나의 키를 수신한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명의 방법은 상보적 스트림의 키를 수신하는 단계를 포함하고, 스트림의 상기 요구된 품질 레벨 수신을 표시하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 후속 키들을 발생시키는 단계는 수신된 키에 일-방향 치환 알고리즘을 연속적으로 적용하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하는 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 암호화하기 위한 디바이스에 관한 것으로, 각각의 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림은 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 이러한 디바이스는 더 높은 품질 레벨의 상보적 스트림의 랜덤한 키를 발생시키고, 이 랜덤한 키에 적어도 하나의 일-방향 치환 알고리즘을 연속적으로 적용시킴으로써 더 낮은 품질 레벨들의 상보적 스트림의 키들을 발생시키기 위한 암호화 수단을 포함한다.

본 발명은 또한 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하는 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 복호화하기 위한 디바이스에 관한 것으로, 각각의 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림은 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 이러한 디바이스는 더 낮은 품질 레벨에 대응하는 상보적 스트림들의 후속 키들만을, 수신된 키로부터 발생시키기 위한 복호화 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 이 제품은 프로그램이 컴퓨터 상에서 실행될 때, 본 발명에 따른 프로세스들의 단계들을 실행하기 위한 프로그램 코드 명령어들을 포함한다. "컴퓨터 프로그램 제품"이란, 컴퓨터 프로그램 지원을 의미하며, 이는 디스켓이나 카세트와 같은, 프로그램을 담는 저장 공간뿐만 아니라, 전기 신호 또는 광학 신호와 같은 신호로 이루어질 수 있다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 결코 제한적이지 않은 방식으로, 후속하는 실시예와 실행 예들에 의해 더 잘 이해되고 예시된다.

도 1은 1개의 기본 스트림과 2개의 상보적 스트림으로 분할된 스트림을 나타내는 도면.

도 2는 확장 가능 인코딩된 상보적 스트림들의 암호화를 도시하는 도면.

도 3은 확장 가능 향상 층을 나타내는 블록도.

도 4는 향상 층에서의 범위성을 사용하기 위한 상이한 모드들을 예시하는 도면.

도 5는 암호화 방법과 복호화 방법의 흐름도.

도 6은 실시예의 시스템을 나타내는 도면.

도 5에서는, 나타낸 블록들이 순수히 기능성 실체이고, 이는 반드시 물리적으로 분리된 실체에 대응하는 것은 아니다. 즉, 그것들은 소프트웨어의 형태로 개발될 수 있거나 하나 이상의 집적 회로들로 구현될 수 있다.

예시적인 실시예는 MPEG-4 FGS의 프레임워크(framework) 내에 있는 것이지만, 본 발명은 이러한 특별한 환경에 국한되지 않고, 암호화된 인코딩된 프레임들의 한 세트가 송신되는 다른 프레임워크 내에서도 적용 가능하다.

송신되는 디지털 서비스를 다양한 구성 성분으로서 분리하는 다수의 방식이 존재하는데, 이들 구성 성분은 클라이언트-특정(client-particular) 스트림에 의해 송신된다. 예컨대, 서비스를 코딩하거나, 기본 스트림이라고 부르는 작은 대역폭의 제 1 스트림과, 상보적 스트림들의 형태로 된, 비디오와 같은 서비스 성분을 코딩하는 증분 코더들(incremental coders)을 사용하는 것이 가능하다. 기본 스트림은 일반적으로 등급이 떨어진 송신 모드에서 서비스를 회복시키는 것(restitution)을 허용하기에 충분한다. 그것은 항상 독립적으로 디코딩될 수 있다. 비디오에 관련해서, 이러한 기본 서비스는 비디오의 낮은 선명도 버전을 포함할 수 있다. 오디오에 관해서도 마찬가지일 수 있다. 상보적 스트림들은 기본 스트림으로부터 놓친 정보를 보내어, 등급이 떨어지지 않은 모드에서 그 서비스를 복원시키는 것을 가능하게 한다. 상보적 스트림은 오직 더 낮은 스트림과 함께 디코딩될 수 있다.

그러한 서비스 또는 적어도 그것의 비디오 구성 성분이 도 1에 나타나 있다. 완전한 비디오(1)는 제 1 기본 스트림(1.1)과, 2개의 상보적 스트림(1.2, 1.3)을 포함하는 확장 가능 향상 층으로 분해된다. 이 기본 스트림은 제 1의 저해상도로 비디오를 재구성하는 것을 가능하게 한다. 기본 스트림과 상보적 스트림(1)의 디코딩은 중간 해상도로 비디오를 복원하는 것을 가능하게 한다. 3개의 스트림들의 디코딩은 완전한 비디오를 그것의 최고의 해상도로 복원하는 것을 가능하게 한다.

실제로, 상보적 스트림들의 인코딩은 확장 가능한데 반해, 기본 스트림 인코딩은 일반적으로 확장 가능하지 않다. 암호화 면에서, 기본 층을 암호화하는 것에 하나의 키로 충분하고, 기본 스트림에 관해서는 키 관리 체계가 필요하지 않다. 상보적 스트림들을 암호화하는 것에는 여러 키들이 필수적이고, 키 관리 체계가 보통 필요하다. 확장 가능 인코딩된 상보적 스트림들의 암호화가 도 2에 의해 예시되어 있다. 이 실시예는 확장 가능 인코딩된 상보적 스트림들(2.1)을 이들 암호화된 스 트림이 확장 가능하게 남아 있는 암호화된 상보적 스트림들(2.2)로 암호화하는 것을 허용하는 체계를 제안한다. 암호화된 비디오 부분을 제공하기 위해, 클리어(clear) 비디오 부분(2.1)에 암호화(2.3)가 적용된다.

MPEG-4 FGS 코딩이 MPEG4-part2 ISO/IEC 14496-2:2003 표준에서 정의된다. FGS에서, 데이터 스트림이 2개의 층, 즉 확장 가능하지 않은 부분인 기본 층과 확장 가능 부분인 향상 층으로 인코딩되고 압축된다. 기본 층만이 디코딩된다면, 이는 본래 콘텐츠의 낮은 품질 버전을 초래한다. 하지만, 향상 층의 일부가 기본 층과 결합되어 디코딩된다면, 이는 디코딩된 향상 부분에 비례하는 콘텐츠의 향상된 품질을 만들어낸다. 더 나아가 향상 층은 PSNR과 일시적 범위성 모두를 지원한다. 도 3은 그러한 디바이스를 나타내는 블록도로서, 완전한 비디오가 도시되지 않은 기본 층과, 2개의 범위성, 즉 PSNR(3.3)과 비트율(3.4)에 기초한 다수의 상보적 스트림을 포함하는 확장 가능 향상 층(3.2)으로 분해된다. 각각의 향상 층은 T개의 PSNR 레벨들과 M개의 비트율 레벨들로 독립적으로 분할된다. 이후 향상 층은 M*T개의 상이한 세그먼트 또는 상보적 스트림들로 구성된다. 도 3에서, T=3이고 M=5이며, m이 {1,...M}에 속하고, t가 {1,...T}에 속하는 각각의 세그먼트(S_m,t)는 하나의 PSNR 레벨과 하나의 비트율 레벨의 교차점에 있다.

MPEG4 FGS 콘텐츠 품질은 일시적인 범위성 비트율과 PSNR 범위성 모두에 의존할 수 있다. 요구된 품질을 위해, 콘텐츠 제공자는 비트율 층들만을 사용하여, 그 비트율에 관한 동일한 레벨을 유지하면서 PSNR 층들만을 사용하여, 또는 PSNR과 비트율 층들 모두를 동시에 사용하여, 일정한 레벨 층으로의 액세스를 줄 수 있다. 그러므로, 동일한 콘텐츠 품질을 얻기 위한 3가지 모드가 존재한다. 이는 도 3에 표시된 것과 동일한 블록도 타입들을 나타내는 도 4에 의해 예시된다. 4.1에서는, PSNR에 관해 동일한 레벨을 유지하면서, 비트율 범위성만이 사용된다. 4.2에서는, 비트율에 관해 동일한 레벨을 유지하면서, PSNR 범위성만이 사용된다. 4.3에서는, 2가지 범위성 모두가 동시에 사용된다. 2가지 범위성 모두의 사용은 사용자가 한 행 또는 항 열에서의 일부 세그먼트에만, 그 행 또는 그 열에서의 모든 세그먼트에 관한 액세스를 반드시 줄 필요없이, 액세스를 주는 것을 허용한다. 실제로, 콘텐츠 제공자는 세그먼트(S1,1, S2,1, S3,1, S1,2, S2,2, S3,2)에 액세스를 줄 수 있으면서, 예컨대 소비자에게 S4,1, S5,1, S4,2, S5,2를 액세스 가능하지 않게 유지시킨다. 오직 1가지 타입의 범위성이 사용되는 4.1과 4.2에서는, 소비자가 주어진 품질 타입의 층에서 1개의 세그먼트를 액세스할 권리를 가진다면, 그 층에서 모든 세그먼트에 액세스할 권리를 가진다. 4.1에서는, 소비자가 레벨 2의 비트율을 액세스할 권리를 가지고, 그 결과로서 4.1.1에 표시된 것처럼, 레벨 2 이하의 비트율을 지닌 층에서 임의의 세그먼트에 액세스할 권리를 가지게 된다. 4.2에서는, 소비자가 레벨 2,s의 PSNR에 액세스할 권리를 가지고, 4.2.1에 표시된 것처럼, 레벨 2 이하의 PSNR을 지닌 층에서 임의의 세그먼트에 액세스할 권리를 가지게 된다.

실시예의 암호화 체계는 암호화된 향상 층에 액세스하기 위해, 이들 3가지 모드를 사용하는 것을 허용한다. 실시예의 암호화 체계는 암호화된 세그먼트들을 지닌 범위성을 유지하는 것을 허용한다. 실시예의 암호화 체계는 범위성을 사용할 수 있게 하기 위해, 향상 층의 임의의 세그먼트를 복호화하는 것을 요구하지 않는다. 키 관리는 유연성이 있고, MPEG4 FGS 범위성이 암호화된 콘텐츠로 충분히 이용될 수 있다. 모든 범위성 타입은 동시에 또는 개별적으로 사용될 수 있다.

확장 가능 다층 FGS 암호화(SMLFE: Scalable Multi-Layer FGS Encryption)는, MPEG-4 FGS 코딩을 위해, PSNR과 비트율 범위성 모두를 동시에 지원한다. SMLFE는 2003년 9월 스페인 바르셀로나에서 열린 이미지 프로세싱에 관한 IEEE 국제 회의록에 C.Yuan, B.B.Zhu, M.Su, X.Wang, S.Li, 및 Y.Zhong에 의해 "Layered Access Control for MPEG-4 FGS Video"라는 제목으로 실린 서류 vol. 1, pp. 517-520에서 정의되어 있다. SMLFE에서는, 향상 층이 PSNR과 비트율 값들에 따라 분할된 다수의 품질 레벨을 지닌 단일 스트림으로 암호화된다. 더 낮은 품질 레벨들이 액세스될 수 있고, 동일한 범위성 타입의 더 높은 품질 레벨에 의해 다시 사용될 수 있거나, 그 역도 성립한다. 2개의 상이한 범위성 타입의 보호는 직교(orthogonal)하는데, 즉 1개의 범위성 타입의 레벨에 액세스할 권리는 나머지 범위성 타입의 레벨들 또한 액세스 가능하게 만들지 않는다.

도 3의 각 세그먼트는 도시되지 않은 대응하는 세그먼트 키(K_{m ,t})로 암호화된다. 그러한 경우, M*T는 비디오의 송신기에 의해 모든 세그먼트를 암호화하기 위해 랜덤하게 발생된다. 이들 키는 MPEG-4 FGS 압축된 콘텐츠를 액세스하기 위해 관리되고 비디오의 수신기에 보내져야 한다.

이제, 일 실시예에 따라, 세그먼트들을 암호화하고 복호화하기 위한 방법과, 암호화 키들을 발생시키는 방법을 설명한다. 인코딩과 암호화는 서버에서 수행되거나, 송신기에서 수행된다. 디코딩과 복호화는 클라이언트에서 수행되거나 비디오의 수신기에서 수행된다.

SMLFE의 상황에서처럼, 향상 층은 M*T개의 상이한 세그먼트로 이루어진다. 각각의 상이한 키(K_{m ,t})는 m이 {1,...M}에 속하고, t가 {1,...T}에 속하는 세그먼트(S_m,t)를 암호화하기 위해 사용된다. S_{M ,T}는 2가지 범위성 타입 모두에 관해 더 높은 품질의 세그먼트이다.

서버에서, 키가 먼저 랜덤하게 발생된다. 그 키는 가장 높은 품질 세그먼트(S_M,T)의 키(K_M,T)이다. 이 키는 좌측과 우측의 2개의 절반으로 분할된다. 따라서, 더 낮은 PNSR 품질 세그먼트와 연관된 키가 일-방향 치환을 통해, 키(K_{M ,T})의 우측의 결과와 키(K_{M ,T})의 좌측을 연결함으로써 얻어진다. 그리고, 더 낮은 비트율 품질 세그먼트와 연관된 키가 일-방향 치환을 통해, 우측 키(K_{M ,T})와 좌측 키(K_{M ,T})의 결과를 연결함으로써 얻어진다. 동일한 방식으로, 가장 낮은 품질의 세그먼트(S_{1 ,1})의 암호화 키인 K_{1 , 1}를 계산할 때까지, 이러한 프로세스를 반복함으로써, m=1,...M과 t=1,...T에 관한 모든 키(K_{m ,t})가 얻어진다.

명백하게, h를 일-방향 치환이라고 하자. 키(K)가 주어지면, hⁿ(K)는 K에 대한 일 방향 치환(h)을 n번 적용한 후의 결과를 표시한다. K_{m ,t}를 향상 층에서의 주 어진 세그먼트(S_m,t)의 암호화 키라고 하면, 그 키는 다음 절차에 관하여 발생된다.

- LK_{M ,T}가 좌측 키 값을 나타내고, RK_{M ,T}가 우측 키 값을, 기호 ||가 연결을 나타내는 K_{M ,T}=(LK_{M ,T}||RK_{M ,T})를 랜덤하게 발생시킨다.

- 차이인 M-m=x와 T-t=y를 계산한다.

- 다음 키 발생 수학식인 K_{m ,t}=(h^x(LK_{M ,T})||h^y(RK_{M ,T}))을 사용하여 키들(K_{m ,t})을 만들어낸다.

이 실시예에서, 키들(K_{m ,t})은 128비트의 길이로, h^x(LK_{M ,T})와 h^y(RK_{M ,T})가 64비트의 길이이다.

상이한 세그먼트들에 관해 동일한 세그먼트 키를 갖는 것을 회피하기 위해, K_M,T의 우측 절반 값은 좌측 절반 값과는 상이하게 된다. 그렇지 않으면, 잘 맞추어진 키를 얻을 때까지, 키(K_{M ,T})가 다시 발생된다.

도 3에 표시된 세그먼트들을 다시 참조하면, S_{5 ,3}은 PSNR과 비트율 범위성 모두에 관해 가장 높은 품질의 세그먼트이다.

처음에, 연관된 세그먼트 키(K_{5 ,3})가 랜덤하게 발생된다.

그 다음, 이 키가 2개의 절반인 K_{5 ,3}=(LK_{5 ,3}||RK_{5 ,3})으로 분할되고, 모든 다른 키를 얻기 위해, 일-방향 치환(h)을 사용하여 처리된다.

표 1은 어떻게 모든 다른 세그먼트 키들이 위에서 한정된 키 발생 수학식으로 얻어지는지를 보여준다.

수신기가 일정한 품질을 지닌 콘텐츠에 관한 권리를 획득하면, 요구된 품질의 가장 높은 품질 세그먼트에 연관된 키가 송신기에 의해 계산되고 수신기에 보내진다. 이러한 가장 높은 품질의 세그먼트가 그것과 연관된 키인 K_{3 ,2}를 지닌 S_{3 ,2}라고 하자. 차이인 M-m=5-3과 T-t=3-2는 각각 2와 1과 같다. K_{3 ,2}=(h²(LK_{5 ,3})||h(RK_{5 ,3}))은 위에서 정의된 키 발생 수학식과, 일-방향 치환 알고리즘을 사용하여 송신기에 의해 K_{5 ,3}으로부터 계산된 세그먼트 키이다. K_{3 ,2}는 수신기에 보내진다. 수신기에서, 액세스 가능한 세그먼트들은 도 3에서 3.1에 표시된 것처럼, S_{3 ,2}, S_{3 ,1}, S_{2 ,2}, S_{2 ,1}, S_{1 ,2}, 및 S_{1 ,1}이다. 즉, 가장 높은 품질의 세그먼트가 S_{m ,t}라면, 액세스 가능한 세그먼트들은 S_{u ,v}이고, 여기서 1 ≤u ≤m이고, 1 ≤v ≤t이다.

K_{3 ,2}는 수신기에 의해 수신되고, 2개의 절반인 LK_{3 ,2}와 RK_{3 ,2}로 분할된다. 이후 세그먼트 키들(K_3,1, K_2,2, K_2,1, K_1,2, 및 K_1,1)가 해싱(hashing)과 LK_{3 ,2}와 RK_{3 ,2}의 연결에 의해 얻어진다. 이는 송신기에 의해 사용된 것과 동일한 일-방향 치환 알고리즘을 사용해서 행해진다. 이 프로세스는 모든 세그먼트 키를 계산할 때까지 반복된다. 계산된 키들은 표 2에 표시된 것처럼 K_{3 ,2}로부터 얻어진다.

품질 레벨을 액세스하는 권리는 또한, 세그먼트 키의 우측 또는 좌측을 각각 해싱함으로써, 상이한 PSNR 또는 비트율의 범위성에 관한 더 낮은 품질의 레벨들을 액세스하는 권리를 제공한다. 해시(hash) 함수의 일-방향 기준 덕분에, 그리고, 해시 함수가 일대일 함수가 아니라는 사실 덕분에, 더 높은 품질의 레벨들이 액세스 가능하지 않다. 가장 높은 품질의 세그먼트가 S_{m ,t}라면, 세그먼트들은 S_{u ,v}이고, 이 경우 m<u 또는 t<v이다. 키 관리 체계의 보안성은 본질적으로 해시 함수의 선택과 튼튼함(robustness)에 의존한다.

암호화 방법과 복호화 방법은 도 5에 요약되어 있다.

단계 S1. 서버는 랜덤한 키를 발생시키고, 그러한 랜덤한 키로부터 후속 키들을 발생시킨다.

단계 S2. 수신기는 품질 레벨에서 콘텐츠의 수신을 위한 요구를 보낸다. 서버는 그러한 요구를 받고 가장 높은 품질의 매칭(matching) 세그먼트를 추론한다.

단계 S3. 서버는 가장 높은 품질의 매칭 세그먼트에 대응하는 키를 수신기에 보낸다.

단계 S4. 수신기는 키를 수신하고 액세스 가능한 세그먼트들에 대응하는 키들을 발생시킨다.

전술한 바와 같이, 고유한 일-방향 치환 함수가 각 측 상에서 사용된다. 대신, 상이한 일-방향 치환이 우측과 좌측에 관해 사용될 수 있다. 그러면 키 발생을 위한 수학식은, h1 함수와 h2 함수인 K_{m ,t}=(h1^x(LK_{M ,T})||h2^y(RK_{M ,T}))가 된다.

이 실시예에서, K_{M ,T}는 LK_{M ,T}와 RK_{M ,T}의 연결로 얻어지고, 이 경우 LK_{M ,T}는 좌측 키 값을 나타내고, RK_{M ,T}는 우측 키 값을 나타낸다. 대안적으로, LK_{M ,T}는 짝수 비트들을 나타내고, RK_{M ,T}는 LK_{M ,T}의 홀수 비트들을 나타낸다.

일-방향 치환은 역방향보다는 일 방향으로 계산하기가 훨씬 더 쉬운 함수인데, 즉 하나의 출력이 하나의 입력에 대한 일-방향 치환으로 얻어진다면, 그러한 출력이 주어질 때 그 입력을 다시 얻는 것은 쉽지 않다. 예컨대, 순 방향으로 그러한 함수를 수 초 내로 계산하는 것은 가능할 수 있지만, 그것의 역을 계산하는 것은 가능하다고 해도 여러 달 또는 여러 해가 걸릴 수 있다. 사용될 수 있는 다양한 일-방향 치환 알고리즘은 다음과 같다.

- MD5, RIPEMD-160 또는 SHA1과 같은 관련 분야에 공지되어 있는 해시 함수.

- Mersenne Twister, ISAAC 등과 같은 관련 분야에 공지된 PRNG(Pseudo Random Number generator). 세그먼트 키, 또는 그러한 세그먼트 키의 조각(piece)가 PRNG에 관한 시드(seed)로서 사용된다, h(K)=PRNG(K). 그 출력은 미리 정의된 크기에 적합하게 끊어질 수 있다.

- 대칭 암호(cipher)들: 블록 암호 또는 DES 또는 RC4와 같은 스트림 암호. 대칭 암호들은 2개의 입력, 즉 메시지, 및 키를 요구하지만, 일-방향 치환으로서 사용될 때, 2개의 입력이 동일할 수 있다. 본 발명에서는, 대칭 암호가 세그먼트 키(K)에 적용될 때, K는 암호화할 메시지와 암호화하기 위해 사용된 키 모두로서 사용된다. 그러한 경우, h(K)=E_{K}(K)이다.

- 이산 로그 또는 공용-키(public-key) 암호화 알고리즘 (RSA).

- 이산 로그에 관해서는, 곱셈(multiplicative) 그룹(Z*_p)의 발생기(generator) g가 선택되고, p는 큰 소수(prime number)이다. 더 낮은 품질의 세그먼트와 연관된 세그먼트 키는 더 높은 품질의 세그먼트 키의 값과의 g(modulo p)의 지수화에 의해 얻어진다. 그러한 경우, h(K)=g^K mod p이다.

- RSA에 관해서는, 공용 값들(e,n)이 발생되고, 이 경우 n은 2개의 소수의 곱이고, e는 공용 지수이다(사설 키는 버려진다). 더 낮은 품질의 세그먼트에 연관된 세그먼트 키는 공용 지수인 e(모듈로 n)에 의해 더 높은 품질의 세그먼트 키(K)의 값의 지수화에 의해 얻어진다. 그러한 경우, h(K)=K^e mod n이다.

치환을 위해 필요한 성질은 일-방향 기준뿐이다. MD5에 관한 것처럼, 일부 충돌이 존재한다는 사실은 보안에 관한 어떠한 영향도 미치지 않는다.

실시예는 PSNR과 비트율 범위성 모두를 지원하는 향상 층에 관한 것이다. 이 실시예는 3개 이상의 범위성에 실제로 적용 가능하다. N개의 범위성으로, 송신된 키인 K_{M ,T}가 N개의 부분으로 분할되고, 후속 키들이 각 부분에 대한 일-방향 치환을 사용하여 연속적으로 발생된다.

도 6은 센더(sender)라고도 하는 서버(5.1)와, 네트워크(5.3)를 통해 서버에 연결된 수신기라고도 하는 클라이언트(5.2)를 포함하는 실시예의 시스템을 나타낸다. 서버는 클라이언트에 암호화된 비디오 콘텐츠를 보낸다. 네트워크는, 예컨대 인터넷이다. 서버는 비디오의 송신기이다. 클라이언트는 비디오의 수신기이다.

서버는 스트림을 압축하고, 실시예에 따라 기본 층과 후속 향상 층들을 발생시키는 압축 수단(5.1.5)을 포함한다. 서버는 또한 실시예에 따라 암호화 키들을 발생시키고 세그먼트들을 암호화하기 위한 암호화(5.1.2) 수단을 포함한다. 서버는 네트워크를 통해 클라이언트들로 스트림을 보내기 위한 통신 수단(5.1.3)을 포함한다. 서버는 처리 수단(5.1.1)과 압축 알고리즘과 암호화 알고리즘을 실행하는 프로그램들을 저장하기 위한 저장 수단(5.1.4)을 포함한다. 서버는 데이터를 내부적으로 송신하기 위한 내부 버스(5.1.6)를 포함한다.

클라이언트는 스트림을 압축 해제하기 위한 압축 해제 수단(5.2.5)을 포함한다. 클라이언트는 실시예에 따른 암호화 키들을 발생시키고, 암호화된 세그먼트들을 복호화하는 복호화 수단(5.2.2)을 포함한다. 클라이언트는 네트워크를 통해 서버로부터 스트림을 수신하기 위한 통신 수단(5.2.3)을 포함한다. 서버는 처리 수단(5.2.1)과 압축 해제 알고리즘과 복호화 알고리즘을 실행하는 프로그램들을 저장하기 위한 저장 수단(5.2.4)을 포함한다. 클라이언트는 데이터를 내부적으로 송신하기 위한 내부 버스(5.2.6)를 포함한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 상보적 스트림들을 효율적으로 암호화하고 복호화하는 것을 필요로 하는 키 관리 시스템에 이용 가능하다.

Claims (8)

1. 방출기(5.1)에 의해 수신기(5.2)로 보내진 인코딩된 확장 가능 향상 프레임(3.2)을 암호화하기 위한 방법으로서,

   상기 향상 프레임은 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하고, 각각의 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림은 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 이러한 방법은 방출기(5.1)의 레벨에서,

   - 더 높은 품질 레벨의 상보적 스트림의 랜덤한 키를 발생시키는 단계,

   - 대칭적 해시 알고리즘의 한 가지 타입만을 랜덤한 키에 연속적으로 적용함으로써, 더 낮은 품질 레벨들의 상보적 스트림들의 키를 얻는 단계, 및

   - 수신기에 품질 레벨에 대응하는 상보적 스트림의 키를 보내는 단계(S3)를

   포함하고, 상기 키는 수신기가 더 낮은 품질 레벨들의 상보적 스트림들의 키들만을 발생시키는 것을 허용하는, 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 암호화하기 위한 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   품질 레벨에 대응하는 상보적 스트림의 키를 보내기 전에, 스트림의 상기 품질 레벨 수신을 위해 수신기로부터의 요구를 수신하는 단계(S2)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 암호화하기 위한 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   제 1 범위성과 제 2 범위성의 2가지 범위성 타입의 조합에서, 주어진 제 1 범위성 레벨에 관해 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림의 키를 얻는 단계는,

   - 하나의 레벨의 키를 좌측 부분과 우측 부분으로 분할하는 단계,

   - 일-방향 치환 알고리즘을 상기 키의 우측 부분에 적용하는 단계, 및

   - 더 낮은 품질 레벨의 키를 얻기 위해, 키의 좌측 부분을 얻어진 우측 부분과 연결하는 단계를

   포함하는 것을 특징으로 하는, 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 암호화하기 위한 방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   제 1 범위성과 제 2 범위성의 2가지 범위성 타입의 조합에서, 주어진 제 2 범위성 레벨에 관한 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림의 키를 얻는 단계는,

   - 하나의 레벨의 키를 좌측 부분과 우측 부분으로 분할하는 단계,

   - 일-방향 치환 알고리즘을 상기 키의 좌측 부분에 적용하는 단계, 및

   - 더 낮은 품질 레벨의 키를 얻기 위해, 얻어진 우측 부분을 키의 좌측 부분과 연결하는 단계를

   포함하는 것을 특징으로 하는, 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 암호화하기 위한 방법.
5. 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 복호화하기 위해 의도된 복호화 키들을 계산하기 위한 방법으로서,

   상기 향상 프레임은 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하고, 각각의 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림은 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 수신기(5.2)의 레벨에서, 상기 방법은,

   - 요구된 품질 레벨에 대응하는 상보적 스트림의 키를 수신하는 단계(S3)와,

   - 대칭적 해시(hash) 알고리즘의 한 가지 타입만을 수신된 키에 연속적으로 적용함으로써, 수신된 키로부터 더 낮은 품질 레벨들에 대응하는 상보적 스트림들의 후속 키들만 발생시키는 단계(S4)를

   포함하는, 복호화 키들을 계산하기 위한 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상보적 스트림의 키를 수신하는 단계(S3) 전에, 스트림의 상기 요구된 품질 레벨 수신을 표시하는 단계(S2)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복호화 키들을 계산하기 위한 방법.
7. 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하는 인코딩된 확장 가능 향상 프레임(3.2)을 암호화하기 위한 디바이스로서,

   각각의 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림은 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 상기 디바이스는 더 높은 품질 레벨의 상보적 스트림의 랜덤한 키를 발생시키고, 이 랜덤한 키에 대칭적 해시 알고리즘의 한 가지 타입만을 연속적으로 적용시킴으로써 더 낮은 품질 레벨들의 상보적 스트림의 키들을 발생시키기 위한 암호화 수단을 포함하는, 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 암호화하기 위한 디바이스.
8. 품질 레벨에 관하여 배열된 복수의 상보적 스트림을 포함하는 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 복호화하기 위한 디바이스로서,

   각각의 상보적 스트림은 2개 이상의 범위성 타입의 조합에 대응하며, 더 낮은 품질 레벨의 상보적 스트림은 각각의 범위성 타입에 대한 더 낮은 품질에 대응하고, 상기 디바이스는 랜덤한 키에 대칭적 해시 알고리즘의 한 가지 타입만을 연속적으로 적용시킴으로써, 더 낮은 품질 레벨들에 대응하는 상보적 스트림들의 후속 키들만을, 수신된 키로부터 발생시키기 위한 복호화 수단을 포함하는, 인코딩된 확장 가능 향상 프레임을 복호화하기 위한 디바이스.

Images