引言
隨著數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)雙向化改造的快速發(fā)展,,傳統(tǒng)單向廣播網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的條件接收體系已不能適應(yīng)于新的雙向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和業(yè)務(wù)模式,。為進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,,迫切需要研發(fā)出適應(yīng)于雙向DTV網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和業(yè)務(wù)模式的安全解決方案,滿足數(shù)字電視雙向DTV業(yè)務(wù)的運營需求和安全需求,。
在雙向DTV網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,,內(nèi)容發(fā)布者和終端用戶之間存在兩條傳輸信道,一條傳輸信道是傳統(tǒng)的單向廣播HFC信道,,另一條是數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)雙向化改造后增加的雙向IP信道,,如圖1所示。雙向DTV的業(yè)務(wù)實現(xiàn)中,,節(jié)目內(nèi)容打包成MPEG TS流以廣播方式發(fā)送給終端用戶,,終端用戶與內(nèi)容提供者之間通過IP通道完成認(rèn)證授權(quán)及許可證申請。
本文基于數(shù)字版權(quán)管理(DRM)技術(shù)提出了一種雙向DTV安全解決方案,,可以實現(xiàn)對雙向DTV數(shù)字內(nèi)容端到端的安全傳輸和存儲,,并能實現(xiàn)對數(shù)字內(nèi)容權(quán)限的使用控制。
圖1 雙向DTV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
DRM簡介
DRM技術(shù)可以實現(xiàn)對數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行描述,、識別,、保護、監(jiān)控和跟蹤,,以達(dá)到在數(shù)字內(nèi)容知識產(chǎn)權(quán)的整個生命周期內(nèi)對其進(jìn)行保護,,可以實現(xiàn)對數(shù)字內(nèi)容端到端的安全傳輸和存儲,并能實現(xiàn)對數(shù)字內(nèi)容權(quán)限的使用控制,。
實現(xiàn)DRM主要有兩類技術(shù):一類是數(shù)字水印技術(shù),,另一類是數(shù)據(jù)加密技術(shù)。數(shù)字水印技術(shù)尚不成熟,,并且只能在發(fā)現(xiàn)盜版后用于取證或追蹤,,不能在事前防止盜版。以數(shù)據(jù)加密為核心的DRM 技術(shù),核心思想是把數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行加密,,只有授權(quán)用戶才能得到內(nèi)容解密的密鑰,。
當(dāng)前國內(nèi)外多數(shù)公司和研究結(jié)構(gòu)的DRM系統(tǒng)都采用基于數(shù)據(jù)加密的技術(shù)。本文也基于數(shù)據(jù)加密技術(shù),,結(jié)合數(shù)字簽名和證書認(rèn)證等技術(shù),,提出了一種有效地雙向DTV業(yè)務(wù)的版權(quán)保護安全解決方案,可以實現(xiàn)對雙向DTV業(yè)務(wù)數(shù)字內(nèi)容的管理控制和版權(quán)保護,。
解決方案
本文提出的雙向DTV DRM安全解決方案,,結(jié)合證書認(rèn)證系統(tǒng)(PKI/CA),通過為終端設(shè)備和前端服務(wù)器簽發(fā)數(shù)字證書,,并使用數(shù)字證書標(biāo)識和認(rèn)證系統(tǒng)中各實體身份,,在運營商和用戶之間,,以及用戶與用戶之間建立可信的信任體系;并設(shè)計實現(xiàn)多層密鑰體系,,使用非對稱密碼算法進(jìn)行身份認(rèn)證、內(nèi)容密鑰的安全分發(fā)和協(xié)商,,使用對稱密碼算法把數(shù)字內(nèi)容加密為媒體文件密文,,并通過直播、點播等業(yè)務(wù)模式,,分發(fā)給終端用戶,,并控制保障數(shù)字內(nèi)容在終端的合理使用。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文提出的雙向DTV DRM安全方案的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示:
圖2 雙向DTV DRM系統(tǒng)架構(gòu)
本文提出的雙向DTV DRM安全方案由下列模塊組成:
證書中心(CA):為前端授權(quán)管理系統(tǒng)和終端簽發(fā)數(shù)字證書,,建立基于PKI的信任體系;終端和授權(quán)管理系統(tǒng)通過證書交換和密鑰協(xié)商完成雙向身份認(rèn)證和安全通道建立;
授權(quán)管理系統(tǒng):為終端生成許可證,,并認(rèn)證終端的身份,并為終端安全授權(quán);
密碼管理系統(tǒng):生成各種密鑰,,并實現(xiàn)內(nèi)容加密;對于直播內(nèi)容在線實時加密;對于點播內(nèi)容,,實現(xiàn)離線預(yù)加密;
DRM代理:設(shè)備中的可信實體,實施對內(nèi)容的許可和限制,,控制內(nèi)容使用,。嚴(yán)格按照權(quán)限對數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行操作;
內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器:存儲并管理加密的數(shù)字內(nèi)容,并按照不同業(yè)務(wù)模式分發(fā)內(nèi)容;
密鑰體系
本文提出的雙向DTV DRM安全解決方案結(jié)合PKI非對稱密碼體系,,建立了多層密鑰體系,。
密鑰體系的最上面兩層是設(shè)備公私鑰對和用戶密鑰。對于諸如機頂盒的終端設(shè)備,,在初始化時生成公私鑰對,,私鑰在終端安全存儲,公鑰通過安全通道送到前端CA中心申請終端證書,,這樣服務(wù)端就維護著終端的設(shè)備公鑰或證書,。在為用戶分發(fā)智能卡時需要初始化智能卡,并在智能卡內(nèi)寫入用戶密鑰或域密鑰,并且服務(wù)端也維護用戶密鑰/域密鑰和智能卡的對應(yīng)關(guān)系,。
對于直接加密內(nèi)容的密鑰,,根據(jù)內(nèi)容類型的不同,采用不同的密鑰體系:
當(dāng)數(shù)據(jù)內(nèi)容是TS流或流文件時,,密鑰方案采用類CAS的實時加擾的密鑰體系:首先使用控制字(CW)加擾內(nèi)容,,再使用業(yè)務(wù)密鑰(SK)加密傳輸CW,加密的CW和節(jié)目控制數(shù)據(jù)被封裝在ECM中,,隨內(nèi)容數(shù)據(jù)一起廣播,。業(yè)務(wù)密鑰被用戶密鑰(PK)/域密鑰(DK)加密,可以封裝在EMM中廣播下發(fā),,或者通過雙向IP信道端對端下發(fā),,如圖3所示。
圖3 流媒體的密鑰體系
對于非TS流數(shù)據(jù),,如圖像,、動畫數(shù)據(jù)等,本方案采用對稱密鑰加密的密鑰體系,,使用內(nèi)容加密密鑰(CEK)直接加密內(nèi)容數(shù)據(jù),,內(nèi)容加密密鑰被封裝在權(quán)限對象中使用用戶密鑰(PK)/域密鑰(DK)加密,通過雙向IP通道端對端下發(fā),,如圖4所示,。
圖4 非流媒體的密鑰體系
數(shù)據(jù)封裝
本方案針對不同的內(nèi)容類型,采用不同的數(shù)據(jù)加密及封裝方式,。對于TS流媒體內(nèi)容,,逐個TS報文加密,并只加密TS報文負(fù)荷的184字節(jié),,并且直接與其它TS流復(fù)用進(jìn)行廣播分發(fā);對于非TS流文件(如動畫,、圖片內(nèi)容),應(yīng)連續(xù)加密,,打包成TS流循環(huán)廣播,。
業(yè)務(wù)流程
文本提出的雙向DTV DRM安全方案可以支持直播、點播等多種業(yè)務(wù)模式,。不同的業(yè)務(wù)模式,,具體的業(yè)務(wù)流程不同;對于直播業(yè)務(wù),加密方式和業(yè)務(wù)流程皆類似于傳統(tǒng)的單向網(wǎng)絡(luò)下的電視廣播業(yè)務(wù),,其中數(shù)字內(nèi)容實時加擾,,加擾控制字CW加密封裝在ECM中,業(yè)務(wù)密鑰加密封裝EMM中,,加擾的數(shù)字內(nèi)容和ECM,、EMM一起廣播分發(fā),。當(dāng)然,EMM也可通過雙向IP網(wǎng)絡(luò)在線分發(fā),。
本文以點播業(yè)務(wù)為例,,簡單說明業(yè)務(wù)的處理流程:
數(shù)字內(nèi)容在密碼管理系統(tǒng)被預(yù)加密,同時把加密密鑰發(fā)送給授權(quán)管理系統(tǒng)生成權(quán)限許可證,,并把加密的數(shù)字內(nèi)容發(fā)送給內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器;用戶在終端點播數(shù)字內(nèi)容時,,首先向授權(quán)管理系統(tǒng)請求此數(shù)字內(nèi)容的權(quán)限許可證。此時需要對終端和授權(quán)管理系統(tǒng)進(jìn)行雙向身份認(rèn)證,,并協(xié)商會話密鑰,,以建立雙方的安全連接;授權(quán)管理系統(tǒng)通過連接保護向終端下發(fā)點播內(nèi)容的授權(quán)許可證,同時要求內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器向終端廣播所點播內(nèi)容;終端DRM代理驗證授權(quán)許可證有效性,,嚴(yán)格按照許可證中的權(quán)限許可和限制對內(nèi)容進(jìn)行操作,,為用戶提供服務(wù)。
安全性分析
信任模型
本文提出的雙向DTV DRM安全解決方案采用基于PKI的證書認(rèn)證體系,,每個終端設(shè)備初始化時都需要向證書中心申請證書,。前端服務(wù)器通過驗證終端代理的證書的有效性來認(rèn)證終端代理的身份,可以實現(xiàn)系統(tǒng)實體之間的可信任性;
內(nèi)容安全和授權(quán)安全
在雙向DTV系統(tǒng)中,,數(shù)字內(nèi)容是通過廣播信道下發(fā)到終端的,,所有終端都可以得到這些數(shù)字內(nèi)容,。所以必須保障數(shù)字內(nèi)容不被非授權(quán)方訪問,,只能被已鑒別和已授權(quán)的用戶按照權(quán)限適當(dāng)?shù)卦L問。本文提出的方案中,,對數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行加密,,如流媒體內(nèi)容使用CW加擾,非流媒體內(nèi)容使用內(nèi)容加密密鑰加密,,并且加密密鑰對每個內(nèi)容對象是唯一的,,而且版權(quán)對象攜帶的加密密鑰也被加密之后進(jìn)行封裝,只能被指定的終端所訪問,。這樣可以實現(xiàn)內(nèi)容安全和授權(quán)安全,,有效地防止媒體內(nèi)容被非授權(quán)破解,從而保護內(nèi)容提供商和用戶的合法權(quán)益,。
安全連接
在雙向DTV業(yè)務(wù)中,,終端需要在線向授權(quán)管理系統(tǒng)請求獲取權(quán)限許可證,這就需要避免非法冒充終端或授權(quán)管理系統(tǒng),,以避免造成授權(quán)給非法終端,,或用戶敏感信息丟失。本方案中,,終端和授權(quán)管理系統(tǒng)建立安全連接,,可以實現(xiàn)防止這種攻擊。安全連接的建立過程首先是雙向身份認(rèn)證,就是通過數(shù)字證書交換,,雙方分別驗證對方數(shù)字證書的有效性,,來驗證對方身份的合法性,這樣可以避免冒充終端或授權(quán)管理系統(tǒng)的攻擊,。然后雙方協(xié)商一個臨時會話密鑰,,如使用DH密鑰協(xié)商協(xié)議,這樣權(quán)限許可證被加密傳輸?shù)浇K端,,攻擊者不能獲得終端用戶的許可證,。這樣保障了終端向授權(quán)管理系統(tǒng)在線請求獲取權(quán)限許可證的安全性。
結(jié)論
本文提出的雙向DTV DRM安全方案,,安全性分析表明可以滿足雙向DTV數(shù)字內(nèi)容保護的安全性需求,。但隨著雙向DTV系統(tǒng)中業(yè)務(wù)類型的增加,尤其是大量增值業(yè)務(wù)的部署運營,,雙向DTV系統(tǒng)具有更復(fù)雜的安全需求,,應(yīng)該要進(jìn)一步考慮雙向DTV安全解決方案對全業(yè)務(wù)的支持,盡可能實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)安全保障,。
隨著三網(wǎng)融合的快速發(fā)展,,各種互聯(lián)網(wǎng)公網(wǎng)業(yè)務(wù),如網(wǎng)絡(luò)視頻,、互聯(lián)網(wǎng)電視,、視頻化的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等,將逐漸滲透到廣電網(wǎng)絡(luò),。這些互聯(lián)網(wǎng)視音頻業(yè)務(wù)多是免費提供給廣大用戶,,不以內(nèi)容或節(jié)目授權(quán)作為獲利手段,所以缺乏完備的業(yè)務(wù)保護和內(nèi)容保護,,就不能實現(xiàn)對內(nèi)容的端對端的安全保障,。但在廣電網(wǎng)絡(luò)下中,數(shù)字電視作為重要的宣傳窗口,,必須實現(xiàn)對其中的視音頻內(nèi)容實現(xiàn)全面的安全控制,,需要達(dá)到NGB所提倡的“可管可控”,所以進(jìn)入廣電網(wǎng)絡(luò)的視音頻業(yè)務(wù)必須遵循廣電專網(wǎng)下的安全體系,,營造安全和諧的電視播放環(huán)境,。