专利名称：数字内容保护方法
技术领域：
本发明涉及一种数字内容保护方法，尤其指一种可让声音及影像数据从 内容服务器安全传送至内容客户端的数字内容保护方法。
背景技术：
随着因特网的强健性日趋增强，为使用者提供多媒体内容的服务商数量 正在增加，使用者能够以串流格式来浏览这些多媒体，而不是下栽整个文件， 然而这种内容传送的方式具有许多缺点并且面临许多挑战。举例而言，因特网联机必须具有足够的频宽来提供数据传输，不足的频 宽通常会使视频播放出现延迟现象。此外，如果使用一个不安全的通讯频道，攻击者可以拦截所有介于内容 服务器和内容客户端的通讯。回放攻击是指攻击者侧录下在一段联机阶段内 所有的通讯数据，之后攻击者假扮内容服务器并且将之前侧录的数据传送至 另 一个联机阶段内的内容客户端。若攻击者成功侧录媒体内容且能够伪装成内容服务器，内容提供者将会 损失一般将媒体内容传送至客户端所应得的可能利润。此外，这些媒体内容中可能存在敏感、机密信息、私人数据、商业机密， 或是预期给特定客户端浏览的内容，缺乏适当的保护程序可能会让媒体内容 落入不适当的他人手中。另外， 一旦这些媒体内容不受到内容提供者的控制，这些媒体能够轻易 的重新传播。因此，当多媒体数据通过一个不安全的通道传送时，有必要以一个方法 来保护多媒体内容。
发明内容
为达到本发明的目的，以克a良传统方法的缺点，以下爿寻对本发明的目的 加以详细描述，本发明提供了一套内容保护方法使声音/影像数据能够通过 不安全的通道从内容服务器安全传送至内容客户端。内容服务器和内容客户端可以是硬件或是软件模块。若信道并非一个安 全的通道，攻击者可以拦截介于内容服务器与内容客户端之间所有的通讯， 本发明的方法不仅可阻止攻击者取得明文数据，也可防止回放攻击。对于每个联机阶段来说，本发明的内容保护方法由两个步骤组合而成，第一阶段是客户端-服务器端相互认证并建立联机阶段金钥。在此步骤，内容 服务器与内容客户端验证彼此的合法性，并且同时间交换信息，由此服务器 和客户端都能计算/取得同样的联机阶段金钥。第二个步骤中，声音/影像数据在内容服务器端使用此联机阶段金钥进行加密，并在内容客户端使用该 联机阶段金钥进行解密。本发明采用了对称式加解密算法作为其组件，该套内容保护方法的优点是采用已知的加解密算法而非设计一个新的算法。举例而言，可使用一套128 位的AES加解密算法，由于其安全性已经得到广泛证实，而且它能够以软件 实现并能进行高速运算，也能以低逻辑闸数量的硬件实现。此外，这项加解 密算法也能够以其它区块加解密算法取代，如DES、 Blowfish或RC4等等。此外，如果某个版本的服务器或是客户端被发现能被成功攻击，它的识 别号码将会被放到黑名单中，每个服务器和客户端均拥有这项黑名单，这个 名单将会定期进行更新，若一台服务器发现一 台客户端的识别号码在这个黑 名单中，它将会终结这个联机阶段；若一台客户端发现服务器的识别号码在 这个黑名单中，它会终结这个联机阶段。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明采用现有的对称式加解密算法作为组件，结合客户端-服务器的相 互认证并建立联机阶段金钥以及利用该金钥进行加密/解密的步骤，有效防止 了攻击者对内容客户端-服务器通讯的拦截，可以快速地实现将声音/影像数 据通过不安全的通道从内容服务器安全传送至内容客户端。
图1A为本发明中客户端和服务器端的通讯流方块图；图IB为本发明中 一认证流程的流程图；图1C为本发明中一联机阶段金钥建立流程的流程图；图2A至图2C为本发明中数字内容加密/解密流程的流程图；图3为本发明中一销毁流程的流程图；图号说明如下50服务器60客户端具体实施方式
以下通过具体实施例结合附图详加说明，以使本发明的目的、技术内容、 特点及其所达成的功效更易于了解。参照图1A所示，为本发明中客户端和服务器端的通讯流实施例示意图， 同时参照图1B所示，其为本发明中认证流程的一实施例流程图。本发明内容保护方法的第一步骤是由客户端-月良务器端互相认证产生和联 机阶段金钥组合而成，挑战/响应流程与描述相同，由服务器50和客户端60 进行彼此之间的互相验证，并且也建立一个联机阶段金钥。用在这个流程中 的符号根据以下叙述来定义II 连接@ XOR—串由服务器产生的128位随机数。R2—串由客户端产生的128位随机数。KX1， KX2 —组128位的秘密金钥，服务器与客户端将使用其在相互认 证与联机阶段金钥产生期间保护之间的数据交换。服务器和客户端都会将这 组金钥内建于其中。IDS —串128位的服务器识别号码，服务器提供这个号码给客户端，使 客户端获知进行通讯的服务器。服务器的每个版本都有一个独特的识别号码，
所有同版本的服务器都共享同 一组识别号码。IDC —串128位的客户端识别号码，客户端提供这个号码给服务器，使 服务器获知使用的秘密金钥。客户端的每个版本都有一个独特的识别号码， 所有同版本的客户端都共享同 一组识别号码。EKxl()使用KXi的AES加密流程。EKx2()使用KX2的AES加密流程。Ec() 使用共通金钥的AES加密流程，共通金钥为一串所有版本的服 务器与客户端都已知的固定128位长度的金钥。KS1 —串由服务器产生的128位随机数，用来作为一部分的联机阶 段金钥。KS2 —串由客户端产生的128位随机数，用来作为一部分的联机阶 段金钥。Ks 联机阶段金钥。如图1A及图1B所示，认证流程100的步骤包括 步骤105服务器50通知客户端60开始认证流程； 步骤110服务器50传送随机数R,与EC(IDS @ Rt)至客户端60; 步骤112客户端60使用共通金钥来解密EC(IDS④R!)为(IDs④R!)，然 后取出IDS;步骤113客户端60使用IDs来查询秘密金钥组Koa与KX2;步骤115客户端60产生随机数R2与Ks2,客户端60使用AES加密来产 生序列R2llEc(IDc0R2)IIE^(RJKs2),并将其传送至服务器50;步骤120 服务器50使用共通金钥来将EC(IDC R2)解密成(IDc④ R2),接着取出IDc;步骤125服务器50使用IDC来查询秘密金钥组KX1与KX2;步骤130服务器50使用KX2来将EKx2 (R, II KS2)解密成(Rr || KS2，)；步骤135若Rr不等于R!,则认证失败，且服务器50会终结此联机阶段；步骤140服务器50产生一组随机数Ks！;步骤145 月l务器50 4吏用AES加密流程来加密(R2 || Ks0为EKxl (R2 || KS1),并将其送至客户端60;步骤150 客户端60使用秘密金钥Kxl来将EKxl (R2 II KsO解密为(R || KS1，)；步骤155 若R2，不等于R2,则认证失败且客户端60会终结此联机阶段。 参照图1C所示，其为本发明中联机阶段金钥建立流程160的一实施例流 程图，在图1B所述的流程结束之后，此联机阶段并未被服务器或是客户端终 结，相互认证已经成功，为了要建立联机阶段金钥，服务器和客户端会执行 下列步骤步骤165服务器计算联机阶段金钥为KS=KS1@KS2，；步骤170客户端计算联机阶段金钥为KS，=KS1，④KS2， Ks，应与Ks相等。或者，服务器可以Ks = EKsl (Ks2，)计算联机阶段金钥，并且客户端可以Ks，-EKs,，(Ks2)计算联机阶段金钥，Ks，应该要与Ks相等。图2A为本发明中数字内容的加密/解密流程200的 一 实施例流程图。 在图1B和图1C所述的认证流程100以及联机阶段金钥建立流程160成功完成之后，可开始进行声音/影像的传输，加密/解密的流程200根据以下步骤共同组合而成步骤205 服务器使用联机阶段金钥Ks与128位AES加解密算法加密 声音/影像数据；步骤210 客户端使用联机阶段金钥Ks'将声音/影像数据解密。 为了提供高质量的影像，例如HDTV,必须可以提供如1920 x 1080 x 30 *s的相当高分辨率影像，在此情况下，未压缩的影像串流的使用频宽(bitrate) 将会很高，大约为120 MByte/sec。因此，在图2A中所描述的封包内容加密 方法将会要求服务器端与客户端具有强大的运算能力，使用AES解密法来解 密每秒120Mbytes的资料，只有快速的CPU可能不够，显示卡上的GPUS可 能也不够快。因此在本发明的实施例中，使用另一种方式来加密影像封包内容，对每
个影像帧而言，根据以下方法来产生一个128位的数字KFi，而Kpi将会作为 用来加密第i个影像帧的帧金钥。<formula>formula see original document page 13</formula>在图2B中描述的加密/解密方法220由下列步骤组合而成 步骤225决定i;步骤230对每个i值，若i-l,服务器使用Kw加密整个影像帧；步骤235若1> 1,服务器使用Kpi加密整个影像帧。在实施例中，使用Kpi加密影像帧的方法为RC4串流加解密算法，用来加密整个影像帧，RC4要比AES快数倍，本方法的优点在于RC4是经广泛使用并且相当完善的加解密算法。此外，为了避免使用RC4的方法还不够快，本发明采用了另一种方法来加密一个影像帧。如图2C所示，为本发明中数字内容的加密/解密流程240的一实施例流 程图，在此方法中，影像帧被切割为多个宏块(macro-blocks)，每个宏块具有 16x16像素。在实施例中，下列符号定义如下Mj 在此影像帧中第i个宏块。W该影像帧的宽度，以像素为单位。H 该影像帧的高度，以像素为单位。P —个质数，其也与(W/16)互质。S(Mi)使用 一个轻量级的算法打乱Mi，例如3 CPUcycle/byte。 加密的方法240由以下步骤组合而成 步骤245决定i;步骤250对每个i值，若i (mod P)=l,使用RC4加密M;; 步骤255若i(modP)-l,则将Mi加密为 S(ML(l—d—)十M,这个方法将比全部使用RC4来加密影像的方法速度提高约P倍。 参照图3所示，为本发明中数字内容销毁流程300的实施例流程图。
若服务器或客户端的版本被认定为会产生危害，其识别号码将会被放入 一黑名单中，每个服务器和客户端都具有这张黑名单，这份名单将会被定时更新，图3所述的销毁流程300由以下步骤组合而成'. 步骤305客户端自服务器端收到IDs; 步骤310客户端判断该IDs是否在黑名单中； 步骤315若该IDS在黑名单中，客户端结束此联机阶段； 步骤320服务器自客户端接收到IDC; 步骤325 服务器端判断该IDc是否在黑名单中； 步骤330若该IDc在黑名单中，服务器结束此联机阶段。 客户端在传送数据给服务器前将查验黑名单，如图IB中的步骤115所述，而服务器在传送数据给客户端前将查验黑名单，如图IB中的步骤140所述。本发明采用对称式加解密算法作为其构成组件，但须注明的是本发明可 使用多种加解密算法，举例而言，使用128位AES加解密算法是由于其安全 性，而且它能够以软件实现并能进行高速运算，也能以低逻辑闸数量的硬件 实现。此外，这项加解密算法也能够以其它加解密算法取代，如DES、 Blowfish 或RC4等等。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此， 任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
权利要求
1、 一种数字内容保护方法，其特征在于，包括 一客户端与服务器互相认证流程，其包括以下步骤 服务器通知客户端开始该认证流程；服务器送出随机数Ri与EC(IDS R,)至客户端，其中Ec利用 一公共金钥 进行加密，而IDs为该服务器的一个识别号码；客户端使用该公共金钥将Ec(IDs @ R,)解密为(IDs④R,),并从中取得IDs; 客户端通过IDS找出加密金钥对KX1及KX2; 客户端产生随机数R2与KS2;该客户端利用加密方法产生要送至服务器的R2II EC(IDC @ R2) II EKx2 (R, || KS2)， IDc为该客户端的一个识别号码，E]^则利用秘密金钥Kx2加密；服务器使用该公共金钥将EC(IDC@ R2)解密为(IDc④R2)，并从中取得IDC;服务器通过IDc找出加密金钥对K)a与KX2; 服务器利用Kx2将EKx2 II Ks2)解密得到(Rr II KS2，)； 其中，若R,不等于R,，则认证流程失败，且服务器终止； 服务器产生随机数Ksr,该服务器利用加密方法将R2|| KS1加密得到要送至服务器的EKxl (R2 II KS1)，此EKxl利用秘密金钥KXi加密；服务器利用秘密金钥KX1将Em (R2II Ks,)解密得到(R2， II KS1，)； 其中，若R2，不等于R2，则认证流程失败，且客户端终止；以及 一联机阶段金钥建立流程，其包括以下步骤 服务器计算KS1④Ks2得到联机阶段金钥Ks;以及 客户端计算KS1，④&2，得到联机阶段金钥Ks，； 其中，Ks，即为Ks。
2、 如权利要求1所述的数字内容保护方法，其特征在于，还包括 一数据加解密流程，其包括以下步骤服务器利用联机阶段金钥Ks及一密码将该影音数据加密；以及 客户端利用联机阶段金钥Ks，将该声音/影像数据解密。
3、 如权利要求l所述的数字内容保护方法，其特征在于，该客户端利用 AES加密来产生R2II EC(IDC R2) || EKx2 (R, || KS2)。
4、 如权利要求l所述的数字内容保护方法，其特征在于，该服务器利用 AES加密将(R2 II Ks!)加密为EKxl (R21| KS1)。
5、 如权利要求2所述的数字内容保护方法，其特征在于，该声音/影像数 据4吏用下列步骤进行加密每一影像帧中的一个128位号码Kpj是由下式产生 KFi=EKs(l), for i=lKFi =KFii EKs(Kfij, for i>l其中该第ith个帧的一个帧金钥为KFi，且第ith个帧利用Kr来加密。
6、 如权利要求2所述的数字内容保护方法，其特征在于，该声音/影像数 据利用下列步骤进行加密将一影像帧分割成多个宏块；对每一i值而言，若i(modP)-l,则利用RC4将Mi加密；以及 若i(modP)-l,则将Mi以下式加密s(Ml(",+》十m,该Mi为该影像帧中第i化个宏块，W为该影像帧的宽度，以像素为单位， H为该影像帧的高度，以像素为单位；P为一质数，其也与(W/16)互质，以及 S(Mi)利用 一轻量级算法打乱Mi。
7、 如权利要求1所述的数字内容保护方法，其特征在于，还包括 一销毁流程，利用一个会产生危害的服务器及客户端的黑名单，该销毁流程包括下列步骤客户端接收服务器的IDs;客户端判断该IDs是否在该黑名单中；若该IDs在该黑名单中，则客户端中止与服务器的联机；服务器接收客户端的IDc;服务器判断该IDc是否在该黑名单中；以及 若该IDc在该黑名单中，则服务器中止与客户端的联机。
8、 一种数字内容保护方法，其特征在于，包括 一客户端与服务器互相认证流程，其包括以下步骤 月l务器通知客户端开始该认证流程；服务器送出随机数R!与Ec(IDs十R,)至客户端，其中Ec利用一公共金钥 进行加密，而IDs为该服务器的一个识别号码； 客户端产生随机数R2与KS2;该客户端利用加密方法产生要送至服务器的R2 II EC(IDC R2) II EKx2 (R, || KS2)， IDc为该客户端的一个识别号码，E^则利用秘密金钥Kx2加密；服务器使用该公共金钥将EC(IDC R2)解密为(IDc十R2)，并从中取得iDc;服务器通过IDc找出加密金钥对KX1与KX2; 服务器利用Kx2将EKx2 (R, II Ks2)解密得到(Rr II KS2，)； 其中，若Rr不等于R!，则认证流程失败，且服务器终止； 服务器产生随机数Kst;该服务器利用加密方法将R2|| KS1加密得到要送至服务器的EKxl (R2 II KS1),此EKxl利用秘密金钥KX1加密；服务器利用秘密金钥Kxl将EKxl (R2II Ks,)解密得到(R2， II KS1，)；其中，若R2，不等于R2，则认证流程失败，且客户端终止；以及一联机阶段金钥建立流程，其包括以下步骤服务器计算Ksl @ Ks2得到联机阶段金钥Ks;客户端计算KS1， @ Ks2，得到联机阶段金钥Ks，；其中，Ks，即为Ks;以及一数据加解密流程，其包括以下步骤服务器将声音/影像数据以联机阶段金钥Ks及电子密码本模式electronic code book mode中的一个密码加密；以及客户端利用联机阶段金钥Ks，将该声音/影像数据解密。
9、 如权利要求8所述的数字内容保护方法，其特征在于，该客户端利用 AES加密来产生R2 II EC(IDC @ R2) || EKx2 (Ri || Ks2)。
10、 如权利要求8所述的数字内容保护方法，其特征在于，该服务器利 用AES加密将(R2 II KsO加密成EKxl (R2 || KS1)。
11、 如权利要求8所述的数字内容保护方法，其特征在于，该声音/影像 数据使用下列步骤进行加密每一影像帧中的一个128位号码Kn由下式产生 KF,=EKs(l)， for i = lKF, =KFii EKs(KFii)， for i>l其中该第ith个帧的一个帧金钥为KFi,且第ith个帧利用Kpi来加密。
12、 如权利要求8所述的数字内容保护方法，其特征在于，该声音/影像 数据利用下列步骤进行加密将一影像帧分割成多个宏块；对每一i值而言，若i(modP)-l,则利用RC4将Mi加密；以及 若i(modP)-l，则将Mi以下式加密s(Ml,—)十m,该Mi为该影像帧中第ith个宏块，W为该影像帧的宽度，以像素为单位， H为该影像帧的高度，以像素为单位；P为一质数，其也与(W/16)互质，以及 S(Mj)利用 一轻量级算法打乱Mj。
13、 如权利要求8所述的数字内容保护方法，其特征在于，还包括 一销毁流程，利用一个会产生危害的服务器及客户端的黑名单，该销毁流程包括以下步骤服务器接收客户端的IDc;服务器判断该IDc是否在该黑名单中；若该IDC在该黑名单中，则服务器中止与该客户端的联机；客户端接收服务器的IDs;客户端判断该IDs是否在该黑名单中；以及若该IDs在该黑名单中，则客户端中止与该服务器的联机。
14、 一种数字内容保护方法，其特征在于，包括一客户端与服务器互相认证流程，其包括以下步骤 服务器通知客户端开始该认证流程；服务器送出随机数&与EC(IDS @ R!)至客户端，其中Ec利用 一公共金钥 进行加密动作，而IDs为该服务器的一个识别号码； 客户端产生随机数R2与KS2;该客户端利用加密方法产生要送至服务器的R2 II EC(IDC R2) II EKx2 II KS2)， IDc为该客户端的一个识别号码，E^则利用秘密金钥Kx2加密；服务器使用该公共金钥将EC(IDC R2)解密为(IDc④R2),并从中取得IDC;服务器通过IDc找出加密金钥对KX1与KX2; 服务器利用&2将EKx2 (R, II Ks2)解密得到(IV II KS2，)； 其中，若Rr不等于Rp则认证流程失败，且服务器终止； 服务器产生随机数KS1;该服务器利用加密方法将R2|| KS1加密得到要送至服务器的EKxl (R2 II KS1)，此E^利用秘密金钥Kja加密；客户端利用秘密金钥KX1将EKxl (R2II Ks,)解密得到(R2， II KS1，)； 其中，若R2，不等于R2，则认证流程失败，且客户端终止； 一联机阶段金钥建立流程，其包括以下步骤 服务器计算KS1④KS2得到联机阶段金钥Ks;以及 客户端计算KS1， Ks2，得到联机阶段金钥Ks，； 其中，Ks'即为Ks;一数据加解密流程，其包括以下步骤服务器将声音/影像数据以联机阶段金钥Ks及电子密码4^莫式electronic code book mode中的 一 个密码加密；以及客户端利用联机阶段金钥Ks，将该声音/影像数据解密；以及一销毁流程，利用一个会产生危害的服务器及客户端的黑名单，该销毁 流程包括以下步骤服务器接收客户端的IDc; 服务器判断该IDc是否在该黑名单中； 若该IDC在该黑名单中，则服务器中止与该客户端的联机； 客户端接收服务器的IDs; 客户端判断该IDs是否在该黑名单中；以及 若该IDs在该黑名单中，则客户端中止与该服务器的联机。 15、如权利要求14所述的数字内容保护方法，其特征在于，该声音/影像 数据使用下列步骤进行加密每一影像帧中的一个128位号码KFi由下式产生 KFi=EKs(l), for i = lKFi =KFil@EKs(KFi》， for i>l其中该第ith个帧的一帧金钥为KFi,且第ith个帧利用Kh来加密。
全文摘要
本发明涉及一种数字内容保护方法，用于将声音/影像数据从一内容服务器通过不安全的通讯频道安全传送至一内容客户端，此内容保护方法在每一个联机阶段(session)都包括两个阶段(phase)，第一个阶段为客户端-服务器互相认证并建立联机阶段金钥，在此阶段中，内部服务器及内容客户端验证彼此的正当性，并在同一时间交换信息，使服务器及客户端两者都可计算或取得相同的联机阶段金钥；在第二阶段中，声音/影像数据在内容服务器中以该联机阶段金钥加密，接着内容客户端以相同的联机阶段金钥将其解密。若服务器或客户端的版本被发现会产生危害，则其识别码(ID)将被放入一黑名单中。
文档编号H04L9/12GK101123496SQ20061015305
公开日2008年2月13日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年8月11日
发明者吴仲平 申请人:英特维有限公司