SE514352C2 - Sätt att förse en optisk databärare med identitetsinformation - Google Patents

Description

lx) UI f- iszi«tivls.sz vor. Exempelvis kan det vara lämpligt att förse CD-skivan med information om t ex tillverkare, upphovsman, artikel- nummer etc. Ett annat exempel är förhindrande av illegal kopieframställning, med tanke på att det blivit allt in- tressantare för mindre nogräknade individer att kopiera och plagiera kommersiella CD-produkter, framför allt CD-Audio och CD-ROM. I vissa delar av världen har en hel industri växt fram, som massframställer illegala kopior av upphovs- rättsligt skyddade CD-produkter och säljer dessa till hu- gade köpare. Eftersom den rättmätige upphovsmannen, eller innehavaren av rätten till verket ifråga, då inte fär er- sättning för sitt arbete och sina kostnader, riskerar vi en kulturell och teknisk utarmning, om den illegala kopierin- gen och plagieringen tilläts fortsätta sin explosionsartade tillväxt.

Uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning är att möjliggöra identitetsmärkning av en optisk databärare pä ett sådant sätt, att endast behöriga användare kan avläsa identitets- information, som lagrats på databäraren, medan identitets- informationen är dold och oätkomlig för alla andra använ- dare. En utföringsform av uppfinningen syftar till att fastställa àktheten hos en optisk databärare, såsom en CD- skiva, för att därigenom kunna avgöra, om ett visst exemp- lar har framställts av den, som har rätt därtill, eller av obehöriga.

Uppgiften löses genom ett sätt med de särdrag, som återfinns i den kännetecknande delen av bifogade själv- ständiga patentkrav. Föredragna varianter av sättet enligt uppfinningen anges i tillhörande underkrav.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Den digitala informationen på en CD-skiva lagras i form av gropar och plana ytor (s k landområden) i ett skikt k) LJI b) i '- i (514 as: av plastmaterial eller liknande. Groparna och de plana ytorna representerar de binära symbolerna "ett" respektive ”noll” i den digitala informationen. CD-skivans innehåll avläses med hjälp av en laserstràle, som passerar genom in- formationsskiktet av plast eller liknande och reflekteras i ett reflekterande skikt av metall eller liknande. En foto- detektor omvandlar det reflekterade laserljuset till en elektrisk signal, som digitaliseras.

Eftersom CD-skivan lagrar stora informationsmängder på liten yta (en konventionell CD-skiva kan lagra ungefär 650 MB information, vilket motsvarar över fem miljarder binära ettor och nollor), har långtgående åtgärder vidta- gits för att minimera risken för fel vid avläsningen pga ojämnheter i skivan, repor, fettfläckar, signalbrus osv.

När standarden för dagens CD-skivor fastställdes under 70- talet (se exempelvis Philips s k ”Red Book", ”Yellow Book", ”Green Book” och ”Orange Book”), bestämde man sig för att använda sig av felkorrigerande blockkodning för den digi- tala informationen på CD-skivan.

För CD utnyttjas blockkoder av typen Reed-Solomon. Om man betraktar en okodad datasekvens pä K symboler och en datasekvens pä N symboler efter kodning, gäller att K sym- boler i kodsekvensen utgör informationssymboler, medan de resterande N-K symbolerna är paritetssymboler. Paritets- symbolerna tillför redundans till den kodade informationen, och tack vare denna redundans kan symbolfel detekteras res- pektive korrigeras. Allmänt gäller, att om en blockkod skall kunna korrigera alla felmönster g med en viss s k Hamming-vikt w%(g), där wgüe) är lika med antalet symboler # O, så mäste antalet paritetssymboler uppfylla villkoret N-K > WPÅQÄ-l.

Reed-Solomon-blockkodning beskrivs exempelvis i ”Fun- damental of Convolutional Codes", R. Johannesson och K. Zi- gangirov, Institutionen för Informationsteori, LTH, Lund (1992), eller i ”Bit-serial Reed-Solomon Encoders”, E.R.

UI IQ Un b; 'Ju - ,sf4~3sa Berlekamp, IEEE Trans. Inform. Theory, IT-28:869-874 (1982), och beskrivs därför ej närmare här.

Informationen på CD-skivor kodas på tvâ nivåer (en yttre kod Cl resp en inre kod C2). Vid avläsning av infor- mationen sker på motsvarande vis avkodningen i två steg genom att avlästa data passerar en första och en andra av- kodare. Var och en av avkodarna klarar av att korrigera dubbelsymbolfel, och genom det tvådimensionella kodarrange- manget klarar en CD-läsare att korrigera även för tämligen allvarliga läsfel.

Vid kopiering av CD-skivor sker normalt följande. In- formationen på originalskivan avläses av en CD-läsare och avkodas i två nivåer enligt ovan. Den avkodade digitala informationen tillförs därefter en CD-skrivare (s k CD- brännare) för skrivbara CD-skivor (CD-WORM; ”Write Once Read Many”), vilken kodar informationen i två nivåer, innan den lagras på kopian.

Enligt uppfinningen förses en godtycklig optisk data- bärare, såsom en CD-skiva, med identitetsinformation genom att skivan vid tillverkningen förses med avsiktliga fel- aktigheter eller brister i lagringsskiktet enligt ett för- utbestämt mönster. Dessa felaktigheter kan enligt vad som beskrivs närmare nedan antingen vara på logisk nivå (bit- nivå) eller på fysisk nivå (vissa av skivans lagringsele- ment - gropar och plana ytor - avviker från perfekthet).

Felaktigheterna är inte värre än att de kan korrigeras av en CD-läsares avkodare, vilket innebär att konsumenten så gott som aldrig märker eller störs av att skivan har för- setts med nämnda avsiktliga felaktigheter. Även vid pirat- kopiering av skivan enligt det ovan beskrivna slaget kommer piratkopierarens CD-läsare att korrigera för de arrangerade felaktigheterna, innan den kopierade informationen skrivs på kopian. En piratkopia kommer således att sakna de iden- titetsrepresenterande felaktigheter, som originalet är för- sett med.

IQ UI b) Lll 1 s14=ss2+ En föredragen form av sättet enligt uppfinningen skall nu beskrivas. Före tillverkningen av CD-skivan - eller snarare före tillverkningen av den förlaga (s k stam- per), som används vid tryckningen av CD-skivorna - väljer man ut vissa bitar eller symboler i den färdigkodade digi- tala information, som skall lagras på skivan. Dessa bitar, som företrädesvis inte ligger bredvid varandra på skivan utan är utspridda över hela eller delar av densamma, er- sätts sedan bit för bit av motsvarande bit i ett kodord, som representerar skivans identitet. Antag exempelvis, att de ursprungliga bitarna (som enligt nedan valts ut på visst sätt) kan representeras av: 11010011 och att kodordet är: 01110001.

I exemplet ovan, som av enkelhetsskäl endast visar 8 bitar - i praktiken utnyttjas betydligt fler bitar - skrivs såle- des kodordet ”O1llO0Ol” in bit för bit i på förhand bestäm- da positioner i den digitala informationen på skivan. Ef- tersom kodordet skiljer sig från den ursprungliga informa- tionen, uppkommer ett felmönster, som är lika med den bit- visa skillnaden mellan ursprunglig information och kodord.

Den enligt ovan modifierade informationen, innehål- lande det avsiktliga felmönstret, lagras på varje original- tillverkat exemplar av ifrågavarande CD-skiva. Eftersom fe- len inte ligger intill varandra på skivan utan är utspridda enligt det förutbestämda mönstret, kommer felen att korri- geras vid normal avspelning av skivans innehåll. Bitfelen korrigeras även automatiskt, då originalskivans information läses in för överflyttning till piratkopior. Således kommer dessa kopior att sakna de avsiktliga bitfel, som originalet är försett med.

Både antalet bitar samt deras positioner på skivan kan väljas på en mängd olika sätt. Lämpligen väljs dock bitarna ut enligt en förutbestämd nyckelkod, som endast k) Un 1 s14 :sz 6 behöriga personer eller företag, såsom tillverkaren eller innehavaren av upphovsrätten, har tillgång till. Denna nyckelkod kan exempelvis ange, att var nzte bitposition, där n = l, 2,... m, skall utnyttjas, vilket ger ett kodord på nm bitar. Alternativt kan man utnyttja mera avancerade 893, 12415, 23880 osv skall utnyttjas. Antalet möjliga kodnycklar är närmast kodnycklar, som t ex anger att bit 13, oändligt många. Det skall observeras, att utan kännedom om kodnyckeln är det omöjligt för tredje man att avgöra vilka av en CD-skivas flera miljarder bitar, som utgör det iden- tifierande felmönstret.

För att öka säkerheten och tillförlitligheten kan felmönstret upprepas på flera ställen på skivan. Vidare kan det utplacerade kodordet i sig vara kodat enligt en fel- aven korrigerande kod, så att identifieringen blir korrekt, om fel uppträder vid avläsningen av enstaka bitar. Det är i praktiken omöjligt att förhindra, att fel någon gång in- träffar vid avläsning av den digitala informationen på en databårare - det år ju just därför man utnyttjar felkorri- gerande kodningsprinciper. Givetvis kan fel inträffa även som representerar det identi- Om detta emellertid vid avläsning av de bitar, tetsindikerande kodordet/felmönstret. väljs tillräckligt långt, dvs innehållande ett stort antal bitar, utgör sådana eventuella avläsningsfel inget hot mot en säker och tillförlitlig identifiering. Exempelvis, om två av bitarna i ett kodord på 10.000 bitar skulle drabbas av avlàsningsfel (motsvarande en felsannolikhet på 2104), återstår ändå 9.998 korrekt avlästa bitar, som om de över- ensstämmer med motsvarande bitar i det på förhand valda kodordet utan rimligt tvivel indikerar databärarens rätta identitetsinformation.

Den identitetsinformation, som enligt uppfinningen tilldelas varje originaltillverkad databärare, kan indikera den tillverkare, anläggning eller maskin, vid vilken data- bäraren tillverkats (alternativt skivbolag, programvaru- 10 k) (Ju b) Un 1 ts14izs2 företag etc). Därvid kan varje tillverkare av CD-skivor tilldelas en identitet, som representeras av ett för till- verkaren unikt felmönster. Förlagan (stamper), som används vid tryckningen av CD-skivorna, förses med det unika fel- och därigenom kommer alla skivor, som tillverkats att mönstret, utifrån förlagan, innehålla felmönstret. Således kan tillverkare A t ex tilldelas felmönstret A', tillverkare B tilldelas felmönstret B' Härigenom blir det möjligt att fastställa inte bara en CD-skivas äkthet utan även dess OSV . härkomst.

För att kontrollera äktheten och fastställa identi- teten hos en skiva enligt ovan fordras givetvis att man lågnivåavläser skivan med sådan utrustning, som förmår avläsa enskilda bitar i givna positioner på skivan utan att normal felkorrigering äger rum. Det får anses ligga inom fackmannens kompetensområde att konstruera en sådan apparat med användning av kända standardkomponenter, såsom precisionslaser och högkänslig fotodetektor.

Enligt en alternativ form av sättet enligt uppfinnin- gen åstadkoms felaktigheterna genom att vissa av groparna på skivan ges en form, som avviker från den normala. Exem- pelvis kan gropen vara något grundare, än vad som är nor- malt, eller kan dess form ovanifrån betraktat avvika från perfekt rektanguläritet. Avvikelserna får givetvis inte vara större än vad som kan korrigeras av en CD-läsare.

Om exempelvis var hundrade grop görs felaktig vid tillverkningen av skivan, kan dessa regelbundna felaktig- heter utnyttjas för att senare vid behov fastställa skivans äkthet genom att kontrollera förekomsten av felaktigheter- na. Enligt vad som tidigare nämnts kommer en piratkopierad CD-skiva att sakna dessa regelbundna felaktigheter, efter- som dessa har korrigerats automatiskt vid kopieringen.

Felaktigheterna kan givetvis vara mera sofistikerat arrangerade än i exemplet ovan. Således är det fullt tänk- bart med ett felmönster av typen ”var åttonde grop i de k) Ux 1 ls14rss2t första 10 spåren samt därefter var femtionde grop i vart tredje spår”.

För att kontrollera äktheten enligt ovan fordras gi- vetvis att man lågnivåundersöker skivan med sådan utrust- ning, som förmår mäta beskaffenheten hos enskilda gropar och plana ytor utan att felkorrigera informationen. Genom att med hjälp av lämplig utrustning inmäta aktuell para- meter (t ex djup eller tvärsnittsform) för exempelvis var hundrade grop kan man konstatera, om groparna regelbundet avviker från perfekt eller normal form, vilket indikerar att skivan innehåller det avsiktliga felmönstret och såle- des är äkta. Även om inmätningen av enstaka gropar kan vil- seledas av störande faktorer - såsom brus i elektroniken, repor i plastskiktet etc - blir ändå tillförlitligen i be- stämningen tillräckligt hög, om mätningen görs över ett längre parti.

Inom ramen för uppfinningen, såsom den definieras i efterföljande patentkrav, kan sättet enligt uppfinningen utföras i andra varianter än de ovan beskrivna, vilket en- kelt torde inses av en fackman inom det aktuella tekniska området. Speciellt skall noteras, att felmönstren kan ut- föras på en mängd olika vis, under förutsättning att de korrigeras vid normal avspelning av CD-skivan, samtidigt som de kan detekteras vid lågnivàundersökning av skivan enligt ovan.

Claims (7)

10 U 20 25 30 f- 19 s1»4,.,i1l3 a-sz-i PATENTKRAV

1. Sätt att förse en optisk databärare med identi- tetsinformation, varvid databäraren vid tillverkningen av densamma förses med digital information, som skrivs in och lagras enligt åtminstone en i förväg definierad kodnings- princip för felkorrigering samt som senare kan läsas och avkodas av en optisk läsare under felkorrigering enligt nämnda kodningsprincip, samt varvid den optiska databäraren avsiktligt förses med en uppsättning identitetsrepresen- terande felaktigheter, som normalt korrigeras av nämnda optiska läsare vid avläsning och/eller kopiering av databäraren, k ä n n e t e c k n a t av stegen att: a) före tillverkningen av databäraren välja ut ett förutbestämt antal logiska symboler eller bitar på förut- bestämda positioner i den digitala information, som skall lagras på databäraren, samt b) alstra nämnda uppsättning identitetsrepresente- rande felaktigheter på logisk nivå genom att ersätta de utvalda symbolerna med motsvarande symboler i en förut- bestämd kodsekvens, som utgör databärarens identitet, och lagra denna modifierade information på databäraren, varvid förekomsten av åtminstone en delmängd av nämnda uppsättning logiska felaktigheter vid avläsning utan felkorrigering av åtminstone en del av skivans digitala information tolkas som att databäraren har en av nämnda uppsättning logiska felaktigheter bestämd identitet.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att avsaknad av nämnda upp- sättning felaktigheter vid avläsning utan felkorrigering tolkas som att databäraren utgör en olovligen framställd kopia. 10 U 20 25 *- ~ i 10

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda felkorrigerande kodningsprincip utgörs av Reed-Solomon-blockkodning.

4. Sätt enligt något ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a t av att den optiska databäraren är en CD-skiva.

5. Sätt enligt något ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a t av att den optiska databäraren är en kompaktskiva av typen DVD (Digital Video Disc).

6. Sätt enligt något ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a t av steget att: c) i efterhand kontrollera databärarens äkthet genom att utan felkorrigering avläsa databärarens informations- innehåll i de förutbestämda symbolpositionerna, samman- ställa de avlästa symbolerna, jämföra dessa med den förut- bestämda kodsekvensen samt konstatera äkthet, om överens- stämmelse föreligger mellan samtliga eller en majoritet av symbolerna.

7. Optisk databärare, k ä n n e t e c k n a d av att den är försedd med identitetsinformation enligt något tidi- gare krav.