KR20090128863A - 휴대 방송 시스템에서의 암호화 키 분배 방법 및 이를 위한시스템 - Google Patents

휴대 방송 시스템에서의 암호화 키 분배 방법 및 이를 위한시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대 방송 시스템에서의 서비스 보호 및 콘텐츠 보호를 위한 암호화 키 분배 방법 및 이를 위한 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 단말로 상기 방송 서비스가 제공되기 시작할 때, 네트워크가 제1 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제1 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 상기 단말로 전송하고, 상기 제1 액세스 값 쌍의 수명이 만료되기 전에, 상기 네트워크가 제2 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제2 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 상기 단말로 전송한다.
OMA BCAST, 서비스 보호, 콘텐츠 보호, 트래픽 보호, LTKM, PPV, AVP, TEK

Description

휴대 방송 시스템에서의 암호화 키 분배 방법 및 이를 위한 시스템{Method for Security Key Distribution in Broadcast Service System and System Therefor}
본 발명은 휴대 방송 시스템에 관한 것으로, 특히 OMA BCAST(Open Mobile Alliance Broadcast) 서비스 시스템에서 서비스 보호 및 콘텐츠 보호 구조(스마트카드 프로파일)에 적용하는 휴대 방송 서비스를 위한 트래픽 암호화 키 분배 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
이동통신 시장은 기존 기술들의 재조합 또는 통합을 통해 새로운 서비스의 생산을 지속적으로 요구받고 있으며, 오늘날 통신 및 방송 기술의 발달로 인해 종래의 방송 시스템 또는 이동 통신 시스템에서 핸드폰, PDA의 등 휴대 단말기(이하, "단말")를 통해 방송 서비스를 제공하는 단계에 있다. 이러한 잠재적이고 실제적인 시장 수요와 멀티미디어 서비스에 대해 급증하는 사용자 요구, 기존의 음성 서비스 외에 방송 서비스 등 새로운 서비스를 제공하고자 하는 사업자의 전략, 그리고 수요자의 요구를 수용하여 이동통신 사업을 강화하고 있는 IT 기업들의 이해관계가 맞물려 이동통신 서비스와 IP 기술의 융합은 차세대 이동통신 기술 개발의 큰 흐름 으로 자리잡고 있다.
한편 단말의 어플리케이션(application) 표준 단체인 오픈 모바일 얼라이언스(Open Mobile Alliance : OMA)는 개별 모바일 솔루션의 상호 연동을 위한 표준을 연구하는 단체로서, 상기 OMA는 이동통신용 게임, 인터넷 서비스 등에 대한 다양한 어플리케이션 표준을 정하는 역할을 주로 한다. 특히 상기 OMA의 워킹 그룹 중 OMA BCAST 워킹 그룹(Open Mobile Alliance Browser and Content Mobile Broadcast Sub Working Group)에서는 단말을 사용하여 방송 서비스를 제공하는 기술을 연구하고 있다. 이하에서는 OMA BCAST 워킹 그룹에서 논의되는 방송 시스템(이하, "휴대 방송 시스템")에서 대해 간략히 설명한다.
도 1은 일반적인 휴대 방송 시스템의 네트워크 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에서 컨텐츠 공급자(Content Creation : CC)(10)는 방송 서비스(이하, "BCAST 서비스")의 공급자이며, 상기 BCAST 서비스는 종래 음성/영상 방송 서비스, 파일(음악 파일 또는 데이터 파일) 다운로드 서비스 등이 될 수 있다. BCAST 서비스 어플리케이션부(Service Application : BSA)(20)는 상기 컨텐츠 공급자(CC) (10)로부터 BCAST 서비스 데이터를 공급받아 도 1의 BCAST 네트워크에 적합한 형태로 가공하여, BCAST 서비스 데이터를 생성하는 역할은 물론 휴대 방송 서비스 안내에 필요한 표준화된 메타데이터를 생성하는 역할을 담당한다.
도 1에서 BCAST 서비스 분배/적응부(Service Distribution/Adaptation : BSD/A)(30)는 상기 BCAST 서비스 어플리케이션부(BSA)(20)로부터 공급받은 BCAST 서비스 데이터를 전송할 베어러(bearer)를 설정하는 역할 및 BCAST 서비스의 전송 스케쥴을 결정하는 역할 및 휴대 방송 안내를 생성하는 역할을 담당한다. BCAST 가입 관리부(BCAST Subscription Management : BSM)(40)는 BCAST 서비스의 수신을 위한 가입자의 가입 정보와 BCAST 서비스 제공 정보 및 BCAST 서비스를 수신하는 단말에 대한 장치 정보를 관리한다.
도 1에서 단말(Terminal)(50)은 BCAST 서비스를 수신할 수 있는 단말기이며, 단말기의 성능에 따라 셀룰러 네트워크와 연결될 수 있는 기능을 가진다. 본 발명의 설명에서는 셀룰러 네트워크와 연결될 수 있는 단말기를 가정한다. 그리고 도 1에서 방송 네트워크(Broadcast Network)(60)는 BCAST 서비스를 전송하는 네트워크로서, 예를 들어 DVB-H, 3GPP의 MBMS, 3GPP2의 BCMCS 등이 될 수 있다. 양방향 네트워크(Interaction Network)(70)는 일대일로 BCAST 서비스를 전송하거나 BCAST 서비스 수신에 관련된 제어 정보 및 부가 정보들을 양방향으로 교환하는 네트워크로서, 예를 들어 기존의 셀룰러 네트워크가 될 수 있다.
일반적으로 BCAST 서비스에서는 방송 서비스를 관리하는 서버에서 암호화된 서비스 데이터를 전송하면 다수의 단말이 이를 수신한다. 이때 다수의 단말은 단말내에 미리 저장된 소정의 암호 키(cryptographic key)를 사용하여 상기 서버로부터 제공되는 암호화된 서비스 데이터를 복호화(decipher)함으로써 해당 서비스를 사용할 수 있다. 이와 관련하여 방송 컨텐츠 및 서비스를 암호화하는 방법은 크게 서비스 보호(Service Protection)와 컨텐츠 보호(Content Protection)의 두 가지 측면으로 구분된다.
한편, OMA BCAST SPCP(Source Production Control Parameter) 스마트카드 프 로파일은 휴대 방송 서비스를 위한 키 관리 방안(scheme)을 구현한다. 액세스 프로비저닝(access provisioning)을 위해 두 종류의 키들, 즉 장기 키(LTK: Long Term Key)들과 단기 키(STK: Short Term Key)들이 정의된다. LTK들은 사용자의 서비스 가입(subscription) 계획에 기반하여 STK들을 LTK에 따라 암호화함으로써 STK들에 대한 액세스에 조건을 붙이는데(conditioning) 사용된다. STK들은 실제 트래픽 암호화를 위해 사용된다. LTK들과 STK들은 주기적으로 업데이트되어야 하지만, LTK들의 수명은 STK들의 수명보다 훨씬 길다. LTK들은 BSM에 의해 사용자에게 제공되며 STK들은 BCAST 서비스 분배/적응부(BSD/A)(30)에 의해 사용자에게 전송된다. 이러한 키 관리 방안은, STK들이 빈번하게 업데이트됨에 따라 고대역폭 소비가 증가하는 문제점이 있다.
이하에서는 스마트카드 프로파일에 있어서의 키 관리에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 일반적인 스마트카드 프로파일에 정의된 키 계층구조(hierarchy)를 도시한 것이다.
가입자 관리 키(SMK: Subscriber Management Key)(120)는 등록 키들(110)을 수신함에 따른 사용자 인증의 결과로 파생되며, 장기 키 메시지(LTKM: Long Term Key Message)를 통해 전달되는 LTK를 보호한다. 스마트카드 프로파일의 LTK들은 서비스 암호화 키(SEK: Service Encryption Key)(130)와 프로그램 암호화 키(PEK: Program Encryption Keys)(140)를 포함할 수 있다. 이러한 2가지의 키들은 서로 다른 서비스 액세스 시나리오들을 지원하기 위해서 각각 서로 다른 수명을 갖는다.
SEK(130)는 서비스에 가입한 사용자에게 제공된다. 즉, 성공적인 인증이 이루어짐에 따라 별도의 요청 없이도 지속적으로 콘텐츠와 정기적으로 업데이트 되는 SEK들이 사용자에게 제공된다. 이 시나리오는 "가입 기반 액세스(subscription-based access)"라고도 불린다.
PEK(140)는 어떤 서비스에 대한 액세스가 특정 시간 구간 또는 서비스 단위인 프로그램으로 제한된 사용자에게 제공된다. 다음 프로그램 또는 후속 시간 구간(consequent time interval)에 대한 액세스 자격을 얻기 위해서, 사용자는 추가적인 구매 요청을 해야 한다. 프로그램 또는 시간 구간은 하나 또는 그 이상의 PEK들과 연관될 수 있다. 이러한 시나리오는 "편당 구매 기반 액세스 (Pay-Per-View(PPV)-based access)"라고도 불린다.
트래픽 암호화 키(TEK: Traffic Encryption Key)(150)는 STK로서, 단기 키 메시지(STKM: Short Term Key Message)를 통해 운반되고 SEK에 의해 암호화된다. 또는 TEK는 STKM을 통해 운반되고 PEK(140)에 따라 암호화된다. STKM은, STKM을 통해 운반되는 PEK(140)를 사용하여 인증되고 SEK(130)에 따라 암호화된다. TEK들(150)은 보안 유지를 위하여 매우 빈번하게 업데이트된다.
도 3은 일반적인 가입 기반 액세스 상황에서의 SEK 및 TEK의 공급 흐름을 도시한 것이다.
가입 기반 액세스 상황에서 SEK의 수명(SEK LT)은 TEK의 수명의 n배로 계산된다. SEK(SEKy-1)가 만료되기 전에, BSM는 새로운 SEKy를 발생하여 이를 LTKM 내의 가입 사용자(subscribed user)에게 전송한다(210). SEKy는 사용자와 BSM간에만 공유되는 SMK1에 따라 암호화된다. SEKy-1가 만료된 후에, STKM을 통해 TEKx+1, TEKx+2, …, TEKx+n과 함께 운반되는 PEK들은 SEKy로 암호화된다. 또한 SEKy가 만료되기 전에, BSM는 새로운 SEKy+1을 발생하여 이를 가입 사용자에게 전송한다(220).
도 4는 일반적인 PPV 기반 액세스 상황에서의 SEK 및 TEK의 공급 흐름을 도시한 것이다.
PPV 기반 액세스 상황에서 PEK의 수명(PEK LT)은 TEK의 수명의 m배로 계산되며, m ≤ n이다. 또한, 본 예에서는 PEK LT = 0.5 * SEK LT이다. 따라서 PEK는 SEK보다 2배 더 빈번하게 업데이트 되어야 한다.
사용자가 PEKz 및 PEKz +1과 연관된 2개의 후속 시간 구간들에 대해 2개의 구매 요청을 발행하면, BSM은 TEKx +1(PEKz와 연관된 첫 번째 TEK)이 사용되기 전에, PEKz를 포함하는 LTKM을 사용자에게 전송한다(310). PEKz는 사용자와 BSM간에만 공유되는 SMK2에 따라 암호화된다. 또한 BSM은 TEKx+m+1(PEKz+1과 연관된 첫 번째 TEK)이 사용되기 전에, PEKz+1을 포함하는 LTKM을 사용자에게 전송한다(320). 그런데 TEKx+n+1이 사용되기 전에 사용자에 의해 더 이상 구매 요청이 발행되지 않으면, BSM이 TEKx+n+1를 위한 PEK를 사용자에게 전송하지 않으므로 사용자는 TEKx+n+1부터 시작되는 TEK들을 해독할 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 휴대 방송 시스템에서 TEK를 분배하는 방법 및 이를 위한 시스템을 제안하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 휴대 방송 시스템에서 단말로 방송되는 방송 서비스의 보호를 위한 암호화 키를 분배하는 방법에 있어서, 상기 단말로 상기 방송 서비스가 제공되기 시작할 때, 네트워크가 제1 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제1 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정과, 상기 제1 암호화 키의 수명이 만료되기 전에, 상기 네트워크가 제2 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제2 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 휴대 방송 시스템에서 단말이 방송 서비스의 보호를 위한 암호화 키를 분배받는 방법에 있어서, 네트워크로부터 장기 키 메시지를 수신하면, 가입자 관리 키를 이용하여 상기 장기 키 메시지를 검증하는 과정과, 상기 장기 키 메시지가 유효하면, 리플레이 검출을 수행하는 과정과, 상기 리플레이 검출에 성공하면, 보안 함수를 이용하여 상기 장기 키 메시지에 포함된 암호화 키의 유효성을 확인하는 과정과, 상기 암호화 키가 유효하면 상기 암호화 키를 해독하고, 상기 암호화 키로부터 트래픽 암호화 키를 발생시켜서 저장하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 방송 서비스를 보호하는 휴대 방송 시스템에 있어서, 상기 방송 서비스를 제공할 때, 제1 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제1 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 전송하고, 상기 제1 암호화 키의 수명이 만료되기 전에, 제2 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제2 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 전송하는 네트워크와, 상기 네트워크로부터 수신된 장기 키 메시지를 검증하고, 보안 함수를 이용하여 상기 장기 키 메시지에 포함된 암호화 키를 해독하며, 상기 암호화 키로부터 트래픽 암호화 키를 발생시켜서 저장하는 단말을 포함한다.
이하에서 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 사용자에게 TEK를 포함하는 STKM을 전송하지 않고 BSM이 AVP를 포함하는 LTKM을 전송함으로써 사용자는 TEK들을 획득할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 또한, 하기 설명에서는 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 서비스 액세스 시나리오들을 변경 없이 유지하고, SEK와 PEK를 액세스 값 쌍(AVP: Access Value Pair)들로 대체한다. AVP는 BSM에서 임의로 발생되는 키 씨드 쌍(KSP: Key Seed Pair)으로 불리는 임의 값들의 쌍을 이용하여 계산된다. AVP는 다수 개의 TEK들을 파생하는데 사용된다. 이를 통해 본 발명에서는 키 계층구조가 업데이트 되고, TEK를 식별하는 방법이 변경되며, STKM들이 제거된다. 따라서 더 이상 TEK들을 전송할 필요가 없다. 또한 LTKM 포맷은 TEK 식별자(ID), 액세스 기준과, 기타 이전에 STKM을 통해 운반된 콘텐츠에 링크된 속성들 및 AVP를 포함하도록 수정된다. 또한 본 발명에 따르면 스마트카드에 의해 LTKM를 처리하거나 단말이 스마트카드로 새로운 TEK 요청 메시지를 전송한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 키 계층구조를 나타낸 것이다.
SMK(420)는 종래와 동일하게 등록 키들(410)로부터 파생되어 사용되지만, SEK와 PEK는 AVP들(440)로 대체된다. SEK를 대체하는 AVP(440)는 서비스 AVP(SAVP)라 하고, PEK를 대체하는 AVP(440)는 프로그램 AVP(PAVP)라 한다.
또한 KSP(430)는 {KS1, KS2}으로 이루어진 쌍이며, KS1과 KS2는 BSM에서 임의로 발생된다고 가정할 때, KSP(430)로부터 발생될 수 있는 TEK들(450)의 총 개수가 n이라 하면, AVP(440)는 다음과 같이 2가지 방식으로 계산될 수 있다.
1. 사용자가 n개의 TEK들을 발생하도록 허가받은 경우:
AVP = KSP = {KS1, KS2}
2. 사용자가 m개의 TEK들을 발생하도록 허가받은 경우(m < n):
1) 해시(hash) 함수를 KS1에 n번 적용하고, 해시 값 {Si}의 시퀀스를 저장한다.
S1 = hash (KS1), S2 = hash (S1),…, Sn-1 = hash (Sn-2), Sn = hash (Sn-1)
상기와 같은 해시 시퀀스를 정방향 해시 시퀀스(forward hash sequence)라고 한다.
2) 해시 함수를 KS2에 n번 적용하고, 마지막 해시 값에서부터 시작하는 해시 값 {Mi}의 시퀀스를 저장한다.
M1 = hash (M2), M2 = hash (M3),…,Mn-1 = hash (Mn), Mn = hash (KS2)
즉, M1은 KS2의 n번째 해시 값이고, M2는 KS2의 (n-1)번째 해시 값이다. 이러한 해시 시퀀스를 역방향 해시 시퀀스(backward hash sequence)라고 한다.
3) AVP = {Si, Mj}
여기서, i는 n개의 TEK들의 시퀀스 중에서 사용자가 사용 가능한 첫 번째 TEK의 인덱스(시퀀스 번호)를 나타내며, j는 n개의 TEK들의 시퀀스 중에서 사용자가 사용 가능한 마지막 TEK의 인덱스(시퀀스 번호)를 나타낸다.
한편, 키 재료들(materials)을 맵핑할 때, SEK는 단일 SAVP = KSP로 맵핑되거나(즉, KSP LT = SEK LT; n개의 TEK들은 KSP로부터 파생됨), 다수 개의 SAVP 들(SAVP1 = KSP1, SAVP2 = KSP2,…)로 맵핑될 수 있다. 또한 PEK는 관련 SAVP로부터 파생된 단일 PAVP로 맵핑되거나, 각각 관련 SAVP(들)로부터 파생된 다수 개의 PAVP들로 맵핑될 수 있다.
또한 BSM에서, n개의 TEK들을 다음과 같이 정방향 및 역방향 해시 시퀀스들로부터 발생시킬 수 있다.
TEKi = Si XOR Mj.
여기서, XOR은 비트단위(bitwise)의 배타적 OR 연산이다.
또한, 단말에서 m개의 TEK들은, 모든 x에 대해서 m개의 Si+x값들을 계산하고, 구간 [1,m]로부터 얻어진 값들 또는 모든 x에 대해서 m개의 Mj-x값들을 계산하고, 구간 [1,m]로부터 얻어진 값들 또는 모든 x에 대해서 TEKx = Sx XOR Mx를 계산하고, 구간 [i,i+m]로부터 얻어진 값들로 이루어진 AVP = {Si, Mj}로부터 얻어진다.
한편, 일반적으로 다양한 보안 프로토콜에 대한 요구를 만족시키기 위해서는, TEK 파생을 위해 서로 다른 유형의 해시 함수들이 사용될 수 있으며, 해시 함수의 출력은 절삭(truncated)될 수도 있다.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 키 분배의 예를 도시한 것이다. 도 6과 도 7에서의 조건은 도 3 및 도 4와 동일하다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가입 기반 액세스 상황에서의 SAVP 제공 흐름을 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 가입 기반 액세스 상황에서 SAVP의 수명은 TEK의 수명의 n배로 계산된다. 즉, n개의 TEK들이 SAVP로부터 발생될 수 있다. 서비스가 제공되기 시작할 때, BSM는 새로운 SAVP1을 발생시키고, 이를 LTKM를 통해 가입 사용자에게 전송한다(510). SAVP1은 사용자와 BSM간에만 공유되는 SMK1에 따라 암호화된다. 또한 BSM은 SAVP1이 만료되기 전에 새로운 SAVP2를 발생시키고, 이를 LTKM을 통하여 사용자에게 전송한다(520). SAVP2도 사용자와 BSM간에만 공유되는 SMK1에 따라 암호화된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PPV 기반 액세스 상황에서의 PAVP 제공 흐름을 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 PPV 기반 액세스 상황에서, PAVP의 수명(PAVP LT)은 TEK의 수명의 m배로 계산되며, m ≤ n이다. 도 6에서는 SAVP1로부터 파생된 2개의 PAVP들(PAVP1, PAVP2)을 예로 들었으나 더 많은 PAVP들이 있을 수도 있다. 사용자는 이들 각각에 대해서 별도의 구매 요청을 발행해야 한다. 사용자가 콘텐츠에 대한 액세스를 시작하기 전에, 그리고 첫 번째 구매를 수행하는 경우에, BSM는 LTKM를 통하여 사용자에게 PAVP1을 전송한다(610). 또한 PAVP1이 만료되기 전에, 사용자는 두 번째 구매 요청을 발행하며, 구매가 성공적으로 이루어지면 BSM는 LTKM을 통하여 사용자에게 PAVP2를 전송한다(620). PAVP2가 만료되기 전에 사용자에 의해 더 이상의 구매 요청이 발행되지 않으면, BSM도 사용자에게 PAVP를 전송하지 않 으므로 사용자는 더 이상 콘텐츠에 액세스 할 수 없다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 키 식별 방법에 대하여 설명한다.
[표 1]은 본 발명의 실시예에 따른 키 식별자와 스마트카드 프로파일의 키 식별자의 맵핑 관계를 나타낸 것이다.
스마트카드 프로파일 본 발명의 실시예에 따른 키 맵핑
키 식별자 키 식별자
SMK IDr 및 IDi (IDr가 사용자 단말과 BSM 간의 보안 관계를 식별하고, IDi는 BSM을 식별함) SMK 변경 없음
없음 KSP 키 도메인 ID 및 KSP ID, KSP ID=키 그룹|키 번호 (SEK ID 참조)
SEK 키 도메인 ID 및 SEK ID (키 도메인 ID= 이동국가 코드 ∥이동네트워크 코드, SEK ID = 키 그룹|키 번호, 키 그룹 = 그룹 식별자, 키 번호 = 키 시퀀스 번호) SAVP 키 도메인 ID + KSP ID + TEK IDLOW + TEK IDHIGH
PEK 키 도메인 ID + PEK ID, PEK ID = 키 그룹|키 번호 PAVP 키 도메인 ID + KSP ID + TEK IDLOW + TEK IDHIGH
TEK 키 도메인 ID + SEK ID + TEK ID TEK ID = 키 시퀀스 번호 TEK 변경 없음
다음, 본 발명의 실시예에 따른 LTKM 포맷에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 SAVP와 PAVP가 각각 SEK와 PEK를 대체하므로, 이들은 LTKM을 통해 운반되어야 한다. 한편, TEK들을 전송하는 STKM들은 STKM의 관리 데이터를 제외하고는 더 이상 필요하지 않다. STKM의 관리 데이터는 액세스 기준 정보와, 기타 암호화된 콘텐츠에 링크된 속성들을 포함한다. STKM의 관리 데이터가 LTKM에 복사되면 STKM들은 제거될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 상위 레벨의 LTKM 포맷을 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 LTKM은 MIKEY(Multimedia Internet KEYing) 프로토콜(RFC 3830)을 통해 전송되고 MIKEY 규칙에 따라 형성된다. 메시지의 구조는 스마트카드 프로파일과 비교할 때 변경되지 않지만, 일부 필드들의 콘텐츠가 수정된다. 본 발명의 실시예에서는 관리 데이터({EXT BCAST})를 포함하는 LTKM들만이 고려되며, 관리 데이터를 포함하지 않는 LTKM들은 현재 스마트카드 프로파일에 기술된 대로 구성되어(formatted) 처리된다.
스마트카드 프로파일과 비교할 때 수정되지 않는 필드들은 다음과 같다.
- 공통 헤더(710) - MIKEY 메시지 헤더
- TS(740) - 리플레이 어택(replay attack)을 검출하기 위해 사용되는 카운터
- MIKEY RAND(750) - 리플레이 보호 및 키 부호화, 키 생성에 사용되는 임의 값
- IDi(760) - 단말과 BSM 간의 보안 관계의 식별자
- IDr(770) - BSM 식별자
- {SP}(780) - SRTP(Secure Realtime Transmission Protocol) 부호화 프로토콜 특정 파라미터들
또한 변경이 요구되는 파라미터들은 다음과 같다.
- EXT MBMS(780) - 키 도메인 ID와 키 타입 ID를 포함하며, 키 도메인 ID 서브 페이로드는 기존과 동일하고, 키 타입 ID 서브 페이로드에서 SEK/PEK ID는 KSP ID로 교체된다.
- {EXT BCAST}(730) - LTKM 관리 데이터로서, 변경된 포맷은 표 2를 따른다.
- KEMAC(790) - 키잉(keying) 및 메시지 인증 재료. SEK/PEK는 하나 또는 그 이상의 AVP로 대체된다(예를 들어, 솔트 값(salt value)이 보안 프로토콜에 의해 요구되는 경우). SEK/PEK 유효성의 TSLOW 및 TSHIGH은 AVP로부터 파생될 수 있는 TEK들의 개수에서 측정된 AVP 유효성의 TEK IDLOW 및 TEK IDHIGH로 대체되며, TEK IDLOW와 TEK IDHIGH는 AVP 유효성 데이터(VL)라 한다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 LTKM 관리 데이터에 대하여 설명한다.
하기 [표 2]는 본 발명의 실시예에 따른 스마트카드 프로파일 LTKM 관리 데이터 포맷을 나타낸 것이다.
스마트카드 프로파일 LTKM 관리 데이터 길이(비트) 타입
LTKM_management_data() {
protocol_version 4 uimsbf
security_policy_ext_flag 1 bslbf
consumption_reporting_flag 1 bslbf
access_criteria_flag 1 uimsbf
terminal_binding_flag 1 bslbf
traffic_key_descriptor_flag 1 bslbf
if (security_policy_ext_flag == LTK_FLAG_TRUE) {
security_policy_extension 8 uimsbf
purse_flag 1 bslbf
reserved_for_future_use 7 uimsbf
if security_policy_extension == 0x00∥0x01∥0x02∥0x03∥0x08∥0x09) {
cost_value 16 uimsbf
}
if security_policy_extension == 0x0C) {
add_flag 1 bslbf
keep_credit_flag 1 bslbf
number_TEKs 22 uimsbf
}
if security_policy_extension == 0x0D) {
add_flag 1 bslbf
number_TEKs 23 uimsbf
}
if (security_policy_extension == 0x07) {
add_flag 1 bslbf
number_playback 7 uimsbf
}
if (purse_flag == LTK_FLAG_TRUE) {
purse_mode 1 bslbf
token_value 31 uimsbf
}
}
if (access_criteria_flag == LTK_FLAG_TRUE) {
reserved_for_future_use 8 bslbf
number_of_access_criteria_descriptors 8 uimsbf
access_criteria_descriptor_loop() {
access_criteria_descriptor( )
}
}
if (terminal_binding_flag == LTK_FLAG_TRUE) {
terminalBindingKeyID 32 uimsbf
permissionsIssuerURILength 8 uimsbf
permissionsIssuerURI 8*permissionsIssuerURILength bslbf
}
if (consumption_reporting_flag == LTK_FLAG_TRUE) {
security_policy_extension 8 uimsbf
}
If (traffic_key_descriptor_flag == LTK_FLAG_TRUE) {
number_of_traffic_key_descriptors 16 uimsbf
traffic_key_descriptor_loop() {
traffic_key_identifier_low 16 uimsbf
traffic_key_identifier_high 16 uimsbf
traffic_key_lifetime 4 uimsbf
protection_after_reception 2 uimsbf
access_criteria_flag 1 uimsbf
traffic_protection_protocol 3 uimsbf
traffic_authentication_flag 1 uimsbf
if (access_criteria_flag == LTK_FLAG_TRUE) {
reserved_for_future_use 8 bslbf
number_of_access_criteria_descriptors 8 uimsbf
access_criteria_descriptor_loop() {
access_criteria_descriptor()
}
}
}
}
}
상기 [표 2]에서 protocol_version, security_policy_ext_flag, consumption_reporting_flag, access_criteria_flag, terminal_binding_flag는 레거시(legacy) LTKM 포맷으로부터 상속되며(inherited), 이들 플래그들은 스마트카드 프로파일에 기술된 바와 같이 변경 없이 사용된다. 이 중 security_policy_ext_flag 필드는 보안 정책 확장자(security policy extension)가 존재하는지를 나타내며, 일반적으로 보안 정책 확장자는 어떻게 콘텐츠 소비에 대한 요금이 사용자에게 청구되는지를 정의한다. 또한 상기 플래그들 중 어느 하나가 LTK_FLAG_TRUE로 설정된 경우에는, LTKM에 속한 기타 필드들은 스마트카드 프로파일과 동일하게 사용한다.
원래의 LTKM은 액세스 기준 디스크립터(access criteria descriptor)로 불리는 콘텐츠 액세스 규칙들을 이미 포함한다. 그러나 특정 액세스 기준들이 하나 또는 그 이상의 관련 TEK들로 암호화된 하나의 콘텐츠에 대해 정의된 경우, 이들은 STKM에 기술된 바와 같이 개별적으로 상술(specified) 되어야 한다. 이를 위해, 다음의 새로운 필드들이 메시지에 포함된다.
- traffic_key_descriptor_flag - 트래픽 키 사용 디스크립터들이 LTKM에 속하는지를 나타낸다.
- number_of_traffic_key_descriptors - 트래픽 키 사용 디스크립터들의 수를 나타낸다.
- traffic_key_descriptor_loop( ) - 액세스 기준들 및 기타 하나 또는 그 이상의 TEK들과 연관된 파라미터들을 포함하는 트래픽 키 디스크립터를 정의한다.
- traffic_key_identifier_low - 트래픽 키 디스크립터가 적용되는 TEK 시퀀스 중 첫 번째 TEK를 나타내는 TEK 시퀀스 번호. 이때, TEK들은 순차적으로 하나씩 그들의 시퀀스 번호에 따라 사용되는 것으로 가정한다.
- traffic_key_identifier_high - 트래픽 키 디스크립터가 적용되는 TEK 시퀀스 중 마지막 TEK를 나타내는 TEK 시퀀스 번호
다음 필드들은 단기 키 메시지(STKM)에서 변경 없이 그대로 수용된다.
- protection_after_reception
- access_criteria_flag
- traffic_protection_protocol
- traffic_key_lifetime
- traffic_authentication_tag
- reserved_for_future_use
- number_of_access_criteria_descriptors
- access_criteria_descriptor
다음, 사용자 측에서의 LTKM 처리 과정에 대하여 설명한다.
LTKM들은 스마트카드 또는 단말에 위치한 보안 함수(secure function)에 의해 처리된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 단말에서의 LTKM 처리 절차를 나타낸 것이다.
단말은 801 단계에서 LTKM을 수신하면, 802 단계에서 SMK를 사용하여 메시지 검증(validation)을 수행한 후 803 단계에서 상기 메시지가 유효한지를 확인한다.
메시지가 유효하면, 단말은 804 단계에서 LTKM 리플레이 검출 절차를 수행한 후에 805 단계에서 검출된 리플레이가 유효한지를 판단한다.
리플레이가 유효하면 단말은 LTKM을 보안 함수로 보내며, 보안 함수는 806 단계에서 AVP 데이터가 유효한지, 즉 TEK IDLOW가 TEK IDHIGH보다 작은지를 확인한다. 만약 AVP 데이터가 유효하지 않으면 단말은 815 단계로 진행하여 주어진 KSP ID, 즉 SAVP/PAVP, TEK들, 저장된 정책 확장자들 등과 연관된 전체 컨텍스트를 제거하고 LTKM 처리를 종료한다.
AVP 데이터가 유효하면, 보안 함수는 808 단계에서 security_policy_ext_flag=LTK_FLAG_TRUE일 경우의 security_policy_extension의 값에 기반하여 LTKM을 처리한다. SEK/PEK 유효성의 "TS 하이(high)" 및 STKM에서 사용되는 TS에 의존하는 보안 정책 확장자들은 TEK IDHIGH와 현재 사용되는 TEK의 TEK ID를 사용한다. 일반적으로, LTKM은 타임스탬프들 대신에 TEK ID들에 기반하여 처리된다.
다음, access_criteria_flag= LTK_FLAG_TRUE이면, 보안 함수는 809 단계에서 액세스 제어 디스크립터들을 처리한다. 또한 관련 플래그가 LTK_FLAG_TRUE로 설정되면 보안 함수는 810 단계에서 소비 보고를 수행하고, traffic_key_descriptor_flag= LTK_FLAG_TRUE이면 811 단계에서 트래픽 키 디스크립터들을 처리한다.
즉, 각각의 트래픽 키 디스크립터에 대해, 보안 함수는 traffic_key_identifier_low와 traffic_key_identifier_high를 확인함으로써 현재 트래픽 키 디스크립터가 적용되는 TEK 시퀀스를 식별하고, 액세스 기준들과 기타 콘텐츠 속성들을 처리하며 이들을 관련 TEK ID들과 함께 저장한다.
다음, 보안 함수는 812 단계에서 SAVP/PAVP를 해독하고, 813 단계에서 TEK들을 파생시키며, 814 단계에서 이들을 이전 단계들에서 처리된 기타 속성들과 함께 저장한다. 또한 보안 함수는 단말의 요구에 따라 필요한 TEK를 파생시킬 수도 있다.
다음, 단말에 의한 TEK 요청 절차에 대하여 설명한다.
단말은, 콘텐츠 해독을 위해 새로운 TEK가 필요할 때마다 보안 함수로 TEK를 요청해야 한다. 스마트카드 프로파일에 정의된 바와 같이, 일반적으로 보안 함수는 단말의 STKM에 응답하여 단말에게 TEK를 제공한다. 그런데 본 발명의 실시예에서는 STKM들이 더 이상 사용되지 않으므로, TEK를 요청하기 위한 새로운 메시지가 정의되어야 한다. 본 발명에서는 이러한 메시지를 "TEK 요청" 메시지라고 한다.
TEK 요청 메시지에는 키 도메인 ID와, KSP ID 및 TEK ID가 포함된다. 또한 요청에 따라 기타 피라미터들도 포함될 수 있다. 예를 들어, TEK 요청 메시지가 단말에 바인딩된 경우, 단말 바인딩 키(TBK: Terminal Binding Key) 식별자 및 메시지 인증 코드가 포함될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 보안 함수가 단말로부터 TEK 요청을 수신한 경우의 흐름을 도시한 것이다.
901 단계에서 보안함수가 단말로부터 TEK 요청을 수신하면, 902 단계에서 보안 함수는 키 도메인 ID, KSP ID 및 TEK ID에 기반하여 관련 TEK를 검색(또는 발생)한다. 만약 903 단계에서 TEK 검색에 성공하였으면 보안함수는 904 단계로 진행하여 스마트카드 프로파일에서 액세스 기준 처리에 대해 정의된 바와 동일하게 TEK와 연관된 액세스 기준들을 처리한다. 예를 들어, SAVP/PAVP 연관 액세스 기준 및 TEK 특정 액세스 기준들이 제공되면 이들을 비교하고, PIN 검증이 요구되면 이를 수행한다. 또한 TEK 검색에 실패하였으면, 보안함수는 909 단계에서 단말에게 실패 지시자(failure indication)를 보내고 TEK를 제공하지 않는다.
905 단계에서는 액세스 기준 처리 성공 여부를 확인하며, 성공하였으면 906 단계에서 보안함수는 관련 SAVP/PAVP와 연관된 보안 정책 확장자들에 기반하여 요청을 처리한다(스마트카드 프로파일의 STKM 처리 참조). 또한 액세스 기준 처리에 실패하였으면 909 단계에서 단말에게 실패 지시자를 보내고 TEK를 제공하지 않는다.
906 단계에서는 정책 확장자 처리 성공 여부를 확인하며, 성공하였으면 908 단계에서 단말에게 TEK를 전송하며 실패하였으면 909 단계에서 단말에게 실패 지시자를 보낸다.
도 1은 일반적인 휴대 방송 시스템의 네트워크 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 일반적인 스마트카드 프로파일의 키 계층구조를 나타내는 블록도이다.
도 3은 일반적인 PPV 사용자로의 PEK/TEK 제공을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 일반적인 PPV 사용자로의 PEK/TEK 제공을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 키 계층구조를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가입 사용자로의 AVP 제공을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PPV 사용자로의 AVP 제공을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고 레벨 LTKM 구조를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 단말에서의 LTKM 처리를 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 보안 기능에 의한 TEK 요청 처리를 나타내는 흐름도이다.

Claims (17)

  1. 휴대 방송 시스템에서 단말로 방송되는 방송 서비스의 보호를 위한 암호화 키를 분배하는 방법에 있어서,
    상기 단말로 상기 방송 서비스가 제공되기 시작할 때, 네트워크가 제1 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제1 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정과,
    상기 제1 암호화 키의 수명이 만료되기 전에, 상기 네트워크가 제2 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제2 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정을 포함하는 암호화 키 분배 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 암호화 키의 수명과 상기 제2 암호화 키의 수명은, 상기 제1 암호화 키 및 상기 제2 암호화 키로부터 파생되는 트래픽 암호화 키의 수명의 정수배인 암호화 키 분배 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 암호화 키 및 상기 제2 암호화 키는, 상기 단말과 상기 네트워크간에만 공유되는 가입자 관리 키에 따라 암호화 된 키인 암호화 키 분배 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 암호화 키 및 상기 제2 암호화 키는 서비스 암호화 키로부터 파생된 프로그램 암호화 키이며,
    상기 네트워크는, 상기 단말의 상기 제1 암호화 키와 상기 제2 암호화 키에 대한 구매 요청에 따라 상기 단말로 상기 제1 암호화 키와 상기 제2 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 전송하는 암호화 키 분배 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단말은 상기 제1 암호화 키의 수명이 만료되기 전에 상기 네트워크로 상기 제2 암호화 키에 대한 구매를 요청하는 암호화 키 분배 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 암호화 키와 상기 제2 암호화 키는 상기 네트워크에서 임의로 발생되는 키 씨드 쌍으로부터 파생되며, 키 도메인 아이디와 키 씨드 쌍 아이디와 트래픽 암호화 키를 포함하는 암호화 키 분배 방법.
  7. 휴대 방송 시스템에서 단말이 방송 서비스의 보호를 위한 암호화 키를 분배받는 방법에 있어서,
    네트워크로부터 장기 키 메시지를 수신하면, 가입자 관리 키를 이용하여 상기 장기 키 메시지를 검증하는 과정과,
    상기 장기 키 메시지가 유효하면, 리플레이 검출을 수행하는 과정과,
    상기 리플레이 검출에 성공하면, 보안 함수를 이용하여 상기 장기 키 메시지에 포함된 암호화 키의 유효성을 확인하는 과정과,
    상기 암호화 키가 유효하면 상기 암호화 키를 해독하고, 상기 암호화 키로부터 트래픽 암호화 키를 발생시켜서 저장하는 과정을 포함하는 암호화 키 분배 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단말이 상기 보안 함수로 새로운 트래픽 암호화 키를 요청하기 위한 요청 메시지를 전송하는 과정과,
    상기 보안 함수가 상기 요청 메시지에 응답하여 상기 단말로 새로운 트래픽 암호화 키를 전송하는 과정을 더 포함하는 암호화 키 분배 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 요청 메시지는 키 도메인 아이디와 트래픽 암호화 키 아이디를 포함하는 암호화 키 분배 방법.
  10. 방송 서비스를 보호하는 휴대 방송 시스템에 있어서,
    상기 방송 서비스를 제공할 때, 제1 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제1 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 전송하고, 상기 제1 암호화 키의 수명 이 만료되기 전에, 제2 암호화 키를 발생시키고, 상기 발생된 제2 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 전송하는 네트워크와,
    상기 네트워크로부터 수신된 장기 키 메시지를 검증하고, 보안 함수를 이용하여 상기 장기 키 메시지에 포함된 암호화 키를 해독하며, 상기 암호화 키로부터 트래픽 암호화 키를 발생시켜서 저장하는 단말을 포함하는 휴대 방송 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 암호화 키의 수명과 상기 제2 암호화 키의 수명은, 상기 제1 암호화 키 및 상기 제2 암호화 키로부터 파생되는 트래픽 암호화 키의 수명의 정수배인 휴대 방송 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 암호화 키 및 상기 제2 암호화 키는, 상기 단말과 상기 네트워크간에만 공유되는 가입자 관리 키에 따라 암호화 된 키인 휴대 방송 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 암호화 키 및 상기 제2 암호화 키는 서비스 암호화 키로부터 파생된 프로그램 암호화 키이며,
    상기 네트워크는, 상기 단말의 상기 제1 암호화 키와 상기 제2 암호화 키에 대한 구매 요청에 따라 상기 단말로 상기 제1 암호화 키와 상기 제2 암호화 키를 포함하는 장기 키 메시지를 전송하는 휴대 방송 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단말은 상기 제1 암호화 키의 수명이 만료되기 전에 상기 네트워크로 상기 제2 암호화 키에 대한 구매를 요청하는 휴대 방송 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 암호화 키와 상기 제2 암호화 키는 상기 네트워크에서 임의로 발생되는 키 씨드 쌍으로부터 파생되며, 키 도메인 아이디와 키 씨드 쌍 아이디와 트래픽 암호화 키를 포함하는 휴대 방송 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 단말은, 상기 보안 함수로 새로운 트래픽 암호화 키를 요청하기 위한 요청 메시지를 전송하며, 상기 보안 함수가 상기 요청 메시지에 응답하여 상기 단말로 새로운 트래픽 암호화 키를 전송하는 휴대 방송 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 요청 메시지는 키 도메인 아이디와 트래픽 암호화 키 아이디를 포함하는 휴대 방송 시스템.
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