Brevet FR2530901A1 — publié le 19840127

Ia présente invention concerne un système destiné au chiffrement et au déchiffrement de signaux d'information numérique, et elle s'applique au domaine de la télévision diffusée, bien que les principes décr-ts ici ne soient pas limités à ce domaine En particulier, une information sonore et/ou une information de texte destinée à être présentée sur un écran vidéo peuvent etre placées sous forme numérique et chiffrées O De tels signaux peuvent faire partie d'un système de télévision par câble (télédistribution),d'un système de télévision par abonnement ou d'un système de diffusion di- recte de télévision par satellite. Un but principal de l'invention est de réaliser un système pour le chiffrement de signaux d'information nu- mérique dans le cadre décrit, dans lequel il existe plusieurs niveaux de clés de chiffrement pour assurer la sécurité de l'information diffusée O Un autre but est de réaliser un système de chif- frement et de déchiffrement du type décrit, dans lequel la communication entre la station de diffusion et tm ensemble d'abonnés puisse avoir lieu au moyen d'une clé individuelle propre à un abonné individuel, d'une clé de groupe propre à un groupe d'abonnés ayant un intérgt commun, ou d'une clé de service qui est commune à une diffusion particulière et qui peut 9 tre changée de temps en temps, par l'intermédiaire des clés de groupe ou individuelles. Un autre but est de réaliser un système de chif- frement et de déchiffrement fiable, de manière simple, et d'une sécurité totale, pour l'utilisation dans la diffusion de signaux d'information numérique Un autre but est d'offrir un procédé pour comman- der la diffusion de signaux d'information numérique dans lequel il y a plusieurs niveaux ou couches ou étages de clés, pour assurer la sécurité du système, et dans lequel les clés peuvent 9 tre changées par communication avec les abonnés, dans un ou plusieurs des niveaux de clés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'aun mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur' lesquels: Ia figure 1 est un schéma synoptique d'un émetteur destiné à etre utilisé dans le système de commande qui est décrit ici, la figure 2 est un schéma synoptique du récepteur, et la figure 3 est une représentation schématique de structures de message caractéristiques qui sont utilisées dans le système décrit ici. L'invention présente une utilité dans les systèmes de télédistribution, de télévision par abonnement et de dif- fusion directe de télévision par satellite, dans lesquels le signal vidéo est codé Le système particulier de chiffrement et de déchiffrement qui est décrit ici est essentiellement applicable à la partie audio du signal vidéo, du fait que le signal audio peut aisément 9 tre mis sous un format numérique. Il est également applicable aux signaux vidéo dans lesquels une information de texte alphanumérique est transmise, comme le système VIDEO-TEXT qui est maintenant utilisé commercia- lement par la demanderesse, Oak Industries In Mc, ou d'autres types de données numériques ou numérisées, comme des logi- ciels d'ordinateur, des jeux, des programmes de radio, des bases de données d'ordinateur, etc, qui peuvent 8 tre fournis à latilisateur par un tel système de communication Des si- gnaux de ce type peuvent également tre placés aisément sous forme numérique et peuvent donc 4 tre chiffrés et dé- chiffrés par le système de commande qui est décrit icio Dans des systèmes de diffusion du type mentionné ci-dessus, il est important d'assurer le secret ou le carac- tère confidentiel des communications, du fait que de telles diffusions s'effectuent habituellement sur la base d'un abonnement, et il est impératif de conserver le secret de la communication, faute de quoi le principe d'un système de diffusion par aboninement est détruit Diverses techniques ont été proposées dans ce but pour assurer la sécurité dies parties des signaux: qui peuvent être placées sous forme nag- rique V'invention procure un premier niveau de sécurité en chiffrant les signaux d'information numérique avec ce qu'on appelle une clé de service, qui est une clé fournie à tous les abonnés qui doivent recevoir une diffusion particulière ou un type de diffusion particulier Ia clé de service peut par exemple etre propre à un programme particulier, mais elle est plus couramment utilisée pour une chaúne particu- lière lorsque le système est utilisé dans le contexte d'un service de télévision Pour assurer le secret et la sécuri- téS la clé de service doit etre changée périodiquement. Pour changer la clé de service, il est nécessaire de commu- niquer avec chacun des abonnés, et cetteecommunication s'ef- fectue avec ce qu'on appelle la clé de groupe, qui est com- mune à un groupe d'abonnés devant tous recevoir un type particulier de diffusion O Il peut y avoir un nombre impor- tant de groupes associés à un système de communication par- ticulier, et un abonné individuel peut appartenir à plus d'un groupe ou à un ensemble de groupes Plus précisément, pour changer la clé de service pour un type particulier de diffusion, l'organisme diffuseur communique avec tous les abonnés correspondant à la clé de groupe, et il utilise la clé de groupe pour changer la clé de service A titre de variante, un grand nombre de clés de service peuvent 8 tre enregistrées dans chaque décodeur, et la station de radio- diffusion sélectionne une clé de service particulière en communiquant avec l'abonné au moyen de la clé de groupe. Ies goûts et les désirs des abonnés en ce qui concerne la programmation changent de temps à autre et il est donc nécessaire de changer des groupes, de reformer des groupes et d'ajouter ou d'enlever des abonnés à un groupe particulier Ici encore, on peut effectuer ceci en commu- niquant avec les abonnés au moyen de la clé de groupe> en peut changer la clé de groupe elle-m 9 me et ajouter ou enle- ver des abonnés au groupe, ou on peut en fait former de nouveaux groupes, en communiquant avec les abonnés au moyen de la clé de groupe. En plus de la communication avec la clé de groupe, il est nécessaire d'avoir des adresses qui sont propres à un abonné individuel et propres à un groupe Par exemple, cha- que abonné peut avoir sa propre adresse individuelle qui est particulière à cet abonnéo Cette adresse sera enregistrée dans le décodeur de l'abonné De plus, les abonnés peuvent appartenir à un ou plusieurs groupes, chacun d'eux ayant une adresse particulière pour le groupe considéré, et ces adres- ses sont enregistrées temporairement dans le décodeur de l'abonné L'organisme diffuseur peut ainsi communiquer avec l'abonné en fournissant l'adresse de groupe de l'abonné ou l'adresse individuelle de l'abonné, et en communiquant avec l'abonné au moyen de la clé de groupe particulière au groupe dont l'organisme diffuseur s'occupe spécialement au moment considéré. A titre de mesure finale pour assurer la sécurité et le secret, chaque abonné possède ce qu'on appelle une clé individuelle, et cette clé est propre à un abonné particu- lier Si l'organisme diffuseur désire communiquer avec un abonné individuel de façon complètement secrète, il peut le faire au moyen de la clé individuelle de l'abonné Par exem- ple, si l'organisme diffuseur considère qu'un ou plusieurs groupes de clés ont été divulgués et que le seul moyen de reformer des groupes est de communiquer avec chaque abonné individuel au moyen de sa clé individuelle, il peut le fai- re, bien que ceci puisse 8 tre une opération longue, prenant plusieurs heures Dans tous les cas, du fait qu'une clé in- dividuelle ctblée est disponible dans chaque dispositif d'abonné, l'organisme diffuseur peut communiquer avec chaque abonné individuel au moyen de cette clé spécifique, pour apporter des changements dans les clés de groupe ou pour former de nouveaux groupes, etco Dans un sens général, il n'est pas nécessaire d'établir une distinction logique en- tre les clés de groupe et les clés individuelles, ou les adresses de groupe et les adresses individuelles O La paire adresse individuelle/clé individuelle constitue simplement eu autre sous-ensemble (groupe) d'abonnés dans lequel il se trouve qu'il n'y a qu'un seul membre. Il existe normalement deux voies de communication entre l'organisme diffuseur et les abonnés O Ia voie de ser- vice fournit les signaux d'information numérique et ceux-ci sont chiffrés avec la clé de service L autre voie est la voie de commande nécessaire pour changer les clés de servi- ce, changer ou reformer les clés de groupe, etc, et cette voie peut 9 tre indépendante de la voie qui achemine les si- gnaux d'information numérique, ou bien elle peut 9 tre inter- calée dans des espaces dans la voie de services Par exemple, dans le contexte de la télévision, une voie de service peut correspondre à des fréquences porteuses son et la voie de, commande peut être placée sur une autre fréquence utilisée pour une transmission en modulation de fréquence Dans un autre système, la voie de commande est intercalée sous la forme de données dans les intervalles d'effacement verticaux ou horizontaux du signal vidéo associé - Sur la figure 1, l'ordinateur de commande de ré- seau est désigné par la référence 10 et est normalement programmé de façon à gérer toutes les fonctions du système de commande d'ensemble, comme on le décrira Un dispositif de chiffrement de données de service 12 reçoit des données de service numérisées sur son accès de données 14 Ces don- nées peuvent consister en information audio ou de texte nu- mérisée, comme décrit ci-dessus Ia clé de service courante est appliquée à l'accès de clé 16 à partir d'une source de clé de service courante 18 Un générateur de clés 20 four- nit en permanence des clés de chiffrement le générateur de clés 20 fournit des clés-à la source de clé de service 18 ainsi qu'à une base de d onnées de clés individuelles et de groupe et d'identification de groupe pour le réseau, cette base de donnees portant la référence 22 L'o-rd 1 teur 10 applique également ul signal d'entrée à la base de données 22 pour permettre l'ajout, le changemenit ou le remplacernent d'identifications de groupeo Une information de sortie de la base de dormées 22 est dirigée vers une source de clé de groupe de récepteur 24 Qui fourrit l'information d'entrée pour l'accès de clé 26 du dispositif de chiffrement de voie de commande 28 L'accès de données 30 du dispositif de chiffrement 28 reçoit son in- formation d'entrée à partir d'un sélecteur 32 qui reçoit lui-m 9 me une information d'entrée provenant de la source de clé de service 18 et une seconde information d'entrée prove- nant d'une source de nouvelle clé de groupe, 34 Le sélec- teur produit ainsi un changement dans la clé de service ou un changement dans la clé de groupe qui est appliquée à l'ac- cès de données du dispositif de chiffrement de voie de com- mande, les donnies correspondantes étant codées avec la clé de groupe en fonction au moment considéré, pour être trans- mises vers le circuit de combinaison 36 Le circuit de com- binaison 36 est connecté à un modulateur qui fournit un si- gnal modulé approprié pour le support de transmission parti- culier, correspondant par exemple à la télédistribution, à la télévision par abonnement ou à la diffusion directe de télévision par satellite. Une information d'entrée supplémentaire arrivant au circuit de combinaison 36 provient directement de l'ordi- nateur de commande de réseau 10 et fournit diverses données de commande, telles que celles relatives à la correction d'erreur, etco En plus de l'information de clé chiffrée qui fait partie d'un message de commande, chaque message comprend des numéros d'identification ou des adresses qui sont pro- pres à un abonné ou à un groupe La base de données 22 four- nit cette information au circuit de combinaison 36 par un circuit de nouvelle identification de groupe 38 qu'on uti- lise lorsau'lmune identification de groupe doit être changée, ou par un circuit d'identification de groupe récepteur 40 qu'on utilise lorsqu'un groupe particulier doit être adres- sé e La figure 3 montre des messages de commande carac- téristiques que le circuit de combinaison 36 peut émettre en tant que données de la voie de commandeo Dans le message su- périeur on trouve, en tant que première zone d'un message, divers signaux d'ordre et de commande propres au protocole du système particulier La zone suivante du message est- l'identification ou l'adresse de groupe récepteur de tous les dispositifs d'abonné-dans un groupe particulier qui doi- vent recevoir le message Ceci est nécessaire pour informer les dispositifs d'abonné qu'un message est en routes En sup- posant qu'une nouvelle clé de groupe doit être fournie, cel- le-ci constituera la zone suivante du message et cette in- formation sera chiffrée avec la clé de groupe courante O Si une nouvelle identification ou adresse de groupe doit Stre fournie du fait que le groupe est changé ou modifié d'une certaine manière, cette information sera également fournie, mais il n'est pas nécessaire qu'elle soit sous forme chiffrée. Enfin, le message se termine par une information d'ordre di- vers, comme celle relative à la correction d'erreur, etc. Ia partie inférieure de la figure 3 indique un se- cond type de structure de message, et ce-cas diffère de celui du message du haut dans la mesure o une nouvelle clé de ser- vice est fournie à tous les membres du groupeo Cette clé de service particulière est chiffrée avec la clé de groupe cou- rante au moment considéré. la figure 2 montre un récepteur caractéristiqueo Les données de service chiffrées sont fournies sur la voie de service et constituent une information d'entrée pour l'ac- ces de données 42 d'un dispositif de déchiffrement de données de service, 44 L'information de sortie constitue les données de service déchi:i rées. Les données de la voie de ccmmande sont dirigées vers un circuit de traitement de données de récepteur 46 dans lequel la zone d'identification de groupe récepteur, acheminée par un circuit de sélection 48, traverse le circuit de traitement et est comparée dans un circuit de comparaison avec l'identification de groupe qui est enregistrée dans une table de mémoire ou des moyens d'enregistrement en mé- moire, 52 En supposant que l'abonné particulier doive rece- voir le message présent sur la voie de commande, le circuit de traitement de données 46 est validé, et ceci fait en sorte que la table de mémoire fournisse l'information de clé exigée aux dispositifs de déchiffrement. Si une nouvelle identification de groupe doit ttre fournie, le circuit de traitement de données de récepteur 46 transmet directement cette information, qui est séparée par un circuit de sélection de nouvelle identification de groupe, 54, à la partie d'identification de groupe de la table de mémoire, afin que l'identification de groupe puisse 9 tre changée de la manière exigée. L'information d'ordre est transmise directement par un circuit séparateur 56 vers le circuit de traitement de données de récepteur, pour accomplir une partie de la fonction de validation, afin de permettre au circuit de trai- tement de prendre en-charge l'adresse d'identification de groupe ou un changement dans l'adresse d'identification de groupe, de la manière exigée conformément à un message par- ticulier Ainsi, l'identification de groupe qui peut 9 tre propre à un seul abonné ou propre à l'un des groupes auxquels l'abonné appartient, est enregistrée dans la table de mémoire 52 et peut 4 tre changée périodiquement lorsque les goûts et les exigences d'un abonné particulier changento la partie de clé chiffrée d'un message de la voie de commande est séparée par le détecteur de clé chiffrée de service ou de groupe, 58 t et elle est émise directement vers l'accès de données 60 du dispositif de déchiffrement de la voie de commande, 62 L'accès de clé du dispositif de déchif- frement 62, indiqué en 64, est connecté à la partie de clé individuelle et de groupe de la table de mémcire Ainsi, en présence d'une validation par le circuit de traitement de données 46, la clé exigée est extraite de la mémoire et ap- pliquée sur l'accès de clé du dispositif de-déchiffrement de la voie de commande, 62 On notera en relation avec ceci que la table de mémoire peut dtre une zone d'enregistrement de type non volatil destinée à contenir les identifications de groupe et les clés de groupe qui résident dans le dispositif d'abonné La clé individuelle permanente pour un dispositif d'abonné particulier est enregistrée de façon permanente dans la table de mémoire et n'est pas sujette à révision ou à changement. L'information de sortie du dispositif de déchiffre- ment de la voie de commande 62, qui peut etre un changement de la clé de service ou un changement de la clé de groupe, est dirigée vers la table de mémoire et vers la source de clé de service 68, tandis que l'information de sortie de la sour- ce de clé de service est dirigée vers l'accès de clé 70 du dispositif de déchiffrement de données de service 44 Par conséquent, un changement de la clé de service est transmis au dispositif de déchiffrement de données de service, pour déchiffrer les signaux porteurs d'information qui proviennent de la station de diffusion Un changement dans la clé de groupe est transmis à la table de mémoire de façon que l'in- formation de clé de groupe puisse être ajoutée, supprimée ou modifiée, de la manière exigées Dans une situation de diffusion caractéristique, et en supposant que les signaux d'information considérés sont des signaux de son faisant partie d'une émission de télévi- sion par abonnement, ces signaux de son sont numérisés et chiffrés avec une clé de service particulière et ils sont diffusés sur le support partic';lier, qu'il s'agisse d'un système de télédistribution, de télévision par abonnement ou de diffusion directe de élrision car satellite La clé de service est disponible chez ehaque abonné susceptible de recevoir cette émissilo et elle peut etre changée périodi- queme-nt comme l'organisme diffuseur l'estime nécessaire pour assurer la sécurité du système Chaque fois qu'il doit y avoir un changemenlt dans la clé de service, cette informa- tion est transmi-e par la voie de commande à tous les abon- nés qui doivent recevoir l'émission considérée Le change- ment de la clé de service est chiffré avec la clé de groupe propre au groupe qui doit recevoir l'émission particulière. Par exemple, il peut y avoir un groupe constitué par les personnes qui s'intéressent aux films réservés aux adultes, par celles qui s'ilntérèssent à l'opéra ou par celles qui s'intéressent à des types particuliers d'émissions sporti- ves le groupe peut Ctre formé par les abonnés situés dans une zone géographique particulière Le nombre et les types de groupes sont presque infinis et chaque abonné devra nor- malemernt pouvoir appartenir à plusieurs groupes et il aura une clé de groupe et une identification de groupe associées à chacun de ces groupes. Si un abonné particulier désire appartenir à un nouveau groupe, ce fait est transmis à la station de diffu- sion et si un seul abonné désire adhérer au groupe, l'orga- nisme diffuseur peut communiquer à cet abonné l'identifica- tion de groupe et la clé de groupe au moyen de la clé indi- viduelle de l'abonné Si au contraire une partie importante d'un groupe existant doit adhérer à un nouveau groupe, l'or- ganisme diffuseur peut adresser ces abonnés pour former le nouveau groupe avec la clé de groupe courante, mais en fai- sant précéder le message des identifications individuelles de ces abonnés particuliers L'organisme diffuseur peut ain- si former de nouveaux groupes, supprimer des abonnés dans un groupe particulier, etc, en communiquant toujours avec les abonnés au moyen du système formé par la clé d'identifica- tion et la clé de groupée Il est possible de changer des clés de groupe sans changement dansles abonnés lorsque, de temps en temps, l'organisme difffuseur peut considérer q*u'il est possible que la clé de groupe ait été divulguée. A certains moments, l'organisme diffuseur peut devoir communiquer individuellement avec tous les abonnés dans le système Il se peut que l'organisme diffuseur consi- dère que le système de clés de groupe a été divulgué d'une certaine manière et qu'il est nécessaire de changer complè- tement les clés de groupe dans tout le système O Dans ce cas, l'organisme diffuseur communiquerait avec chaque abonné en utilisant la clé individuelle de l'abonné Ceci serait un processus prenant beaucoup de temps, par exemple plusieurs heures, et serait effectué normalement pendant la nuit, lors- qu'il n'y a que peu ou pas d'abonnés regardant des émissions de téglvision. Le système de l'invention procure une grande sou- plesse pour la station de diffusion Des dispositifs d'abon- né qui ont été volés ou qui se trouvent dans les maisons d'abonnés ne payant pas peuvent 8 tre détectés ou mis hors fonction de façon électronique Les abonnés peuvent sélec- tionner différents types d'émissions La système est str dans la mesure o l'organisme diffuseur dispose de plusieurs niveaux ou étages de clés pour chiffrer l'information et pour communiquer avec des abonnés - Bien que le dispositif de chiffrement de données de service et le dispositif de chiffrement de données de commande aient été décrits sous la forme d'éléments physi- quement séparés, l'homme de l'art notera queuces dispositifs peuvent être constitués physiquement par le même circuit, mais réagir fonctionnellement à des instructions différentes pour remplir à la fois des fonctions-de chiffrement de servi- ce et de commande Ceci s'applique également aux dispositifs de déchiffrement-des récepteurs. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent etre apportées au procédé et au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention O REVNDICATIONS 1 Procédé de commande de la diffusion simultanée de signaux d'information numérique chiffrés vers un ensemble d'abonnés, dans lequel chaque abonné possède une clé de chiffrement individuelle permanente; dans lequel le signal d'information numérique diffusé est chiffré avec une-clé de chiffrement de service-; et dans lequel la communication avec des abonnés peut avoir lieu avec une clé de chiffrement de groupe commune à un groupe d'abonnés ayant un intérêt commun concernant la réception de signaux diffusés d'un type particulier, caractérisé en ce que: (a) on diffuse simulta- nément des signaux d'information numérique avec une clé de service particulière, et ces signaux d'information numérique sont déchiffrés par des abonnés possèdant la clé de service, et (b) on change le clé de service chez des abonnés en com- muniquant simultanément le changement de clé de service à des abonnés dans au moins une partie d'un groupe, cette com- munication étant effectuée avec la clé de chiffrement de groupe. 2 Procédé àelon la revendication 1, caractérisé en ce quail comprend l'opération qui consiste à changer la clé de chiffrement de groupe dans une partie au moins des abonnés d'un groupe, en communiquant ce changement aux abon- rnés sélectionnés dans le groupe, avec la clé de chiffrement de groupe. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque communication vers un abonné dans le groupe est précédée par une adresse qui spécifie des abonnés dési- gnés dans le groupe. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à changer la clé de groupe et/ou à former un nouveau groupe d'abonnés, en communiquant une nouvelle clé de groupe à chaque abonné, in- dividuellement et séquentiellement, cette communication avec chaque abonné s'effectuant avec la clé individuelle de l'abonnéo Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à changer la clé de groupe et/ou à former un nouveau groupe d'abonnés en oom:umiquant ume nouvelle clé de groupe à chaque groupe d'abonnés, en totalité ou en partie, cette commui cation s'effectuant avec des clés de chiffrement de groupe. 6 Récepteur destiné au déchiffrement de signaux d'information numeérique diffusés qui ont été chiffrés avec ulme clé de chiffrement de service commune pour la diffusion, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un dispositif de dé- chiffrement de données de service ( 44) qui utilise une clé de déchiffrement de service commune pour la diffusion dans le but de déchiffrer les signaux d'information numérique diffusés, (b) des moyens d'enregistrement en mémoire ( 52, ) destinés à conserver une clé de déchiffrement individuel- le d'abonné et au moins une clé de déchiffrement de groupe qui peut 9 tre changée, et (c) un dispositif de déchiffrement de voie de commande ( 62) ayant une entrée de voie de comman- de et étant connmecté aux moyens d'enregistrement en mémoire ( 52, 50) et à un dispositif de déchiffrement de données de service ( 44), ce dispositif de déchiffrement de voie de com- mande ( 62) utilisant la clé de déchiffrement individuelle ou ur clé de déchiffrement de groupe pour déchiffrer un mes- sage de commande en ce qui concerne un changement de la clé de déchiffrement de service ou un changement d'une clé de déchiffrement de groupe, ou encore la formation d'une telle clé. 7 Récepteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'enregistrement en mémoire ( 52, 50) comprennent une ou plusieurs adresses propres à un abonné et à son groupe ou à ses groupes spécifiés, et des moyens de comparaison ( 50) destinés à déterminer si un message de la voie de commande est adressé,à un abonné particulier. 8 Récepteur selon la revendication 7, caractérisé - en ce qu'il comprend un circuit de traitement:de données de récepteur ( 46) connecté aux moyens d'enregistrement en mé- moire ( 52, 50) dans le but d'ajouter et/ou de supprimer et/ ou de remplacer des adresses dans les moyens d'enregistrement en mémoire.