DE60035514T2

DE60035514T2 - Ver- und entschlüsselungs vorrichtung und verfahren für digitale videoeinhaltsübertragung

Info

Publication number: DE60035514T2
Application number: DE60035514T
Authority: DE
Inventors: Gary L. Hillsboro GRAUNKE; David A. Beaverton LEE; Robert W. Hillsboro FABER; Brendan S. Portland TRAW
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1999-08-29
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2020-08-19
Also published as: JP2003508976A; HK1043897A1; EP1212894B1; EP2439738B1; CN1645934A; EP2439738A2; CN1385033A; KR100492289B1; DE60035514D1; EP2439738A3; EP1835739B1; US6477252B1; CN1182717C; EP1212894A1; AU7330700A; KR20020040796A; CN100388785C; WO2001017252A1; JP4071496B2; EP1835739A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Schutzes von Information. Insbesondere wendet sich die vorliegende Erfindung der Bereitstellung eines Schutzes für digitale Videoinformation zu, um deren sichere Übertragung von einer Videoquelleneinrichtung zu einer Videoempfangseinrichtung zu ermöglichen.
2. Hintergrundinformation
Im Allgemeinen bietet Unterhaltung, Ausbildung, Kunst usw. (im Folgenden zusammenfassend als "Information" bezeichnet) in digitaler Form verpackt höhere Audio- und Videoqualität als deren analoge Gegenstücke. Informationsproduzenten, insbesondere solche in der Unterhaltungsindustrie, sind jedoch immer noch zurückhaltend, die digitale Form vollständig einzubeziehen. Der primäre Grund ist, dass digitale Information besonders gefährdet gegenüber Piraterie ist. Im Gegensatz zu der analogen Form, wo allgemein ein gewisser Grad von Qualitätsverlust mit jedem Kopieren auftritt, ist eine gestohlene Kopie von digitaler Information faktisch so gut wie das "Gold master". Im Ergebnis ist großer Aufwand durch die Industrie getrieben worden, um Techniken zu entwickeln und anzupassen, um Schutz für den Vertrieb und die Wiedergabe von digitaler Information bereitzustellen.
Aus historischen Gründen ist die Übertragungsschnittstelle zwischen einer Videoquelleneinrichtung (beispielsweise einem Personalcomputer) und einer Videoempfangseinrichtung (beispielsweise) einem Monitor) eine analoge Schnittstelle. Daher wurde der Bereitstellung eines Schutzes für die Übertragung zwischen der Quelleneinrichtung und der Empfangseinrichtung wenig Beachtung geschenkt. Mit Fortschritten bei integrierten Schaltungskreisen und anderen, damit verbundenen Technologien taucht ein neuer Typ einer digitalen Schnittstelle zwischen der Videoquelleneinrichtung und einer Empfangseinrichtung auf. Die Verfügbarkeit dieses Typ einer neuen digitalen Schnittstelle stellt jedoch eine andere, neue Herausforderung dar, um digitale Videoinformation zu schützen. Während im Allgemeinen ein großer Umfang von Verschlüsselungstechnologie bekannt ist, stellen die Betriebscharakteristika wie das Volumen der Daten, deren fließende Eigenschaft, die Bitrate usw. sowie die Anordnung von Rechenkapazität typischerweise in der Quelleneinrichtung und nicht in der Empfangseinrichtung eine einzigartige Zusammenstellung von Herausforderungen dar, was neue und neuartige Lösungen erfordert.
Aus der WO 99/19822 ist es bekannt, vor-autorisierte Clients zu identifizieren und ein Verräter-Erkennungssystem zum Erkennen von kompromittiert-autorisierten Clients bereitzustellen. In dieser Veröffentlichung sind alle Clients mit verteilten Autorisierungschlüsseln vor-autorisiert und es ist wünschenswert, die Verteilung solcher autorisierter Schlüssel zu vermeiden.
Die US-A-5852472 offenbart eine Art und Weise des Erstellens einer Videoverbindung zwischen einer Videoquelle und einer Videoempfangseinrichtung, wobei die Videoquelle eine Wiederverwertungs-Frame-Organisationsfunktion zum Wiederverwerten benutzter Puffer und die Videoempfangseinrichtung eine Verarbeitungs-Frame-Organisationsfunktion zum Verarbeiten empfangener Frames hat.
Die WO 99/19822 offenbart ein auf symmetrischer Verschlüsselung basierendes Verfahren zur Übertragung verschlüsselter Informationen von einer Quelle zu einer Empfangseinrichtung. Sitzungsschlüssel und verschlüsselte Daten werden zu autori sierten Clients übertragen. Nicht autorisierte Clients, die von einem autorisierten Client einen Schlüssel empfangen haben, werden durch Überwachung des Datentransfers zwischen den autorisierten und den nicht autorisierten Clients erkannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, wie es in den Patentansprüchen 1 oder 16 hierin beansprucht wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, wie sie in den Patentansprüchen 9 oder 23 hierin beansprucht wird.
Eine Videoquelleneinrichtung liefert einen Basiswert für einen symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess an eine Videoempfangseinrichtung, an die die Videoquelleneinrichtung eine Videoinformation liefern soll. Zur Übertragung zu der Videoempfangseinrichtung verschlüsselt die Videoquelleneinrichtung die Videoinformation, was die Erzeugung eines ersten Verschlüsselungsschlüssels durch funktionale Transformation des Basiswerts umfasst. Die Videoquelleneinrichtung überprüft ferner periodisch, dass die übertragene Videoinformation tatsächlich symmetrisch durch die Videoempfangseinrichtung entschlüsselt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen aber ohne Beschränkungen beschrieben, die in den angefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen und in denen
1 eine Übersicht der vorliegenden Erfindung gemäß eifern Ausführungsbeispiel darstellt;
2 einen symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess darstellt, der auf einem Verfahren zum Bereitstellen von Videoinformation von einer Quelleneinrichtung für eine Empfangseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel basiert,
3a–3b den symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess aus 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellen,
4 die Videoquellen- und empfangseinrichtung aus 1 in größerem Detail gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt,
5 die kombinierte Block/Strom-Verschlüsselung aus 4 in größerem Detail gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt,
6 den Blockschlüssel-Abschnitt aus 5 in größerem Detail gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
7 den Blockdaten-Abschnitt aus 5 in größerem Detail gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt und
8a–8c den Stromdaten-Abschnitt aus 5 in größerem Detail gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Inder folgenden Beschreibung werden verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung beschrieben, und es verschiedene Details werden dargelegt, um ein breites Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung mit nur einigen oder allen Gesichtspunkten umgesetzt werden kann und dass die vorliegende Erfindung ohne die speziellen Details umgesetzt werden kann. In anderen Beispielen können gut bekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht werden, um die vorliegende Erfindung nicht zu verschleiern.
Verschiedene Operationen werden als eine Vielzahl diskreter Schritte beschrieben, die wiederum in einer Weise durchgeführt werden, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung am hilfreichsten ist. Die Reihenfolge der Beschreibung sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, als dass sie impliziert, dass diese Operationen notwendigerweise in der Reihenfolge durchgeführt werden, in der sie dargestellt werden oder sogar reihen- folgenabhängig sind. Schließlich bezieht sich eine wiederholte Verwendung der Phrase "in einem Ausführungsbeispiel" nicht notwendigerweise auf dasselbe Ausführungsbeispiel, obwohl dies der Fall sein kann.
Nunmehr Bezug nehmend auf 1, in dem ein Blockdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, das eine Übersicht der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie dargestellt, sind eine Videoquelleneinrichtung 102 und eine Videoempfangseinrichtung 104 durch eine digitale Videoverbindung 106 miteinander verbunden Die Videoquelleneinrichtung 102 liefert über die digitale Videoverbindung 106 Videoinformation an die Videoempfangseinrichtung 104. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Videoquelleneinrichtung 102 und die Videoempfangseinrichtung 104 ausgestattet, um in der Lage zu sein, gemeinsam einen symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess auszuführen. Als Ergebnis kann Videoinformation in einer robu ster verschlüsselten digitalen Form von der Videoquelleneinrichtung 102 zu der Videoempfangseinrichtung 104 über die Videoverbindung 106 geliefert werden, was es schwieriger macht, die Videoinformation während der Übertragung zu stehlen.
Außer für die Lehren der hierin eingeschlossenen vorliegenden Erfindung, die im Folgenden detaillierter beschrieben wird, ist von der Videoquelleneinrichtung 102 und der Videoempfangseinrichtung 104 beabsichtigt, einen großen Bereich solcher Geräte darzustellen, die im Stand der Technik bekannt sind. Beispiele von Videoquelleneinrichtungen beinhalten Computer aller Größen (von Palm-Größe-Geräten zu Desktop-Geräten und jenseits davon), Set-up-Boxen oder DVD-Abspielgeräte, sind aber nicht darauf beschränkt, während Beispiele von Videoempfangseinrichtungen CRT-Monitore, Flat-Panel-Displays oder Fernseh-Geräte beinhalten, aber nicht darauf beschränkt sind. Die digitale Videoverbindung 106 kann in jeder aus einer Anzahl von mechanischen oder elektrischen Formen implementiert werden, solange sie mit den Betriebserfordernissen (d.h. Geschwindigkeit, Bitrate usw.) übereinstimmt und ein Mechanismus (der als Hardware oder über ein Protokoll verwirklicht ist) vorgesehen ist, um die Information zu steuern, die zwischen Videoquellen- und empfangseinrichtung 102 und 104 (im Folgenden einfach Quellen- bzw. Empfangseinrichtung) ausgetauscht werden soll.
2 stellt eine Übersicht über das Verfahren zum Liefern von Videoinformation von einer Quelleneinrichtung zu einer Empfangseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel dar, das auf dem symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess basiert. In diesem Ausführungsbeispiel wird von der Quellen- und der Empfangseinrichtung 102 und 104 angenommen, dass sie beide mit einem Array von privaten Schlüsseln und einer komplementären Kennzeichnung durch eine Zertifizierungseinrichtung versehen sind. Wie dargestellt liefert die Quelqq leneinrichtung 102 nach dem Anschalten oder nach einem Reset einen Basiswert für den symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess an die Empfangseinrichtung 104 (Block 202). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Basiswert eine Zufallszahl (An). An kann gemäß einer aus einer Anzahl von Techniken, die im Stand der Technik bekannt sind, erzeugt werden. Zusätzlich liefert die Quelleneinrichtung 102 ebenfalls seine Kennzeichnung (Ak) an die Empfangseinrichtung 104 (Block 202). Als Antwort liefert die Empfangseinrichtung 104 seine Kennzeichnung (Bk) zurück (Block 203). Nach dem Austausch der obigen Information erzeugen die Quelleneinrichtung und die Empfangseinrichtung 102 und 104 unabhängig voneinander deren entsprechende Kopien eines Berechtigungsschlüssels (Km), wobei Ak und Bk verwendet werden (Block 204 und 205). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt die Quelleneinrichtung 102 ihre Kopie von Km durch Aufsummieren von privaten Schlüsseln ihres vorgesehenen Arrays, der durch Bk indiziert ist, während die Empfangseinrichtung 104 ihre Kopie von Km durch Aufsummieren privater Schlüssel ihres vorgesehenen Arrays erzeugt, der durch Ak indiziert ist. Zu diesem Zeitpunkt, wenn sowohl die Quelleneinrichtung 102 als auch die Empfangseinrichtung 104 autorisierte Einrichtungen sind, besitzen sie beide und Teilen einen gemeinsamen geheimen Berechtigungsschlüssel Km.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Quelleneinrichtung 102 und die Empfangseinrichtung 104 vorher mit einem Array von 40 56-Bit-Privat-Schlüsseln durch die Zertifizierungseinrichtung versehen. An ist eine 64-Bit-Zufallszahl und Km ist 56-Bit lang.
Wenn eine mit einer Berechtigung versehene Empfangseinrichtung 104 vorliegt, verschlüsselt die Quelleneinrichtung 102 Videoinformation in eine verschlüsselte Form, bevor die Videoinformation an die Empfangseinrichtung 104 übertragen wird.
Die Quelleneinrichtung 102 verschlüsselt die Videoinformation unter Verwendung eines symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozesses und verwendet die Zufallszahl (An) sowie den unabhängig erzeugten Berechtigungsschlüssel (Km) (Block 206). Nach Empfang der Videoinformation in verschlüsselter Form entschlüsselt die Empfangseinrichtung 104 die verschlüsselte Videoinformation, wobei derselbe symmetrische Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess angewandt wird und wobei der gelieferte An-Wert sowie ihre unabhängig erzeugte Kopie von Km verwendet wird (Block 207).
Gemäß der vorliegenden Erfindung leitet die Quelleneinrichtung 102 als einen integralen Teil des Verschlüsselns von Videoinformation einen Satz von Verifikationsreferenzwerten in eine vorbestimmten Weise ab (Block 208). In ähnlicher Weise leitet die Empfangseinrichtung 104 ebenfalls als einen integralen Teil des symmetrischen Entschlüsselns von Videoinformation einen Satz von Verifikationswerten auf eine vorbestimmte Weise ab und sendet diese abgeleiteten Verifikationswerte an die Quelleneinrichtung 102 (Block 209). Nach Empfang jeder dieser Verifikationswerte vergleicht die Quelleneinrichtung 102 den empfangenen Verifikationswert mit dem Entsprechenden der Verifikationsreferenzwerte, um zu bestimmen und zu bestätigen, dass die verschlüsselte Videoinformation tatsächlich in geeigneter Weise durch die Empfangseinrichtung 104 entschlüsselt worden ist (Block 210).
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugen sowohl die Quelleneinrichtung 102 als auch die Empfangseinrichtung 104 die Verifikationsreferenz- und Verifikationswerte kontinuierlich, aber die Verifikationswerte werden von der Empfangseinrichtung 104 an die Quelleneinrichtung 102 periodisch nach vorgegebenen Intervallen geliefert.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Verifikationsreferenz- und Verifikationswerte alle 64-Bit lang, und die Empfangseinrichtung 104 liefert der Quelleneinrichtung 102 Verifikationswerte bei der Initialisierung und bei jedem 64sten Rahmen danach.
Die 3a–3b stellen den symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess gemäß einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail dar. In diesem Ausführungsbeispiel wird von der Videoinformation angenommen, eine Multi-Rahmen-Videoinformation zu sein, wobei jeder Rahmen eine Vielzahl von Linien von Videoinformation hat. Zwischen zwei Linien eines Rahmens gibt es ein Intervall, um einer Empfangseinrichtung zu erlauben, selbst horizontal "nachzuziehen", was im Allgemeinen als das horizontale Nachziehintervall oder horizontale Blanking-Intervall (HBI) bekannt ist. In ähnlicher Weise ist zwischen zwei Rahmen ein Intervall, um einer Empfangseinrichtung zu erlauben, selbst vertikal "nachzuziehen", was im Allgemeinen als das vertikale Nachziehintervall oder vertikale Blanking-Intervall (VBI) bekannt ist.
Die Quelleneinrichtung 102 erzeugt zuerst einen Session-Schlüssel (Ks) für die Übertragungssession (Block 302). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird Ks durch Blockverschlüsselung der oben erwähnten Zufallszahl An erzeugt, wobei der Berechtigungsschlüssel Km als der Blockverschlüsselungsschlüssel verwendet wird, was C1 Takte angewandt wird. Die Dauer einer Übertragungssession ist anwendungsabhängig. Typischerweise entspricht sie einer natürlichen Begrenzung der Videoinformation, z.B. die Übertragung des einzelnen Films kann eine Übertragungssession darstellen oder stattdessen kann die Übertragung einer Folge einer Serie eine Übertragungssession darstellen.
Nach der Erzeugung des Session-Schlüssels Ks erzeugt die Quelleneinrichtung 102 eine Anfangsversion einer zweiten Zufallszahl (M0) (Block 304). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt die Quelleneinrichtung 102 zuerst eine Pseudozufallsbitfolge (mit p Bits pro Takt), wobei eine Stromverschlüsselung mit der oben beschriebenen Zufallszahl An und dem Sessions-Schlüssel Ks (in zwei Rollen, als eine andere eingegebene Zufallszahl und als der Stromverschlüsselungsschlüssel) verwendet wird, was C2 Takte angewandt wird. Die Quelleneinrichtung 102 leitet M0 aus der Pseudozufallsbitfolge ab, wenn die Bitfolge erzeugt worden ist.
Als Nächstes erzeugt die Quelleneinrichtung 112 einen Rahmenschlüssel (Ki) für den nächsten Rahmen (Block 306). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird Ki durch Blockverschlüsselung einer unmittelbar vorhergehenden Version der zweiten Zufallszahl Mi-1 erzeugt, wobei der Session-Schlüssel Ks als Blockverschlüsselungsschlüssel verwendet wird, was C3 Takte angewandt wird. Dies bedeutet, dass für den ersten Rahmen, Frame-1, der Rahmenschlüssel K1 durch Blockverschlüsselung der oben beschriebenen Anfangsversion der zweiten Zufallszahl M0 erzeugt wird, wobei Ks verwendet wird, was C3 Takte angewandt wird. Zusätzlich wird diese Operation in der Folge bei jedem vertikalen Blanking-Intervall für den dann nächsten Rahmen, Frame-2, Frame-3 usw. wiederholt.
Nach Erzeugung des Rahmenschlüssels Ki erzeugt die Quelleneinrichtung 102 die aktuelle Version der zweiten Zufallszahl (Mi) (Block 303). Für das dargestellte Ausführungsbeispiel erzeugt die Quelleneinrichtung 102 zuerst eine Pseudozufallsbitfolge (mit p Bit pro Takt), wobei eine Stromverschlüsselung mit der vorhergehenden Version der zweiten Zufallszahl Mi-1 und dem Rahmenschlüssel Ki (in zwei Rollen, als eine andere Eingabezufallszahl und als der Stromverschlüsselungsschlüssel) verwendet werden, was C4 Takte angewandt wird. Die Quellenein richtung 102 leitet Mi aus der Pseudozufallsbitfolge ab, wenn die Bitfolge erzeugt wird.
Nach Erzeugung der aktuellen Version der zweiten Zufallszahl Mi erzeugt die Quelleneinrichtung 102 wieder eine Pseudozufallsbitfolge (mit p Bit pro Takt), um den Rahmen zu verschlüsseln (Block 308). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt die Quelleneinrichtung 102 die Pseudozufallsbitfolge unter Verwendung einer Stromverschlüsselung mit einer unmittelbar vorhergehenden Version der zweiten Zufallszahl Mi-1 und dem Rahmenschlüssel Ki (in zwei Rollen, als eine andere Eingabezufallszahl und als der Stromverschlüsselungsschlüssel), was 05 Taktzyklen angewandt wird. Die Videoinformation wird verschlüsselt durch Ausführen einer Exklusiv-ODER-Operation (XOR-Operation) an dem Videostrom und der Pseudozufallsbitfolge. Die Pseudozufallsbitfolge wird vorzugsweise mit einer Rate erzeugt, die ausreichend ist, ein Pixel eines RGB-Signals pro Takt zu verschlüsseln. Daher ist 05 gleich der Anzahl von Bits pro Pixel multipliziert mit der Anzahl von Pixeln pro Linie sowie der Anzahl von Linien pro Rahmen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Stromverschlüsselung, die aufeinanderfolgend Mi und Ki im Verlauf der Erzeugung der Pseudozufallsbitfolge umformt, verwendet. Zusätzlich wird die Robustheit der verschlüsselten Videoinformation weiter durch Erhöhen der Unvorhersagbarkeit der Pseudozufallsbitfolge durch nachfolgende Modifikation des dann aktuellen Zustandes von Ki bei den horizontalen Blanking-Intervallen des Rahmens verstärkt (Block 310).
In die Empfangseinrichtung 104 erzeugt diese in ähnlicher Weise zuerst einen Session-Schlüssel (Ks) für die Übertragungs-Session (Block 312). Nach Erzeugung des Session-Schlüssels Ks, erzeugt die Empfangseinrichtung 104 eine Anfangsversion der zweiten Zufallszahl (M0) (Block 314). Als Nächstes erzeugt die Empfangseinrichtung 104 den Rahmenschlüssel (Ki) und die zweite Zufallszahl (Mi) für den nächsten Rahmen (316). Diese Operation wird in ähnlicher Weise aufeinanderfolgend bei jedem vertikalen Blanking-Intervall für den dann nächsten Rahmen wiederholt. In der Zwischenzeit erzeugt die Empfangseinrichtung 104 nach Erzeugung von jedem Rahmenschlüssel Ki und Mi entsprechende Pseudozufallsbitfolgen, um den Rahmen zu entschlüsseln (Block 318). Die verschlüsselte Videoinformation wird durch Ausführen einer Exklusiv-ODER-Operation (XOR-Operation) an dem Videostrom und der entsprechenden Pseudozufallsbitfolge durchgeführt. Die Empfangseinrichtung 104 wendet ebenfalls eine Stromverschlüsselung an, die aufeinanderfolgend Mi und Ki im Verlauf des Erzeugens der Pseudozufallsbitfolge umwandelt. Des Weiteren wird Ki aufeinanderfolgend bei den horizontalen Blanking-Intervallen des Rahmens verändert (Block 320). Ki, die Pseudozufallsbitfolge und Mi werden symmetrisch erzeugt, wie zuvor für die Quelleneinrichtung 102 beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel haben Ks und jedes Ki beide eine Länge von 84-Bit. C1 und C3 sind beide 48 Takte lang. Jedes Pixel hat 24 Bit, und die Pseudozufallsbitfolge wird mit 24 Bit pro Takt erzeugt. Jedes Mi hat eine Länge von 64-Bit, C3 und C4 haben eine Länge von 56 Takten. Jedes 64-Bit große Mi wird durch Aneinanderhängen der "unteren" 16-Bitstromverschlüsselungsausgabe von jedem der letzten vier Takte gebildet.
Demgemäß kann die Videoinformation vorteilhafterweise in verschlüsselter Form mit vergrößerter Robustheit von der Quelleneinrichtung 102 zu der Empfangseinrichtung 104 über die Verbindung 106 mit reduziertem Diebstahlrisiko übertragen werden.
4 stellt Videoquellen- und Empfangseinrichtungen aus 1 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail dar. Wie dargestellt, enthalten die Videoquelleneinrichtung 102 und die Empfangseinrichtung 104 Schnittstellen 108a und 108b, die an den entsprechenden Enden der Verbindung 106 angeordnet sind. Jede der Schnittstelle 108a und 108b ist vorteilhafterweise mit einer Verschlüsselungseinrichtung 110 gemäß der vorliegenden Erfindung und einem XOR 112 versehen, um das Verfahren zum Videoinformationsschutz gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben durchzuführen. Zusätzlich ist die Schnittstelle 108a ferner der Einfachheit der Darstellung halber dargestellt, als sei sie mit einem separaten Zufallszahlengenerator 114 versehen. Mit Ausnahme der Schnittstellen 108a und 108b sind die Videoquelleneinrichtung 102 und die Empfangseinrichtung 104 ferner vorgesehen, eine breite Kategorie dieser Einrichtungen, die in dem Stand der Technik bekannt sind, darzustellen.
Der Zufallszahlengenerator 114 wird verwendet, um die vorher beschriebene Zufallszahl An zu erzeugen. Der Zufallszahlengenerator 114 kann als Hardware oder Software in jeder aus einer Anzahl von Ausführungen implementiert werden, die im Stand der Technik bekannt sind. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Verschlüsselungseinrichtung 110 ebenfalls verwendet werden, um An zu erzeugen, wie der Fachmann der folgenden Beschreibung entnehmen kann, ohne die Verwendung eines separaten Zufallszahlengenerators.
Die Verschlüsselungseinheit 110 ist eine neuartige kombinierte Block/Stromverschlüsselungseinheit, die in der Lage ist, entweder in einer Blockbetriebsart oder einer Strombetriebsart betrieben zu werden. Um das Verfahren zum Schutz von Videoinformation gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen, wird die Verschlüsselungseinheit 110 in der Block-Betriebsart verwendet, um den oben beschriebenen Session Schlüssel Ks und die Rahmenschlüssel Ki zu erzeugen, und in der Strom-Betriebsart, um die Pseudozufallsbitfolgen für die verschiedenen Rahmen zu erzeugen (und indirekt Mi, da sie aus den entsprechenden Bitfolgen abgeleitet werden).
In der Quelleneinrichtung 102 wird der XOR 112 verwendet, um die Videoinformation zu verschlüsseln, wobei sie mit der Pseudozufallsbitfolge, die von der Verschlüsselungseinheit 110 erzeugt worden ist, an der Schnittstelle 108a kombiniert wird. Geht man zu der Empfangseinrichtung 104 über, wird der XOR 112 verwendet, um die verschlüsselte Videoinformation zu entschlüsseln, wobei sie mit der Pseudozufallsbitfolge kombiniert wird, die durch die Verschlüsselungseinheit 110 an der Schnittstelle 108b erzeugt worden ist.
5 stellt die kombinierte Block/Strom-Verschlüsselungseinheit aus 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail dar. Wie dargestellt, umfasst die kombinierte Block/Strom-Verschlüsselungseinheit 110 einen Block-Schlüssel-Abschnitt 502, einen Datenabschnitt 504, einen Strom-Schlüssel-Abschnitt 506 und einen Abbildungsabschnitt 508, die miteinander verbunden sind. Der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 und der Datenabschnitt 504 werden sowohl in der Block-Betriebsart als auch in der Strom-Betriebsart verwendet, während der Strom-Schlüssel-Abschnitt 506 und der Abbildungsabschnitt 508 nur in der Strom-Betriebsart verwendet werden.
Kurz gefasst, wird in der Block-Betriebsart der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 mit einem Blockverschlüsselungsschlüssel versehen, beispielsweise der zuvor beschriebene Berechtigungsschlüssel Km oder der Session-Schlüssel Ks, während der Datenabschnitt 504 mit dem Fließtext versehen wird, beispielsweise die vorher beschriebene Zufallszahl An oder die abgeleitete Zufallszahl Mi-1. Das "Rekeying enable"-Signal wird in einen "abgeschalteten" Zustand gesetzt, wobei der Block- Schlüssel-Abschnitt 502 von dem Strom-Schlüssel-Abschnitt 506 betriebsmäßig entkoppelt wird. Während jedes Taktzyklus werden sowohl der Blockverschlüsselungsschlüssel als auch der Fließtext umgewandelt. Der Blockverschlüsselungsschlüssel wird unabhängig umgewandelt, während die Umwandlung des Fließtextes abhängig ist von der Umwandlung, die an dem Blockverschlüsselungsschlüssel durchgeführt wird. Nach einer gewünschten Anzahl von Taktzyklen wird der bereitgestellte Fließtext in verschlüsselten Text umgewandelt. Für das zuvor beschriebene Verfahren zum Schutz von Videoinformation wird das verschlüsselte An ausgelesen und als der Session-Schlüssel Ks verwendet, wenn der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 mit Km versehen wird und der Datenabschnitt 504 mit dem An versehen wird. Wenn der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 mit Ks versehen wird und der Datenabschnitt 504 mit dem Mi-1 versehen wird, wird das verschlüsselte Mi-1 ausgelesen und als der Rahmenschlüssel Ki verwendet.
Um den verschlüsselten Fließtext zu entschlüsseln, werden der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 und der Datenabschnitt 504 in ähnlicher Weise verwendet, wie es oben beschrieben wurde, um die zwischenzeitlichen "Schlüssel" zu erzeugen, die weggespeichert werden (in Speicherplätzen, die nicht dargestellt sind). Die gespeicherten, zwischenzeitlichen "Schlüssel" werden dann auf den verschlüsselten Text in umgekehrter Reihenfolge angewendet, was zu dem Entschlüsseln des verschlüsselten Textes zurück in ursprünglichen Fließtext führt. Ein anderer Ansatz zum Entschlüsseln des verschlüsselten Textes wird beschrieben, nachdem der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 und der Datenabschnitt 504 weiter gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, wobei Bezug auf 6–7 genommen wird.
In der Strom-Betriebsart wird der Strom-Schlüssel-Abschnitt 506 mit einem Strom-Verschlüsselungsschlüssel versehen, beispielsweise der zuvor beschriebene Session-Schlüssel Ks oder der Rahmenschlüssel Ki. Der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 und der Datenabschnitt 504 werden mit Zufallszahlen versehen, beispielsweise die zuvor beschriebenen Session/Rahmen-Schlüssel Ks/Ki und die abgeleiteten Zufallszahlen Mi-1. Das "Rekeying enable"-Signal wird auf einen "eingeschalteten" Zustand gesetzt, wobei der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 mit dem Strom-Schlüsselabschnitt 506 betriebsmäßig verbunden wird. Periodisch bei vorbestimmten Intervallen, beispielweise die zuvor beschriebenen horizontalen Blanking-Intervalle, wird der Strom-Schlüssel-Abschnitt 506 verwendet, um einen oder mehrere Datenbits zu erzeugen, um dynamisch den dann aktuellen Zustand der Zufallszahl, die in dem Block-Daten-Abschnitt 502 gespeichert ist, zu verändern. Während jedes Taktzyklus zwischen den vorbestimmten Intervallen werden sowohl die Zufallszahl, die in dem Block-Schlüsselabschnitt 502 gespeichert ist, als auch der Datenabschnitt 502 umgewandelt. Die Zufallszahl, mit der der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 versehen wird, wird unabhängig umgewandelt, während die Umwandlung der Zufallszahl, mit der der Datenabschnitt 504 versehen ist, abhängig ist von der Umwandlung, die in dem Block-Schlüssel-Abschnitt 502 durchgeführt wird. Der Aufzeichnungsblock 506 fragt einen Teilabschnitt von jedem der neu umgewandelten Zustände der Zufallszahlen ab und reduziert diese, um ein Bit der Pseudozufallsbitfolge zu erzeugen. Somit wird in einer gewünschten Anzahl von Taktzyklen eine Pseudozufallsbitfolge einer gewünschten Länge erzeugt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann wegen der Verwendung des "Rekeying enable"-Signals der Strom-Schlüssel-Abschnitt 506 sogar während der Block-Betriebsart in Betrieb bleiben, da seine Ausgaben effektiv durch das "Rekeying enable"-Signal (das in einen "disabled"-Zustand gesetzt ist) verworfen werden.
6 stellt den Block-Schlüssel-Abschnitt aus 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail dar. Wie dargestellt, umfasst der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 Register 602a–602c, Austauschkästen 604 und eine lineare Umwandlungseinheit 606. In der Block-Betriebsart werden die Register 602a–602c gemeinsam auf einen Blockverschlüsselungsschlüssel initialisiert, z.B. den Berechtigungsschlüssel Km oder den Session-Schlüssel Ks. In der Strom-Betriebsart werden die Register 602a–602c gemeinsam auf eine Zufallszahl initialisiert, z.B. den Session-Schlüssel Ks oder den Rahmenschlüssel Ki. Bei jedem Durchlauf verändern die Austauschboxen 604 und die lineare Umwandlungseinheit 606 den Inhalt der Register 602a–602c. Insbesondere erhalten die Austauschboxen 604 den Inhalt des Registers 602a, verändern ihn und speichern dann den ausgetauschten Inhalt in das Register 602c. In ähnlicher Weise erhält die lineare Umwandlungseinheit 606 den Inhalt der Register 602b und 602c, wandelt diesen linear um und speichert dann in entsprechender Weise den linear umgewandelten Inhalt in die Register 602a und 602b.
Die Austauschboxen 604 und die lineare Umwandlungseinheit 606 können in einer Vielzahl von Möglichkeiten gemäß gut bekannten kryptographischen Prinzipien implementiert werden. Eine spezielle Implementation ist in größerem Detail nach der Beschreibung von 7 angegeben.
7 stellt den Block-Daten-Abschnitt aus 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail dar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Datenabschnitt 504 in ähnlicher Weise aufgebaut wie der Block-Schlüssel-Abschnitt 502, außer dass die lineare Umwandlungseinheit 706 ebenfalls den Inhalt des Registers 602b berücksichtigt, wenn die Inhalte der Register 702b–702c umgewandelt werden. In der Block-Betriebsart werden die Register 702a–702c gemeinsam mit dem Target-Fließtext initialisiert, z.B. die zuvor beschriebene Zufallszahl An oder die abgeleitete Zufallszahl Mi-1. In der Strom-Betriebsart werden die Register 702a–702c gemeinsam mit einer Zufallszahl initialisiert. Bei jedem Durchlauf verändern die Austauschboxen 704 und die lineare Umwandlungseinheit 706 den Inhalt der Register 702a–702c, wie zuvor für den Block-Schlüsselabschnitt 502 beschrieben mit Ausnahme der zuvor angegebenen Unterschiede.
Wiederum können die Austauschboxen 604 und die lineare Umwandlungseinheit 606 in einer Vielzahl von Möglichkeiten gemäß gut bekannten kryptrographischen Prinzipien implementiert werden.

In einer Implementation für das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist jedes Register 602a, 602b, 602c, 702a, 702b, 702c 28-Bit breit. [Immer dann, wenn die Register 602a–602c oder 702a–702cb gemeinsam mit einem Schlüsselwert oder einer Zufallszahl mit weniger als 84-Bits initialisiert werden, werden die Bitnummern kleiner als 84 auf die Bitstellungen mit niedriger Nummer initialisiert, wobei die Bitstellungen höherer Nummer mit Nullen gefüllt werden.] Zusätzlich ist jeder Satz von Austauschboxen 604 oder 704 mit sieben 4-Eingabe- mal 4-Ausgabe-Austauschboxen versehen. Jede lineare Umwandlungseinheit 606 oder 706 liefert 56 Ausgabewerte durch Kombination der Ausgaben von 8 Diffusionsnetzwerken (von denen jedes sieben Ausgaben erzeugt). Insbesondere wird die Betriebsweise der Austauschboxen 604/704 und der linearen Umwandlungseinheit 606/706 durch die vier folgenden Tabellen bestimmt. Für die Austauschboxen 604/704 ist die I-te Eingabe in Box J das (I·7+J)-te Bit des Registers 602a/702a, und die I-te Ausgabe der Box J geht an das (I·7+J)-te Bit des Registers 602c/702c. [Das Bit 0 ist das am wenigstens signifikante Bit.] Für jedes Diffusionsnetzwerk (lineare Umwandlungseinheit 606 sowie 706) sind die Eingaben im Allgemeinen mit I0–I6 bezeichnet, und die Ausgaben sind mit O0–O6 bezeichnet. Die zusätzlichen Eingaben für jedes Diffusionsnetzwerk der linearen Umwandlungseinheit 706 sind mit K0–K6 bezeichnet.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
SK	8	14	5	9	3	0	12	6	1	11	15	2	4	7	10	13
Sk	1	6	4	15	8	3	11	5	10	0	9	12	7	13	14	2
SK	13	11	8	6	7	4	2	15	1	12	14	0	10	3	9	5
SK	0	14	11	7	12	3	2	13	15	4	8	1	9	10	5	6
SK	12	7	15	8	11	14	1	4	6	10	3	5	0	9	13	2
SK	1	12	7	2	8	3	4	14	11	5	0	15	13	6	10	9
SK	10	7	6	1	0	14	3	13	12	9	11	2	15	5	4	8
SB	12	9	3	0	11	6	13	6	2	4	14	7	8	15	1	10
SB	3	6	14	1	5	2	11	13	10	4	9	7	6	15	12	0
SB	7	4	1	10	11	13	14	3	12	15	6	0	2	8	9	5
SB	6	3	1	4	10	12	15	2	5	14	11	8	9	7	0	13
SB	3	6	15	12	4	1	9	2	5	8	10	7	11	13	0	14
SB	11	14	6	8	5	2	12	7	1	4	15	3	10	13	9	0
SB	1	11	7	4	2	5	12	9	13	6	8	15	14	0	3	10

Tabelle I – Ersetzungen, die durch jede der sieben Teil-Austauschboxen der Austauschboxen 604/704 durchgeführt werden.

	Diffusionsnetzwerk-Logikfunktion
O₀	K₀ ⊕ I₁ ⊕ I₂ ⊕ I₃ ⊕ I₄ ⊕ I₅ ⊕ I₆
O₁	K₁ ⊕ I₀ ⊕ I₂ ⊕ I₃ ⊕ I₄ ⊕ I₅ ⊕ I₆
O₂	K₂ I₃ ⊕ I₄ ⊕ I₅ ⊕ I₆
O₃	K₃ ⊕ I₀ ⊕ I₁ ⊕ I₂ ⊕ I₄ ⊕ I₅ ⊕ I₆
O₄	K₄ ⊕ I₀ ⊕ I₁ ⊕ I₂ ⊕ I₃ ⊕ I₅ ⊕ I₆
O₅	K₅ ⊕ I₀ ⊕ I₁ ⊕ I₂ ⊕ I₃ ⊕ I₄ ⊕ I₆
O₆	K₆ ⊕ I₀ ⊕ I₁ ⊕ I₂ ⊕ I₃ ⊕ I₄ ⊕ I ⊕ I₆

	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	K8
I₀	Kz0	Ky0	Ky4	Ky8	Ky12	Ky16	Ky20	Ky24
I₁	Kz1	Ky1	Ky5	Ky9	Ky13	Ky17	Ky21	Ky25
I₂	Kz2	Ky2	Ky6	Ky10	Ky14	Ky18	Ky22	Ky26
I₃	Kz3	Ky3	Ky7	Ky11	Ky15	Ky19	Ky23	Ky27
I₄	Kz4	Kz7	Kz10	Kz13	Kz16	Kz19	Kz22	Kz25
I₅	Kz5	Kz8	Kz11	Kz14	Kz17	Kz20	Kz23	Kz26
I₆	Kz6	Kz9	Kz12	Kz15	Kz18	Kz21	Kz24	Kz27
O₀	Kx0	Ky0	Ky1	Ky2	Ky3	Kx7	Kx8	Kx9
O₁	Kx1	Ky4	Ky5	Ky6	Ky7	Kx10	Kx11	Kx12
O₂	Kx2	Ky8	Ky9	Ky10	Ky11	Kx13	Kx14	Kx15
O₃	Kx3	Ky12	Ky13	Ky14	Ky15	Kx16	Kx17	Kx18
O₄	Kx4	Ky16	Ky17	Ky18	Ky19	Kx19	Kx20	Kx21
O₅	Kx5	Ky120	Ky21	Ky22	Ky23	Kx22	Kx23	Kx24
O₆	Kx6	Ky24	Ky25	Ky26	Ky27	Kx25	Kx26	Kx27

Tabellen II und III – Diffusionsnetzwerke für lineare Umwandlungseinheit 606/706 (Fortsetzung in Tabelle IV).

	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7	B8
I₀	Bz0	By0	By4	By8	By12	By16	By20	By24
I₁	Bz1	By1	By5	By9	By13	By17	By21	By25
I₂	Bz2	By2	By6	By10	By14	By18	By22	By26
I₃	Bz3	By3	By7	By11	By15	By19	By23	By27
I₄	Bz4	Bz7	Bz10	Bz13	By16	Bz19	Bz22	Bz25
I₅	Bz5	Bz8	Bz11	Bz14	Bz17	Bz20	Bz23	Bz26
I₆	Bz6	Bz9	Bz12	Bz15	Bz18	Bz21	Bz24	Bz27
K₀	Ky0	-	-	-	-	Ky7	Ky14	Ky21
K₁	Ky1	-	-	-	-	Ky8	Ky15	Ky22
K₂	Ky2	-	-	-	-	Ky9	Ky16	Ky23
K₃	Ky3	-	-	-	-	Ky10	Ky17	Ky24
K₄	Ky4	-	-	-	-	Ky11	Ky18	Ky25
K₅	Ky5	-	-	-	-	Ky12	Ky19	Ky26
K₆	Ky6	-	-	-	-	Ky13	Ky20	Ky27
O₀	Bx0	By0	By1	By2	By3	Bx7	Bx8	Bx9
O₁	Bx1	By4	By5	By6	By7	Bx10	Bx11	Bx12
O₂	Bx2	By8	By9	By10	By11	Bx13	Bx14	Bx15
O₃	Bx3	By12	By13	By14	By15	Bx16	Bx17	Bx18
O₄	Bx4	By16	By17	By18	By19	Bx19	Bx20	Bx21
O₅	Bx5	By20	By21	By22	By23	Bx22	Bx23	Bx24
O₆	Bx6	By24	By25	By26	By27	Bx25	Bx26	Bx27

Tabelle IV – Diffusionsnetzwerke für lineare Umwandlungseinheit 606/706 (Fortsetzung von Tabellen II & III).

Nunmehr zurückkommend auf 5 ist zu berücksichtigen, dass ein verschlüsselter Text durch Erzeugung der Zwischen-"Schlüssel" und der Anwendung dieser rückwärts entschlüsselt werden kann. Alternativ kann in einem Ausführungsbeispiel, wo entweder die Umkehrung der Austauschboxen 604/704 und der linearen Umwandlungseinheiten 606/706 enthalten ist oder wo sie dynamisch neu aufgebaut werden kann, um in umgekehrter Weise zu arbeiten, der verschlüsselte Text wie folgt entschlüsselt werden. Zuerst wird der Verschlüsselungsschlüssel, der verwendet wird, um den Fließtext zu verschlüsseln, in den Block-Schlüssel-Abschnitt 502 geladen, und der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 läuft durch R-1-Umläufe weiter, d.h. einen Umlauf kürzer als die Anzahl von Umläufen (R), die angewandt wird, um den Fließtext zu verschlüsseln. Nach den anfänglichen R-1 Umläufen wird der verschlüsselte Text in den Datenabschnitt 504 geladen und beide Abschnitte, Block-Schlüssel-Abschnitt 502 und Datenabschnitt 504, werden "rückwärts" betrieben, d.h. die Austauschboxen 605/704 und die linearen Umwandlungseinheiten 606/706 wenden die umgekehrten Ersetzungen bzw. linearen Umwandlungen an.
Die 8a–8c stellen den Strom-Schlüssel-Abschnitt aus 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail dar. Wie in 8a dargestellt, umfasst der Strom-Schlüsselabschnitt 506 eine Anzahl von linearen Rückkopplungsverschieberegistern (LFSRs) 802 und eine Kombinierfunktion 804, die wie dargestellt miteinander verbunden sind. Die LFSRs 802 werden gemeinsam mit einem Stromverschlüsselungsschlüssel initialisiert, beispielsweise dem zuvor beschriebenen Rahmenschlüssel Ki. Während des Betriebs wird der Stromverschlüsselungsschlüssel aufeinanderfolgend durch die LFSRs 802 verschoben. Ausgewählte Ausgaben werden aus den LFSRs 802 entnommen, und die Kombinierfunktion 804 wird verwendet, um die ausgewählten Ausgaben zu kombinieren. In der Strom-Betriebsart (unter der "Rekeying" ermöglicht wird) wird das kombinierte Ergebnis verwendet, um einen dann aktuellen Zustand eines Blockverschlüsselungsschlüssels in dem Block-Schlüssel-Abschnitt 502 zu verändern.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden vier LFSRs mit unterschiedlicher Länge verwendet Drei Sätze von Ausgaben werden aus den vier LFSRs genommen. Die Polynome, die durch den LFSR dargestellt werden, und die Bit-Positionen der drei Sätze von LFSR-Ausgaben sind durch die folgende Tabelle gegeben:

LFSR	Polynom	Kombinierfunktionsabgriff
		0	1	2
3	x¹⁷ + x¹⁵ + x¹¹ + x⁵ + 1	6	12	17
2	x¹⁶ + x¹⁵ + x¹² + x⁶ + x⁷ + x⁵ + 1	6	10	16
1	x¹⁴ + x¹¹ + x¹⁰ + x⁷ + x⁶ + x⁴ + 1	5	9	14
0	x¹³ + x¹¹ + x⁹ + x⁶ + 1	4	8	13

Tabelle V – Polynome der LFSRs und Abgriffpositionen.

Das kombinierte Ergebnis wird aus dem dritten Satz von LFSR-Ausgaben erzeugt, wobei der erste und der zweite Satz von LFSR-Ausgaben als Daten bzw. Steuereingaben für die Kombinierfunktion 802 verwendet werden. Der dritte Satz von LFSR-Ausgaben wird in ein einzelnes Bit kombiniert. In der Strom-Betriebsart (in der "Rekeying" eingeschaltet ist) wird das kombinierte einzelne Bit dann verwendet, um dynamisch ein vorbestimmtes Bit eines dann aktuellen Zustandes eines Blockverschlüsselungsschlüssels in dem Block-Schlüssel-Abschnitt 502 zu verändern.
8b stellt die Kombinierfunktion 804 gemäß einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail dar. Wie dargestellt, umfasst die Kombinierfunktion 804 ein Shuffle-Netzwerk 806 und XORs 808a–808b, die in Reihe miteinander verbunden sind, und LFSRs 802 wie dargestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Shuffle-Netzwerk 806 vier binäre Shuffle-Einheiten 810a–810d, die in Reihe miteinander verbunden sind, wobei die erste und die letzte binäre Shuffle-Einheit 810a und 810d mit XOR 808a bzw. 808b verbunden sind. XOR 808a nimmt die erste Gruppe von LFSR-Ausgaben und kombiniert sie zu einer einzelne Biteingabe für das Shuffle-Netzwerk 806. Die binären Shuffle-Einheiten 810a–810d leiten die Ausgabe des XOR 808a in Reihe weiter und mischen diese. Die zweite Gruppe von LFSR-Ausgaben wird verwendet, um das Mischen bei Entsprechenden der binären Shuffle-Einheiten 810a–810d zu steuern. Der XOR 808b kombiniert den dritten Satz von LFSR-Ausgaben mit der Ausgabe der letzten binären Shuffle-Einheit 810d.
8c stellt eine binäre Shuffle-Einheit 810* (wobei * eines aus a–d ist) gemäß einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail dar. Jede binäre Shuffle-Einheit 810* umfasst zwei Flip-Flops 812a und 812b und eine Anzahl von Selektoren 814a– 814c, die wie dargestellt miteinander verbunden sind. Die Flip-Flops 812a und 812b werden verwendet, um zwei Zustandswerte (A, B) zu speichern. Jeder Selektor 814a, 814b oder 814c empfängt eine Entsprechende der zweiten Gruppe von LFSR-Ausgaben als sein Steuerungssignal. Die Selektoren 814a–814b empfangen ebenfalls die Ausgabe des XOR 808a oder einer unmittelbar vorhergehenden Shuffle-Einheit 810* als Eingabe. Die Selektoren 814a–814b sind mit den Flip-Flops 812a–812b verbunden, um einen der zwei gespeicherten Zustandswerte auszugeben und um die gespeicherten Werte gemäß dem Zustand des ausgewählten Signals zu mischen sowie zu verändern. Insbesondere in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gibt die binäre Shuffle-Einheit 810*, wenn die gespeicherten Zustandswerte (A, B) sind und die eingegebenen und ausgewählten Werte (D, S) sind, A aus und speichert (B, D) wenn der Wert von S "0" ist. Die binäre Shuffle-Einheit 810* gibt B aus und speichert (D, A) wenn der Wert von S "1" ist.

Nun zurückkommend auf 5 erzeugt die Aufzeichnungsfunktion 508, wie dargestellt und zuvor beschrieben, die Pseudozufallsbitfolge basierend auf den Inhalten von ausgewählten Registern des Block-Schlüssel-Abschnitts 502 und des Datenabschnitts 504. In einem Ausführungsbeispiel, wo der Block-Schlüssel-Abschnitt 502 und der Datenabschnitt 504 gemäß den entsprechenden Ausführungsbeispielen, die in 6–7 dargestellt sind, implementiert sind, erzeugt die Aufzeichnungsfunktion 508 die Pseudozufallsbitfolge mit 24 Bit pro Takt basierend auf den Inhalten von Registern (Ky und Kz) 602b–602c und (By und Bz) 702b–702c. Insbesondere wird jedes der 24 Bits durch Ausführen der XOR-Operation an neun Termen gemäß der folgenden Formel erzeugt:
(B0•K0) ⊕ (B1•KI) ⊕ (B2•K2) ⊕ (B3•K3) ⊕ (B4•K4) ⊕ (B5•K5) ⊕ (B6•K6) ⊕ B7 ⊕ K7,
wobei "⊕" eine logische XOR-Funktion darstellt, "•" eine logische "UND"-Funktion darstellt und die Eingabewerte B und K für die 24 Ausgabe-Bits wie folgt sind

?? ??	B0 Bz	B1 Bz	B2 Bz	B3 Bz	B4 Bz	B5 Bz	B6 Bz	B7 By	K0 Kz	K1 Kz	K2 Kz	K3 Kz	K4 Kz	K5 Kz	K6 Kz	K7 Ky
	14	23	7	27	3	18	8	20	12	24	0	9	16	7	20	13
	20	26	6	15	8	19	0	10	26	18	1	11	6	20	12	19
	7	20	2	10	19	14	26	17	1	22	8	13	7	16	25	3
	22	12	6	17	3	10	27	4	24	2	9	5	14	18	21	15
	22	24	14	18	7	1	9	21	19	24	20	8	13	6	3	5
	12	1	16	5	10	24	20	14	27	2	8	16	15	22	4	21
	5	3	27	8	17	15	21	12	14	23	16	10	27	1	7	17
	9	20	1	16	5	25	12	6	9	13	22	17	1	24	5	11
	23	25	11	13	17	1	6	22	25	21	18	15	6	11	1	10
	4	0	22	17	25	10	15	18	0	20	26	19	4	15	9	27
1	23	25	9	2	13	16	4	8	2	11	27	19	14	22	4	7
1	3	6	20	12	25	19	10	27	24	3	14	6	23	17	10	1
1	26	1	18	21	14	4	10	0	17	7	16	0	23	11	14	8
1	2	11	4	21	15	24	18	9	5	16	12	2	26	23	11	6
1	22	24	3	19	11	4	13	5	22	0	18	8	25	5	15	2
1	12	0	27	11	22	5	16	1	10	3	15	19	21	27	6	18
1	24	20	2	7	15	18	8	3	12	20	5	19	1	27	8	23
1	12	16	8	24	7	2	21	23	17	2	11	14	7	25	22	16
1	19	3	22	9	13	6	25	7	4	10	2	17	21	24	13	22
1	11	17	13	26	4	21	2	16	3	4	13	26	18	23	9	25
2	17	23	26	14	5	11	0	15	26	3	9	19	21	12	6	0
2	9	14	23	16	27	0	6	24	18	21	3	27	4	10	15	26
2	7	21	8	13	1	26	19	25	25	0	12	10	7	17	23	9
2	27	15	23	5	0	9	18	11	8	0	25	20	16	5	13	12

Demgemäß ist ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Videoinformation beschrieben worden, um die Videoinformation gegen unautorisiertes Kopieren während der Übertragung zu schützen.
Nachtrag
Aus der vorhergehenden Beschreibung wird der Fachmann erkennen, dass viele andere Veränderungen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Insbesondere kann, während die vorliegende Erfindung als in Schnittstellen 108a und 108b implementiert beschrieben worden ist, ein Teil der Logik in andere Komponenten der Videoquelleneinrichtung 102 und der -empfangseinrichtung 104 verteilt sein. Zusätzlich können ein nicht-LFSR-basierter Strom-Schlüssel-Abschnitt, mehr oder weniger Blockschlüsselregister, größere oder kleinere Blockschlüsselregister, mehr oder weniger Austauscheinheiten umfassend alternative Austauschmuster sowie unterschiedliche lineare Umwandlungseinheiten verwendet werden. Damit ist die vorliegende Erfindung nicht durch die beschriebenen Details beschränkt, sondern die vorliegende Erfindung kann mit Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Gedankens und des Schutzbereichs der angefügten Ansprüche ausgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Videoinformation zu einer Videoempfangseinrichtung umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Basiswertes (202) für einen symmetrischen Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Prozess, um einer Videoempfangseinrichtung (104) zu ermöglichen, Videoinformation von einer Videoquelleneinrichtung (102) zu empfangen, Verschlüsseln (204) der Videoinformation zur Übertragung an die Videoempfangseinrichtung umfassend Erzeugen eines ersten Verschlüsselungsschlüssels (204) durch funktionale Umwandlung des Basiswertes in einer Blockbetriebsart und Durchführen einer Stromverschlüsselung basierend auf dem ersten Verschlüsselungsschlüssel und Periodisches Überprüfen (208–210) in der Videoquelleneinrichtung, dass die übertragene Videoinformation symmetrisch durch die Videoempfangseinrichtung basierend auf von der Videoempfangseinrichtung empfangenen Verifikationswerten entschlüsselt wurde.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Verschlüsselungs-Prozess eine aufeinanderfolgende Erzeugung einer Vielzahl von Verschlüsselungsschlüssel umfasst, wobei der erste Verschlüsselungsschlüssel (204–206) verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die funktionale Umwandlung ein Anwenden eines Berechtigungsschlüssels umfasst, der als ein integraler Teil eines Authentifizierungsprozesses erzeugt wird, in dem die Videoempfangseinrichtung authentifiziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, in dem der Berechtigungsschlüssel erzeugt wird, wobei Kennzeichnungen der Videoquellen einrichtung und der Videoempfangseinrichtung verwendet werden, und wobei der Authentifizierungsprozess ein Austauschen der Kennzeichnungen mit der Videoempfangseinrichtung umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die periodische Überprüfung ein Empfangen von Ausgewählten aus einer Vielzahl von Verifikationswerten von der Videoempfangseinrichtung zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Prozesses und ein Vergleichen der empfangenen Verifikationswerte mit korrespondierenden aus eine Vielzahl von Verifikationsreferenzwerten umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Verschlüsselungs-Prozess ein Erzeugen einer Pseudozufallsbitfolge zum Verschlüsseln der Videoinformation mit einer Vielzahl von Video-Rahmen umfasst, wobei die Verifikationsreferenzwerte symmetrisch aus der Pseudozufallsbitfolge abgeleitet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Pseudozufallsbitfolge basierend auf einer Zufallszahl erzeugt wird, die aus einer Pseudozufallsbitfolge eines vorhergehenden Rahmens und dem Verschlüsselungsschlüssel eines aktuellen Rahmens abgeleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, ferner umfassend ein Erzeugen einer Zufallszahl aus der Pseudozufallsbitfolge, wobei die Zufallszahl verwendet wird, um einen Verschlüsselungsschlüssel für einen nächsten Rahmen zu erzeugen.
Vorrichtung zum Übertragen von Videoinformation zu einer Videoempfangseinrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Steuerungseinheit (114), um einen Basiswert (202) für einem symmetrischen Verschlüsselungs- /Entschlüsselungs-Prozess bereitzustellen, um der Videoempfangseinrichtung (104) zu ermöglichen, die Videoinformation von einer Videoquelleneinrichtung (102) zu empfangen, eine Verschlüsselungseinheit (110), die mit der ersten Steuerungseinheit (114) verbunden ist, mit einer Stromverschlüsselungseinheit, um die Videoinformation für eine Übertragung an die Videoempfangseinrichtung zu verschlüsseln, und ferner mit einer Blockverschlüsselungseinheit (502), die in einer Blockbetriebsart einen ersten Verschlüsselungsschlüssel über funktionale Umwandlung des Basiswertes erzeugt, wobei die Ausgabe der Blockverschlüsselungseinheit in die Stromverschlüsselungseinheit eingegeben wird und als eine Rückkopplung zurück in die Blockverschlüsselungseinheit eingegeben wird und eine zweite Steuerungseinheit, die mit der Verschlüsselungseinheit verbunden ist, um periodisch in der Vorrichtung zu überprüfen, dass die übertragene Videoinformation symmetrisch durch die Videoempfangseinrichtung basierend auf Verifikationswerten, die von der Videoempfangseinrichtung empfangen wurden, entschlüsselt worden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Blockverschlüsselungseinheit ferner eine Vielzahl von zusätzlichen Verschlüsselungsschlüsseln erzeugt, wobei der erste Verschlüsselungsschlüssel verwendet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die erste Steuerungs einheit ferner die Videoempfangseinrichtung authentifiziert und einen Berechtigungsschlüssel als einen integralen Teil des Authentifizierungsprozesses erzeugt, und wobei die Blockverschlüsselungseinheit den Basiswert funktional umwandelt, wobei der Berechtigungsschlüssel verwendet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die zweite Steuerungseinheit Ausgewählte aus einer Vielzahl von Verifikationswerten von der Videoempfangseinrichtung zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Prozesses empfängt und die empfangenen Verifikationswerte mit entsprechenden aus einer Vielzahl von Verifikationsreferenzwerten vergleicht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Stromverschlüsselungseinheit ferner eine Pseudozufallsbitfolge zum Verschlüsseln der Videoinformation, die eine Vielzahl von Video-Rahmen hat, erzeugt und wobei die zweite Steuerungseinheit die Verifikationsreferenzwerte aus der Pseudozufallsbitfolge ableitet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Pseudozufallsbitfolge basierend auf einer Zufallszahl erzeugt wird, die aus einer Pseudozufallsbitfolge eines vorhergehenden Rahmens und dem Verschlüsselungsschlüssel eines aktuellen Rahmens abgeleitet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, ferner umfassend ein Erzeugen einer Zufallszahl aus der Pseudozufallsbitfolge, wobei die Zufallszahl zur Erzeugung eines Verschlüsselungsschlüssels für einen nächsten Rahmen verwendet wird.
Verfahren zum Empfangen von Videoinformation von einer Videoquelleneinrichtung umfassend die folgenden Schritte: Empfangen eines Basiswertes für einen symmetrischen Verschlüsselungs/Entschlüsselungs-Prozess von einer Videoquelleneinrichtung, Entschlüsseln (207) der in verschlüsselter Form empfangenen Videoinformation von der Videoquelleneinrichtung unter Verwendung einer Stromverschlüsselungsbetriebsart, einschließlich Erzeugung eines ersten Entschlüsselungsschlüs sels durch funktionale Umwandlung des Basiswertes in einer Blockbetriebsart und Durchführen einer Stromverschlüsselung basierend auf dem ersten Verschlüsselungsschlüssel, und Periodisches Bereitstellen von Verifikationswerten (209) an die Videoquelleneinrichtung, um eine Verifikation auszulösen, dass die verschlüsselte Videoinformation tatsächlich symmetrisch entschlüsselt worden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Entschlüsselungs-Prozess die aufeinander folgende Erzeugung einer Vielzahl von Entschlüsselungsschlüsseln umfasst, wobei der erste Entschlüsselungsschlüssel verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die funktionale Umwandlung ein Anwenden eines Berechtigungsschlüssels umfasst, der als ein integraler Teil eines Authentifizierungsprozesses erzeugt wird, in dem die Videoempfangseinrichtung authentifiziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Berechtigungsschlüssel unter Verwendung von Kennzeichnungen der Videoquelleneinrichtung und der Videoempfangseinrichtung erzeugt wird und wobei der Authentifizierungsprozess ein Austauschen der Kennzeichnungen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Entschlüsselungs-Prozess ein Erzeugen einer Pseudozufallsbitfolge zum Entschlüsseln der Videoinformation mit einer Vielzahl von Video-Rahmen umfasst und wobei das periodische Bereitstellen von Ausgewählten aus Verifikationswerten ein symmetrisches Ableiten der Verifikationswerte aus der Pseudozufallsbitfolge umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei die Pseudozufallsbitfolge basierend auf einer Zufallszahl erzeugt wird, die aus einer Pseudozufallsbitfolge eines vorhergehenden Rahmens und dem Verschlüsselungsschlüssel eines aktuellen Rahmens abgeleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 20, ferner umfassend ein Erzeugen einer Zufallszahl aus der Pseudozufallsbitfolge, wobei die Zufallszahl dazu verwendet wird, um eine Verschlüsselungsschlüssel für einen nächsten Rahmen zu erzeugen.
Vorrichtung zum Empfangen von Videoinformation von einer Videoquelleneinrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Steuerungseinheit, um einen Basiswert für einen symmetrischen Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Prozess von einer Videoquelleneinrichtung bereitzustellen, eine Entschlüsselungseinheit, die mit der ersten Steuerungseinheit verbunden ist und eine Stromentschlüsselungseinheit umfasst, um Videoinformation, die von der Videoquelleneinrichtung in verschlüsselter Form empfangen worden ist, zu entschlüsseln, und die ferner eine Blockentschlüsselungseinheit umfasst, die in einer Blockbetriebsart einen ersten Entschlüsselungsschlüssel über funktionale Umwandlung des Basiswertes erzeugt, und eine zweite Steuerungseinheit, die mit der Entschlüsselungseinheit verbunden ist, um periodisch Verifikationswerte an die Videoquelleneinrichtung bereitzustellen, um eine Verifikation auszulösen, dass die verschlüsselte Videoinformation tatsächlich symmetrisch entschlüsselt worden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei die Blockentschlüsselungseinheit ferner die funktionale Umwandlung des Basiswertes durchführt, um den Anfangsentschlüsselungsschlüssel zu erzeugen, und um aufeinander folgend eine Vielzahl von zusätzlichen Entschlüsselungsschlüsseln zu erzeugen, wobei der erste Entschlüsselungsschlüssel verwendet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei die erste Steuerungseinheit ferner die Videoquelleneinrichtung authentifiziert und einen Berechtigungsschlüssel als einen integralen Teil des Authentifizierungsprozesses erzeugt und wobei die Blockentschlüsselungseinheit den Basiswert funktional umwandelt, wobei der Berechtigungsschlüssel verwendet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 25, wobei der Berechtigungsschlüssel durch Addieren eines oder mehrerer geheimer Schlüssel, die auf eine Kennzeichnung der Videoquelleneinrichtung bezogen sind.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei die Stromentschlüsselungseinheit ferner eine Pseudozufallsbitfolge zum Entschlüsseln der Videoinformation mit einer Vielzahl von Video-Rahmen erzeugt und wobei die zweite Steuerungseinheit die Verifikationswerte aus der Pseudozufallsbitfolge ableitet.
Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei die Pseudozufallsbitfolge basierend auf einer Zufallszahl erzeugt wird, die aus einer Pseudozufallsbitfolge eines vorhergehenden Rahmens und dem Verschlüsselungsschlüssel eines aktuellen Rahmens abgeleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 27, ferner umfassend ein Erzeugen einer Zufallszahl aus der Pseudozufallsbitfolge, wobei die Zufallszahl dazu verwendet wird, um einen Verschlüsselungsschlüssel für einen nächsten Rahmen zu erzeugen.