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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kabelfernsehsysteme mit bedingtem Zugriff.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein System, mit dem ein lokaler
Kabelkopfstellenbetreiber den Zugriff seiner Teilnehmer auf einen
globalen oder Inlands-Transportdatenstrom steuern kann.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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1A zeigt
einen herkömmlichen
Verschlüssler 2.
Unverschlüsselte
Payload-Daten UPD werden unter Verwendung eines Verschlüsselungsschlüssels EK
zu verschlüsselten
Payload-Daten an einem Ausgang OUT des Verschlüsslers 2 verarbeitet. 1B zeigt
einen herkömmlichen
Entschlüssler 4.
Verschlüsselte
Payload-Daten EPD werden unter Verwendung eines Entschlüsselungsschlüssels DK in
dem Entschlüssler 4 so
verarbeitet, dass an einem Ausgang OUT des Entschlüsslers 4 entschlüsselte Payload-Daten
erzeugt werden.
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2A zeigt
einen herkömmlichen
Codierer 10. 2B zeigt einen herkömmlichen
Decodierer 40. Die 2A und 2B zeigen
den firmeninternen Stand der Technik und keinen bereits veröffentlichen
Stand der Technik. In 2A stellt ein Serviceprovider 12 digitale
Dienste, beispielsweise MPEG-codierte Bewegtbilder, digitale Tonaufnahmen,
Software, Spiele usw., für
den Transport zu dem Decodierer 40 bereit. Der Dienst wird
mit einem Seed von einem Pseudozufallszahlen-Seed-Generator 14 verschlüsselt. Ein
Verschlüssler 22 verarbeitet
die Dienstdaten unter Verwendung des Seeds als Verschlüsselungsschlüssel, um
einen verschlüsselten Dienst
ESEED(SERVICE) zu erzeugen. Der verschlüsselte Dienst
wird in einem Multiplexer 20 kombiniert und wird in einen
Transportdatenstrom TDS eingestellt. Damit der Decodierer 20 die
Dienstdaten aus den verschlüsselten
Dienstdaten regenerieren kann, muss der Decodierer 40 den
Seed erhalten.
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Der
Seed wird in dem Transportdatenstrom TDS im Rundfunkmodus verteilt
(d. h., alle Decodierer empfangen den Seed gleichzeitig). Der Seed muss
verschlüsselt
werden, um eine Nutzung durch mögliche
Datenpiraten zu verhindern. Der Seed wird in einem Verschlüssler 24 unter
Verwendung eines Multisession-Schlüssels MSK zu einem verschlüsselten
Seed EMSK(SEED) verschlüsselt. Der Multisession-Schlüssel MSK
kommt von einem Dienstverteiler 16. Der verschlüsselte Seed
EMSK(SEED) wird mit dem Multiplexer 20 im
Rundfunkmodus in den Transportdatenstrom TDS eingestellt. Vorzugsweise
wird der Seed häufig
modifiziert, beispielsweise zehnmal je Sekunde. Daher wird der verschlüsselte Seed EMSK(SEED) beispielsweise zehnmal je Sekunde
an alle Decodierer 40 gesendet. Um den Seed zu regenerieren,
muss der Decodierer 40 Zugriff auf den Multisession-Schlüssel MSK
erlangen.
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Der
Multisession-Schlüssel
MSK wird über den
Transportdatenstrom TDS an autorisierte Decodierer 40 (d.
h., Decodierer von Teilnehmern, die ihre Monatsrechnung bezahlt
haben) verteilt. Vorzugsweise wird der Multisession-Schlüssel MSK
einmal im Monat geändert.
Um den Multisession-Schlüssel MSK über den
Transportdatenstrom TDS zu verteilen, wird der Multisession-Schlüssel in
einem Verschlüssler 26 unter
Verwendung einer geheimen laufenden Nummer SSN als Verschlüsselungsschlüssel zu
einem verschlüsselten
Multisession-Schlüssel ESSN(MSK) verschlüsselt. Da der verschlüsselte Multisession-Schlüssel für die Decodierer
nur einmal im Monat bereitgestellt werden muss, kann der verschlüsselte Multisession-Schlüssel an
jeden Decodierer einzeln adressiert werden, anstatt den verschlüsselten
Seed an alle Decodierer gleichzeitig zu senden. In der Praxis wird
der MSK, bevor er benötigt wird,
mehrmals im Monat an jeden Decodierer adressiert und gesendet, um
unter anderem zu gewährleisten,
dass er entschlüsselt
und verfügbar
wird, wenn er gebraucht wird. Der Multiplexer 20 stellt
den verschlüsselten
Multisession-Schlüssel
ESSN(MSK) nur dann in den Transportdatenstrom
TDS ein, wenn der Teilnehmer seine Monatsrechnung bezahlt hat. Jeder Decodierer 40 hat
in sich eine eindeutige geheime laufende Nummer SSN und eine entsprechende öffentliche
laufende Nummer (die als Adresse verwendet wird) gespeichert. In 2A werden
die geheime laufende Nummer SSN und die öffentliche laufende Nummer
PSN für
einen bestimmten Decodierer aus einem Speicher 18 abgerufen.
Die geheime laufende Nummer SSN wird für den Verschlüssler 26 bereitgestellt,
und die öffentliche
laufende Nummer PSN wird für
den Multiplexer 20 bereitgestellt. Wenn die Rechnung pünktlich
bezahlt worden ist, erstellt der Multiplexer 20 den verschlüsselten
Multisession-Schlüssel für den Transport
zum Decodierer, dessen Adresse die öffentliche laufende Nummer
PSN ist.
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In 2B werden
die entsprechende geheime laufende Nummer SSN und die zugehörige öffentliche
laufende Nummer PSN in einem Speicher 32 des Decodierers 40 gespeichert.
Die öffentliche laufende
Nummer PSN wird für
einen Demultiplexer 30 bereitgestellt, sodass der Demultiplexer 30 einen an
den Decodierer 40 adressierten verschlüsselten Multisession-Schlüssel unter
der öffentlichen
laufenden Nummer PSN, die der geheimen laufenden Nummer entspricht,
aus dem Transportdatenstrom TDS auswählen kann. Der verschlüsselte Multisession-Schlüssel ESSN(MSK) wird in einem Entschlüssler 34 unter
Verwendung der geheimen laufenden Nummer SSN aus dem Speicher 32 zu
dem Multisession-Schlüssel MSK
entschlüsselt.
Der Demultiplexer 30 wählt
außerdem
den verschlüsselten
Seed EMSK(SEED) aus dem Transportdatenstrom
TDS aus. Der verschlüsselte
Seed wird in einem Entschlüssler 36 unter
Verwendung des Multisession-Schlüssels MSK
als Entschlüsselungsschlüssel zu
einem unverschlüsselten
Seed verarbeitet. Der unverschlüsselte Seed ändert sich
vorzugsweise mit einer hohen Geschwindigkeit, beispielsweise zehnmal
je Sekunde. Der Demultiplexer 30 wählt außerdem den verschlüsselten
Dienst ESEED(SERVICE) aus dem Transportdatenstrom
TDS aus. Der verschlüsselte
Dienst wird in einem Entschlüssler 38 unter
Verwendung des Seeds als Entschlüsselungsschlüssel verarbeitet,
um den unverschlüsselten
Dienst zu regenerieren.
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Zur
Bereitstellung des Multisession-Schlüssels MSK sind noch andere
Mittel bekannt. Beispielsweise wird in dem Gammie erteilten
US-Patent Nr. 5.029.207 der
Multisession-Schlüssel MSK
an dem Codierer zweimal verschlüsselt
und an dem Decodierer zweimal entschlüsselt, zunächst in einem austauschbaren
Sicherheitsmodul und dann in einem feststehenden Sicherheitselement
des Decodierers.
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Außerdem werden
zur Abwehr von Datenpiraten der Speicher 32 und die Entschlüssler 34 und 36 (2B)
und der Speicher für
den Multisession-Schlüssel
MSK (nicht dargestellt) in einem sicheren Mikroprozessor mechanisiert,
der Piraten den Zugriff auf die Schlüssel SSN und MSK verwehrt.
Ein Pirat hätte
zwar an den Ausgangsanschlüssen
des sicheren Mikroprozessors noch immer Zugriff auf den Seed, aber
die Nutzungsdauer des Seeds ist kurz, da er häufig geändert wird, beispielsweise
zehnmal je Sekunde.
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3 zeigt
ein herkömmliches
System 50, das eine Inlandssteuerzentrale 52 hat,
die einen Codierer 10 enthält. Ein Transportdatenstrom
TDS von dem Codierer 10 wird mit einem Uplink-Sender der Inlandssteuerzentrale 52 an
einen Satelliten-Repeater 54 gesendet. Der Satelliten-Repeater 54 sendet dieses
Signal erneut, sodass eine Kabelkopfstelle 56 das Signal
empfängt.
Die Kabelkopfstelle 56 sendet dieses Signal erneut an die
Decodierer 40.
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In
dem Inlands-Transportdatenstrom (NTDS) enthält eine Berechtigungsverwaltungsnachricht EMM,
die eindeutig an einen einzelnen Decodierer adressierbar ist, den
MSK, der mit der SSN des speziellen Decodierers verschlüsselt ist,
sowie Dienstautorisierungsinformationen für den speziellen Decodierer.
In dem System 50 mit der Inlandssteuerzentrale 52,
die den Inlands-Transportdatenstrom NTDS erzeugt, stellt die Inlandssteuerzentrale 52 sowohl den
verschlüsselten
MSK (d. h. den ESSN(MSK)) als auch die Decodierer-Dienstautorisierungsinformationen
bereit. Die Inlandszentrale erzeugt die entsprechenden Berechtigungsverwaltungsnachrichten
und adressiert sie an die einzelnen Codierer. Der Kabelkopfstellenbetreiber
fungiert bloß als
Kanal für
diesen Inlands-Transportdatenstrom.
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Einige
Kabelkopfstellenbetreiber wollen jedoch einen lokalen Einfluss auf
die Dienstautorisierungsinformationen haben. Sie wollen den bedingten Zugriff
eines Decodierers auf Programme und auf spezielle Programme unter
lokaler Kontrolle haben. Die lokalen Kabelkopfstellenbetreiber halten
es jedoch nicht für
notwendig, ihre Programmverschlüsselung
selbst durchzuführen.
Sie möchten
die Programmverschlüsselung
beibehalten, die bereits an der Inlandssteuerzentrale durchgeführt worden
ist.
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Bei
zahlreichen Kabelsystemen, die heute in Gebrauch sind, führt eine
Inlandssteuerzentrale das gesamte Multiplexing von Diensten sowie
die Verschlüsselung
jedes Dienstes und die globale Verschlüsselung des gesamten Payload-Teils
des Transportdatenstroms durch. Bei einem solchen System fungieren
die Kabelkopfstellenbetreiber im Wesentlichen als Kanäle für dieses
Inlandssignal. Die Inlandszentrale erfüllt auch alle anderen Pflichten
für den
bedingten Zugriff, unter anderem die Einstellung von Dienstautorisierungsinformationen
in die Berechtigungsverwaltungsnachrichten, die an jeden Decodierer
adressiert werden.
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Andere
Systeme, die heute in Gebrauch sind, ermöglichen es dem Kabelkopfstellenbetreiber, lokalen
Einfluss auf den bedingten Zugriff und die Verschlüsselung
zu nehmen. Einige Betreiber wollen einen lokalen Einfluss nehmen
können,
aber die hierfür
benötigte
Ausrüstung
ist natürlich
teurer.
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Kabelbetreiber
werden den Zugang zu verschiedenen Marktsegmenten irgendwie differenzieren
oder steuern wollen. Nehmen wir beispielsweise an, dass drei Kabelgesellschaften
in einem gegebenen Gebiet arbeiten. Wenn sie alle ein Signal der
Inlandszentrale für
ihre Teilnehmer bereitstellen, könnte
jemand, der Teilnehmer bei einer Gesellschaft ist, seinen Set-Top-Decodierer
an jemanden verleihen, der Teilnehmer bei einer anderen Gesellschaft
ist. Somit wird ein System benötigt,
das es dem Kabelkopfstellenbetreiber ermöglicht, das von der Inlandszentrale
bereitgestellte Signal weiter zu verwenden, aber dennoch den Zugang
zu anderen Markbereichen oder -segmenten zu kontrollieren.
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Verwiesen
sei auf das Dokument
AU-A-636039 ,
das die vorkennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Erfindung beschreibt.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
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Ein
Vorzug der Erfindung besteht darin, dass sie Mittel bereitstellen
kann, mit denen ein lokaler Kabelkopfstellenbetreiber Inlandsprogramm-Dienstdaten
verteilen kann und dabei den Zugriff seiner Teilnehmer auf die Daten
steuern kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher beschrieben, wobei 6 eine
Ausführungsform
der Erfindung darstellt und 9 eine weitere
Ausführungsform
unter Einbeziehung der Ausführungsform
von 6 darstellt. Die übrigen Zeichnungen stellen
Ausführungsformen dar,
die nicht Bestandteil der Erfindung sind. Hierbei sind:
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die 1A und 1B Grundfunktionsdiagramme
von bekannten Verschlüsslern
bzw. Entschlüsslern;
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die 2A und 2B Funktionsblockdiagramme
bekannter Verschlüssler
bzw. Entschlüssler des
firmeninternen Standes der Technik;
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3 ein
Blockdiagramm eines bekannten Informationsverteilungssystems;
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4 ein
Format-Diagramm, das zeigt, wie Elementardatenströme in Transportpaketen
codiert werden;
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5 ein
Funktionsdiagramm eines Decodierers;
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6 ein
Funktionsblockdiagramm eines Verschlüsselungssteuersystems nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
Funktionsblockdiagramm eines Verschlüsselungssteuersystems nach
einer weiteren Ausführungsform;
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8 ein
Funktionsblockdiagramm eines Verschlüsselungssteuersystems nach
einer weiteren Ausführungsform
und
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9 eine
schematische Darstellung eines Informationsverteilungssystems nach
einer weiteren Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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4 ist
ein Format-Diagramm eines typischen Transportdatenstroms. Video-
und Audiodaten werden in Form eines paketisierten Elementarstroms mit
einem Header, einem Darstellungszeitstempel und dem Video selbst
bereitgestellt. Der paketisierte Elementarstrom wird dem Payload-Teil
eines oder mehrerer Transportpakete zugeteilt. Transportpakete haben
vorzugsweise eine Länge
von 188 Bit. Die Transportpakete enthalten vorzugsweise einen Synchronisationsblock
und Präfix-Daten,
an die sich die Payload-Daten anschließen. Ein Standard mit der Bezeichnung
MPEG-2 (ISO/IEC 13818-1) definiert spezielle Ausführungsformen
des Transportdatenstroms. Ein Multiplexer/Verschlüssler 64 kombiniert einzelne
Transportpakete 62 zu einem Datenrahmen 60.
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Von
besonderem Interesse für
die vorliegende Erfindung sind Berechtigungsverwaltungsnachrichten
EMM und Berechtigungssteuernachrichten ECM. Diese Nachrichten werden
in den Transportdatenstrom TDS gemultiplext. Die Berechtigungsverwaltungsnachrichten
werden an einen speziellen Decodierer oder eine Gruppe von Decodierern
adressiert. Die Berechtigungssteuernachrichten werden an alle Decodierer
gesendet. In den Daten, die in den Berechtigungssteuernachrichten übertragen
werden, sind Seed-Daten enthalten, die mit einem Multisession-Schlüssel verschlüsselt werden.
Die Berechtigungssteuernachricht ECM wird wiederholt mit einer hohen
Geschwindigkeit, beispielsweise zehnmal je Sekunde, gesendet. Ein
Multisession-Schlüssel MSK,
der mit einer geheimen laufenden Nummer verschlüsselt ist, ist in der Berechtigungsverwaltungsnachricht
EMM enthalten. Die Berechtigungsverwaltungsnachricht wird an den
Decodierer adressiert, der die geheime laufende Nummer gespeichert
hat, die zum Verschlüsseln
des Multisession-Schlüssels verwendet
wird. Die Berechtigungsverwaltungsnachrichten werden selten gesendet,
beispielsweise einmal im Monat. In der Praxis wird die Berechtigungsverwaltungsnachricht
mehrmals im Monat an jeden Decodierer gesendet, sodass der Decodierer
den Multisession-Schlüssel für die kommende
Sitzung (z. B. nächster
Monat) entschlüsseln
und speichern kann. Zu einem bestimmten Zeitpunkt liefert die Berechtigungssteuernachricht
Daten, die die Umschaltung auf den neuen Multisession-Schlüssel angeben, der
aus einer früheren
Berechtigungsverwaltungsnachricht erhalten wurde.
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5 zeigt
einen Decodierer zum Decodieren des Eingangs-Transportdatenstroms
zu entschlüsselten
Diensten 109. Ein Demultiplexer 72 trennt eine
Berechtigungssteuernachricht 74, eine Berechtigungsverwaltungsnachricht 76 und
Textdaten 78 von dem Transportdatenstrom. Andere Payload-Teile
des Transportdatenstroms werden für einen Entschlüssler 104 bereitgestellt.
Der Demultiplexer 72 hat ähnliche Funktionen wie der
Demultiplexer 30 (2B). Ein
Decodierer 70 enthält
einen sicheren Mikroprozessor 80. Der sichere Mikroprozessor 80 enthält einen
sicheren Speicher 82, der eine geheime laufende Nummer
SSN und den Multisession-Schlüssel
MSK speichert. Bei dem sicheren Mikroprozessor 80 ruft
eine Bedingter-Zugriffs-Logik 90 die geheime laufende Nummer
SSN aus dem sicheren Speicher 82 ab und stellt die geheime
laufende Nummer für
einen Entschlüssler 84 bereit.
Der Entschlüssler 84 verarbeitet
die Berechtigungsverwaltungsnachricht 76 so, dass bei 92 der
Multisession-Schlüssel
MSK regeneriert wird. Die Bedingter-Zugriffs-Logik 90 speichert
den Multisession-Schlüssel
MSK in dem sicheren Speicher 82. Dann liest die Bedingter-Zugriffs-Logik 90 den
Multisession-Schlüssel MSK
aus dem sicheren Speicher 82 und stellt ihn für einen
Entschlüssler 86 bereit.
Der Entschlüssler 86 verarbeitet
die Berechtigungssteuernachricht 74 so, dass mehrere Seeds
und Bedingter-Zugriffs-Daten 88 regeneriert werden. Die
Bedingter-Zugriffs-Logik 90 stellt einen globalen Seed 94 der
Seeds 88 für
den Entschlüssler 104 bereit.
Die Bedingter-Zugriffs-Logik 90 verarbeitet die Bedingter-Zugriffs-Daten 88 so,
dass sie autorisierte Dienste identifiziert, und stellt ein Dienstwahlsignal 96 für einen
Dienst-Demultiplexer 106 bereit. Für die autorisierten Dienste
stellt die Bedingter-Zugriffs-Logik 90 verschlüsselte Dienst-Seeds 98 aus
den Seeds 88 für
einen Entschlüssler 100 zum
Entschlüsseln
mit dem Mehrdienstschlüssel
bereit. Für
autorisierte Dienste stellt der Entschlüssler 100 Seeds 102 für Entschlüssler 108 für autorisierte
Dienste bereit.
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In 4 können einzelne
Dienste (z. B. Video 1 oder Audio 1) mit entsprechenden Dienst-Seeds
verschlüsselt
werden. Die verschlüsselten
oder unverschlüsselten
Dienste werden zu dem Datenrahmen 60 formatiert. Der gesamte Dienst-Teil
des Datenrahmens 60 wird mit einem globalen Seed verschlüsselt Der
verschlüsselte
Teil des Datenrahmens 60 wird in dem Entschlüssler 104 (5)
unter Verwendung des globalen Seeds 94 so verarbeitet,
dass die einzelnen Dienste regeneriert werden. Die einzelnen Dienste
können
verschlüsselt sein
oder können
unverschlüsselt
sein. Die einzelnen Dienste werden für den Multiplexer 106 (5)
bereitgestellt, wo die einzelnen verschlüsselten Dienstdaten 107 für die Entschlüssler 108 bereitgestellt werden.
Die Entschlüssler 108 verarbeiten
die verschlüsselten
Dienstdaten 107 unter Verwendung der Seeds 102,
um entschlüsselte
Dienste 109 bereitzustellen.
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In 6 enthält ein Verschlüsselungssteuersystem 110 einen
Demultiplexer 112, einen Multiplexer 114, einen
ersten sicheren Mikroprozessor 120 und einen zweiten Mikroprozessor 130.
Der sichere Mikroprozessor 120 enthält einen Geheime-Laufende-Nummern-Speicher 122,
einen Entschlüssler 124 und
einen Multisession-Speicher 126. Der Geheime-Laufende-Nummern-Speicher 122 funktioniert
in der gleichen Weise wie der Geheime-Laufende-Nummern-Speicher 32 (2B).
Der Entschlüssler 124 funktioniert
in der gleichen Weise wie der Entschlüssler 34 (2B).
Der Speicher 126 funktioniert in der gleichen Weise wie
der Speicher 82 (5).
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Der
zweite sichere Mikroprozessor 130 enthält einen Geheime-Laufende-Nummern-Speicher 132 und
einen Entschlüssler 134.
Der Speicher 132 funktioniert in der gleichen Weise wie
der Speicher 18 (2A), und
der Verschlüssler 134 funktioniert
in der gleichen Weise wie der Verschlüssler 26 (2A).
Der Demultiplexer 112 funktioniert in der gleichen Weise
wie der Demultiplexer 30 (2B). Der
Multiplexer 114 funktioniert in der gleichen Weise wie
der Multiplexer 20 (2A).
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Bei
einer typischen Operation wird eine Inlandsquelle des Transportdatenstroms
TDS mit einer Satelliten-Repeater-Station geuplinkt. Die Satelliten-Repeater-Station
downlinkt die Übertragung
des Inlands-Transportdatenstroms TDS mit mehreren Kabelkopfstellenbetreibern,
von denen mindestens einer mit dem Verschlüsselungssteuersystem 110 ausgerüstet ist.
Der Kabelkopfstellenbetreiber empfängt den Inlands-Transportdatenstrom
TDS und demultiplext den Datenstrom zu einem verschlüsselten Inlands-Dienstdatenstrom,
einer Inlands-Berechtigungssteuernachricht
(Inlands-ECM) und einer Inlands-Berechtigungsverwaltungsnachricht
(Inlands-EMM). Die Inlands-Berechtigungsverwaltungsnachricht
wird in dem Verschlüsselungssteuersystem 110 zu
einer lokalen Berechtigungsverwaltungsnachricht (lokale EMM) verarbeitet.
Der Multiplexer 114 reassembliert die verschlüsselten
Inlands-Dienstdaten, die Inlands-Berechtigungssteuernachrichtendaten und
die lokale Berechtigungsverwaltungsnachricht zu einem lokalen Transportdatenstrom
(lokaler TDS).
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Die
Inlands-Berechtigungsverwaltungsnachricht wird in dem Entschlüssler 124 so
verarbeitet, dass der Multisession-Schlüssel regeneriert wird und in
dem Speicher 126 gespeichert wird. Der Multisession-Schlüssel wird über eine
sichere Verbindung 116 für den Verschlüssler 134 bereitgestellt.
Der Multisession-Schlüssel
wird in dem Verschlüssler 134 unter
Verwendung der geheimen laufenden Nummer aus dem Speicher 132 verarbeitet
und wird dann in die lokale Berechtigungsverwaltungsnachricht eingestellt.
Jedoch ist entweder (1) der von dem Verschlüssler 134 verwendete
Verschlüsselungsalgorithmus
von dem Verschlüsselungsalgorithmus
verschieden, der von der Landeszentrale zum Verschlüsseln des
Multisession-Schlüssels
verwendet wird, oder (2) die in dem Speicher 132 gespeicherten geheimen
laufenden Nummern sind von den in der vergleichbaren Datenbank gespeicherten
geheimen laufenden Nummern verschieden, die zum Verschlüsseln des
Multisession-Schlüssels in
der Inlandzentrale verwendet werden, oder (3) beides.
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Die
Teilnehmer des Kabelkopfstellenbetreibers werden einen Decodierer
mit einem Entschlüssler
zum Entschlüsseln
des Multisession-Schlüssels verlangen,
der einen Algorithmus hat, der mit dem Verschlüssler 134 (6)
kompatibel ist. Ebenso haben die Decodierer der Teilnehmer des Kabelkopfstellenbetreibers
geheime laufende Nummern gespeichert, die den in dem Speicher 132 (6)
gespeicherten geheimen laufenden Nummern entsprechen. Erfindungsgemäß kann ein
Kabelkopfstellenbetreiber, der mit dem Verschlüsselungssteuersystem 110 ausgerüstet ist,
den Multisession-Schlüssel sicher
an die Decodierer in seinem System bereitstellen, aber wegen des
eindeutigen Verschlüsselungsalgorithmus 134 (d.
h., eindeutig für
den Kabelkopfstellenbetreiber) und der in dem Speicher 132 gespeicherten
Liste der eindeutigen geheimen laufenden Nummern können die
für die
Teilnehmer des Kabelkopfstellenbetreibers bereitgestellte Decodierer nicht
zum Empfangen von verschlüsselten
Inlandsdiensten von der Satelliten-Repeater-Station oder einem anderen
Kabelkopfstellenbetreiber verwendet werden. Auf diese Weise kann
der Kabelkopfstellenbetreiber den Zugriff auf die Inlandsdienste
verweigern, beispielsweise wenn der Teilnehmer seine Rechnung nicht
bezahlt. Außerdem
kann der Decodierer, der für
den Teilnehmer des Kabelkopfstellenbetreibers bereitgestellt wird,
nicht zum Empfangen von verschlüsselten
Diensten von einem Kabelsystem verwendet werden, sodass es unwahrscheinlich ist,
dass er verliehen wird.
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Wie
in dem
US-Patent Nr. 5.029.207 beschrieben,
enthalten einige Decodierer Entschlüssler mit umprogrammierbaren
Entschlüsselungsalgorithmen
und/oder umprogrammierbaren geheimen laufenden Nummern. Diese Entschlüssler sind
umprogrammierbar, wenn spezielle adressierte Nachrichten (z. B.
die hier beschriebenen Berechtigungsverwaltungsnachrichten) von
dem speziellen Decodierer oder der Gruppe von Decodierern, die adressiert
werden, empfangen werden. Wenn die Inlandszentrale diesen Decodierertyp
verwendet, kann der lokale Kabelkopfstellenbetreiber diesen Decodierertyp
erwerben und an seine Teilnehmer weiterverkaufen. Dann kann der
Kabelkopfstellenbetreiber entsprechende Berechtigungsverwaltungsnachrichten
an einzelne Decodierer senden, um den Algorithmus zu ändern, der
zum Entschlüsseln
des Multisession-Schlüssels verwendet
wird, oder um die Adresse mit der geheimen laufenden Nummer des
Decodierers zu ändern. Auf
diese Weise ist ein größerer Markt
für nur
eine Decodierer-Ausführung
vorhanden, und der Kabelkopfstellenbetreiber kann aufgrund des größeren Marktes
die Decodierer an seine Teilnehmer zu niedrigeren Kosten liefern.
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In 7 enthält ein Verschlüsselungssteuersystem 140 den
Demultiplexer 112, den Multiplexer 114, den ersten
sicheren Mikroprozessor 120 und den zweiten sicheren Mikroprozessor 130.
Der erste sichere Mikroprozessor 120 enthält den Geheime-Laufende-Nummern-Speicher 122,
den Entschlüssler 124 und
den Mehrdienstschlüssel-Speicher 126,
die im Wesentlichen die gleichen Funktionen wie bei dem sicheren
Mikroprozessor 120 des Verschlüsselungssteuersystems 110 (6)
ausführen.
Der sichere Mikroprozessor 120 des Verschlüsselungssteuersystems 140 (7)
enthält
außerdem einen
Entschlüssler 142 zum
Verarbeiten der Inlands-Berechtigungssteuernachricht unter Verwendung
des Multisession-Schlüssels, um
die Seed-Daten und die Dienstautorisierungsdaten zu regenerieren.
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Der
zweite sichere Mikroprozessor 130 des Verschlüsselungssteuersystems 140 (7)
enthält den
Geheime-Laufende-Nummern-Speicher 122, den Entschlüssler 124,
den Multisession-Schlüssel-Speicher 126 und
einen Verschlüssler 144.
Der Speicher 122, der Entschlüssler 124 und der
Speicher 126 führen
im Wesentlichen die gleiche Funktion zur Regenerierung des Multisession-Schlüssels wie
in dem Speicher 122, dem Entschlüssler 124 und dem
Speicher 126 des sicheren Mikroprozessors 120 des
Verschlüsselungssteuersystems 110 (6) aus.
Der Verschlüssler 144 verarbeitet
die Seed- und Dienstautorisierungsdaten unter Verwendung des aus
dem Speicher 126 abgerufenen Multisession-Schlüssels, um
lokale Berechtigungssteuernachrichten bereitzustellen. Der Multiplexer 144 reformatiert
einen lokalen Transportdatenstrom aus dem Inlands-Transportdatenstrom
mit der Inlands-Berechtigungssteuernachricht,
die durch die lokale Berechtigungssteuernachricht ersetzt wird.
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Kabelkopfstellenbetreiber,
die mit dem Verschlüsselungssteuersystem 140 ausgerüstet sind, können an
ihre Teilnehmer Decodierer liefern, die einen speziellen (d. h.
eindeutigen) Entschlüsselungsalgorithmus
zum Entschlüsseln
des Seeds unter Verwendung des Multisession-Schlüssels haben. Der Verschlüssler 144 des
Verschlüsselungssteuersystems 140 verschlüsselt den
Seed unter Verwendung eines Verschlüsselungsalgorithmus, der dem
in den Decodierern bereitgestellten Seed-Entschlüsselungsalgorithmus entspricht.
Auf diese Weise können die
so bereitgestellten Decodierer nur Seeds empfangen, wenn sie mit
der Einrichtung des speziellen Kabelkopfstellenbetreibers verbunden
sind. Da die lokale Berechtigungssteuernachricht an alle Decodierer
in dem System des Kabelkopfstellenbetreibers gesendet wird, ist
es nicht möglich,
einzelne Decodierer abzuschalten. Aber der Kabelkopfstellenbetreiber
kann die in dem Entschlüssler 142 entschlüsselten
Dienstautorisierungsdaten ändern,
bevor sie in dem Verschlüssler 144 neu
verschlüsselt werden, um
einen stärker
beschränkten
Dienst für
seine Teilnehmer bereitzustellen (d. h., ihnen einen Dienst zu niedrigeren
Kosten anzubieten).
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Wie
vorstehend unter Bezugnahme auf 6 dargelegt,
können
umprogrammierbare Decodierer für
die Teilnehmer des lokalen Kabelkopfstellenbetreibers unter der
Bedingung bereitgestellt werden, dass die Inlandszentrale bestimmte
spezielle Umprogrammierungsdienste für den lokalen Kabelkopfstellenbetreiber
bereitstellt. Vorzugsweise stellt die Inlandszentrale diese Umprogrammierungsdienste
bereit, da sie die Berechtigungsverwaltungsnachrichten erstellt,
die an jeden einzelnen Teilnehmer adressiert werden. Alternativ
könnte
der lokale Kabelkopfstellenbetreiber diese Dienste bereitstellen, wenn
er die benötigten
geheimen laufenden Nummern der Decodierer und die Entschlüsselungsalgorithmen
der Decodierer erhält.
Mit den von der Inlandszentrale bereitgestellten Diensten soll (im
Gegensatz zur Regenerierung des Multisession-Schlüssels) der
Entschlüsselungsalgorithmus,
der zum Entschlüsseln
der Seed-Daten verwendet wird, umprogrammiert werden. Auf diese
Weise verschlüsselt
der lokale Kabelkopfstellenbetreiber die Seed-Daten in dem Verschlüssler 144 mit
einem Verschlüsselungsalgorithmus,
der mit dem umprogrammierten Decodierer seines Teilnehmers kompatibel
ist. Dadurch entsteht ein großer
Markt für
den umprogrammierbaren Decodierer, und dabei wird der Nutzen der
Mitnahme des umprogrammierbaren Decodierers zu einem anderen Kabelnetzwerk
vereitelt. Auf diese Weise ist es weniger wahrscheinlich, dass diejenigen
Kabelkopfstellenbetreiber, die diese umprogrammierbaren Codierer
bereitstellen, ihre Investition verlieren.
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Die
Inlandszentrale kann auch adressierte Berechtigungsverwaltungsnachrichten
für die
einzelnen Teilnehmer des lokalen Kabelkopfstellenbetreibers mit
einem eindeutigen Multisession-Schlüssel versehen und kann diesen
Multisession-Schlüssel
in einer Berechtigungsverwaltungsnachricht bereitstellen, die an
den zweiten sicheren Mikroprozessor 130 des Verschlüsselungssteuersystems 140 (7) adressiert
ist, sodass die Seed- und Dienstautorisierungsdaten mit diesem speziellen
Multisession-Schlüssel
verschlüsselt
werden. Das heißt,
der in dem ersten sicheren Mikroprozessor 120 verwendete Multisession-Schlüssel ist
von dem Multisession-Schlüssel
verschieden, der in dem zweiten sicheren Mikroprozessor 130 des
Verschlüsselungssteuersystems 140 (7)
verwendet wird. Dieser Prozess zum Liefern des speziellen Multisession-Schlüssels kann
durch Vereinbarung zwischen der Inlandszentrale und dem lokalen
Kabelkopfstellenbetreiber geregelt werden. In dem Decodierer 70 (5)
wird der globale Seed 94 fehlerfrei regeneriert. Die verschlüsselten
Dienst-Seeds 98 (5) sind
jedoch mit einem Multisession-Schlüssel verschlüsselt, der
an alle Teilnehmer der Inlandszentrale gesendet wird. Dieser entspricht
dem Multisession-Schlüssel,
der in dem Speicher 126 des sicheren Mikroprozessors 120 des
Verschlüsselungssteuersystems 140 (7)
gespeichert ist. Leider ist es der spezielle Multisession-Schlüssel, der
in dem Speicher 126 des zweiten sicheren Mikroprozessors 130 gespeichert
ist, der durch spezielle Vereinbarung zwischen der Inlandszentrale
und dem lokalen Kopfstellenbetreiber in der Inlands-Berechtigungsverwaltungsnachricht übertragen
wird, die an die Decodierer der Teilnehmer des lokalen Kopfstellenbetreibers adressiert
ist. Dadurch können
die Teilnehmer des lokalen Kopfstellenbetreibers nur den speziellen
Multisession-Schlüssel
regenerieren und können
nicht die Dienst-Seeds 102 (5) regenerieren.
Diese Vereinbarung kann jedoch nützlich
sein, wenn einzelne Dienste unverschlüsselt gesendet werden, wobei
der Dienstdaten-Block global verschlüsselt wird.
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In 8 enthält ein Verschlüsselungssystem 150 den
Demultiplexer 112, den Multiplexer 114, den ersten
sicheren Mikroprozessor 120, den zweiten sicheren Mikroprozessor 130,
einen Seed-Generator 152, einen globalen Dienstentschlüssler 154 und
einen globalen Dienstverschlüssler 156.
In 8 wird der globale Seed 94 (5)
regeneriert und für
den globalen Dienstentschlüssler 154 bereitgestellt.
Die verschlüsselten
Inlands-Dienstdaten werden in dem globalen Dienstentschlüssler 154 unter
Verwendung des globalen Seeds 94 so verarbeitet, dass ein
unverschlüsselten
Dienstdaten-Rahmen regeneriert wird. Der unverschlüsselte Dienstdaten-Rahmen kann
zwar einzelne verschlüsselte
Dienste haben, aber der Dienstdaten-Rahmen ist unverschlüsselt. Der
Seed-Generator 152 stellt gleichzeitig einen neuen Seed
für den
globalen Dienstverschlüssler 156 und
den Seed-Verschlüssler 144 des
zweiten sicheren Mikroprozessors 130 des Verschlüsselungssteuersystem 150 bereit.
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Während des
Betriebs regeneriert das Verschlüsselungssteuersystem 150 einen
unverschlüsselten
Dienstdaten-Rahmen von dem globalen Dienstentschlüssler 154 unter
Verwendung des globalen Seeds 94. Dann werden die unverschlüsselten Dienstdaten
in dem Dienstverschlüssler 156 unter Verwendung
des neuen Seeds neu verschlüsselt. Gleichzeitig
wird der neue Seed für
den Seed-Verschlüssler 144 bereitgestellt,
wo er mit dem Multisession-Schlüssel verschlüsselt wird,
der in dem Speicher 126 gespeichert ist und in der lokalen
Berechtigungssteuernachricht enthalten ist. Der Multiplexer 114 kombiniert
die lokale Berechtigungssteuernachricht mit der Inlands-Berechtigungsverwaltungsnachricht
und den lokal neuverschlüsselten
Dienstdaten zu einem lokalen Transportdatenstrom. Der Decodierer,
beispielsweise der Decodierer 70 von 5,
decodiert verschiedene Dienste, die mit dem neuen Seed verschlüsselt sind,
in der gleichen Weise, in der er diese Dienste decodieren würde, wenn
der Seed von der Inlandszentrale erzeugt wird. Der Decodierer kann
den Unterschied nicht erkennen.
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Ein
eindeutiger Verschlüsselungsalgorithmus
kann für
(1) den globalen Dienstverschlüssler 156 oder
(2) den Seed-Verschlüssler 144 oder
(3) für beide
verwendet werden. Der eindeutige Verschlüsselungsalgorithmus entspricht
dem jeweiligen Entschlüsselungsalgorithmus,
der in dem Decodierer 70 (5) enthalten
ist, der für
die Teilnehmer des lokalen Kabelkopfstellenbetreibers bereitgestellt
wird. Auf diese Weise wird die Inlands-Berechtigungsverwaltungsnachricht
zum Liefern des Multisession-Schlüssels an jeden Decodierer verwendet,
unter anderem die Decodierer der Teilnehmer der Kabelkopfstellenbetreiber,
die nicht mit dem Verschlüsselungssteuersystem 150 ausgerüstet sind.
Decodierer mit Entschlüsselungsalgorithmen,
die den Verschlüsselungsalgorithmen
entsprechen, die in dem Seed-Verschlüssler 144 und dem
globalen Dienstverschlüssler 156 verwendet
werden, können
jedoch nicht in anderen Kabelsystemen verwendet werden. Und wenn die
betreffenden Decodierer durch Vereinbarung zwischen der Inlandszentrale
und dem lokalen Kopfstellenbetreiber umprogrammierbar sind, kann
die Inlandszentrale in den Decodierern die Entschlüsselungsalgorithmen
umprogrammieren, die den Verschlüsselungsalgorithmen
entsprechen, die in dem Seed-Verschlüssler 144 und dem
globalen Dienstverschlüssler 156 verwendet
werden.
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In 9 umfasst
ein Informationsverteilungssystem 160 eine Inlandszentrale 162,
einen Satelliten-Repeater 164, eine erste Nutzerstation 170 und
eine zweite Nutzerstation 180. Die erste Nutzerstation 170 enthält einen
Empfänger 172,
einen Kabelkopfstellenmodulator 174 und mindestens ein
digitales Set-Top-Endgerät 176.
Die Nutzerstation 180 enthält einen Empfänger 172,
ein lokales Verschlüsselungssteuersystem 182,
einen Kabelkopfstellenmodulator 174 und ein modernes digitales Set-Top-Endgerät 184.
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Das
Verschlüsselungssteuersystem
182 kann
eines der Verschlüsselungssteuersysteme
110,
140 und
150 sein.
Bei einer Variante des Verschlüsselungssystems
110 umfasst
ein Multisession-Schlüssel-Verschlüssler
134 eine
Zweistufen-Verschlüsselung,
bei der eine erste geheime laufende Nummer den Multisession-Schlüssel zu
einem einfach verschlüsselten
Schlüssel
verschlüsselt
und dann der einfach verschlüsselte
Schlüssel über einen weiteren
Verschlüssler
unter Verwendung einer zweiten geheimen laufenden Nummer zu einem
zweifach verschlüsselten
Schlüssel
verarbeitet wird. Der zweifache verschlüsselte Schlüssel wird in die lokale Berechtigungsverwaltungsnachricht
eingestellt und in dem lokalen Transportdatenstrom (
6) übertragen.
Der lokale Transportdatenstrom wird in dem Kabelkopfstellenmodulator
174 moduliert
und wird an das moderne digitale Set-Top-Endgerät
184 gesendet. Das
moderne digitale Set-Top-Endgerät
184 ist beispielsweise
ein Set-Top-Endgerät mit einem
feststehenden Sicherheitselement, das eine Einheit mit dem Decodierer
bildet, und einem austauschbaren Sicherheitsmodul (d. h. SmartCard),
das in den Decodierer eingesteckt werden kann (siehe beispielsweise
das
US-Patent Nr. 5.029.207 ).
Das moderne digitale Set-Top-Endgerät
184 enthält zwei
Entschlüssler
zum Regenerieren des zweifach verschlüsselten Multisession-Schlüssels. Ein
Entschlüssler
ist in dem feststehenden Sicherheitselement des Set-Top-Endgeräts selbst
enthalten (d. h. dem Decodierer), und der andere Entschlüssler ist
in dem herausnehmbaren Sicherheitsmodul (d. h. der SmartCard) enthalten.
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In
der Praxis kann ein Kabelsystembetreiber, der die gleiche Ausrüstung wie
die erste Nutzerstation 170 hat, nur den Inlands-Transportdatenstrom
an die lokalen Teilnehmer senden. Ein solcher Betreiber kann seine
Ausrüstung
dadurch aufrüsten,
dass er das Verschlüsselungssteuersystem 182 zusätzlich verwendet
und/oder ein entsprechendes austauschbares Sicherheitsmodul (d.
h. SmartCard) an seine Teilnehmer verschickt. Es ist nicht erforderlich,
alle vorhandenen Set-Top-Endgeräte
auszutauschen.
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Fachleute
dürften
erkennen, dass die in Zusammenhang mit den 6–9 beschriebenen Verfahren
gemischt und kombiniert werden können, um
jeden gewünschten
Grad der Kontrolle zu erreichen. Mit entsprechenden gemischten Verfahren kann
der lokale Kabelkopfstellenbetreiber Teilnehmer abschalten, die
ihre Rechnungen nicht pünktlich
bezahlt haben, und kann durch Modifizieren der Bedingter-Zugriffs-Daten
kostengünstige
Dienstangebote für
die Teilnehmer bereitstellen.
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Nachdem
bevorzugte Ausführungsformen einer
neuartigen Vorrichtung und eines neuartigen Verfahrens zur lokalen
Verschlüsselung
eines globalen Transportdatenstroms beschrieben worden sind (die
erläuternd
und nicht beschränkend
sein sollen), sei darauf hingewiesen, dass Modifikationen und Abwandlungen
von Fachleuten unter Berücksichtigung der
vorstehenden Grundsätze
vorgenommen werden können.
Es ist daher klar, dass Änderungen
in den speziellen Ausführungsformen
der beschriebenen Erfindung vorgenommen werden können, die innerhalb des Schutzumfangs
der von den beigefügten Ansprüchen definierten
Erfindung liegen.