(57)【要約】【課題】ストリーム暗号方式において、伝送誤り等による伝送データの損失に対する耐性を強化することを図る。【解決手段】第１の暗号化パケットのデータからストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成し、該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化してストリーム暗号化を行い、該ストリーム暗号データを格納する第２の暗号化パケットを生成する暗号化部１０３と、暗号化パケットを送信する送信部１０４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の暗号化パケットのデータから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する初期値生成手段と、
該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化し、ストリーム暗号化を行う暗号化手段と、
該ストリーム暗号データを格納する第２の暗号化パケットを生成する暗号化パケット生成手段と、
前記暗号化パケットを送信する送信手段と、
を備えたことを特徴とする暗号化装置。
【請求項２】
暗号化対象データ及び非暗号化対象データを有するパケットの前記非暗号化対象データから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する初期値生成手段と、
該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化し、前記パケットのストリーム暗号化を行う暗号化手段と、
該暗号化パケットを送信する送信手段と、
を備えたことを特徴とする暗号化装置。
【請求項３】
前記暗号化手段を複数設け、
前記初期化パケット生成手段は、前記暗号化手段毎に各々の初期値を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の暗号化装置。
【請求項４】
暗号化パケットを受信する受信手段と、
第１の前記暗号化パケットのデータから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する初期値生成手段と、
該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化し、第２の前記暗号化パケットに格納されたストリーム暗号データを復号する復号手段と、
を備えたことを特徴とする復号装置。
【請求項５】
暗号化パケットを受信する受信手段と、
前記暗号化パケットの非暗号化対象データから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する初期値生成手段と、
該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化し、前記暗号化パケットに格納されたストリーム暗号データを復号する復号手段と、
を備えたことを特徴とする復号装置。
【請求項６】
前記復号手段を複数設け、
前記初期化パケット生成手段は、前記復号手段毎に各々の初期値を生成することを特徴とする請求項４又は５に記載の復号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストリーム暗号方式の暗号化装置及び復号装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯端末向けのデジタル放送が実用化されている。その携帯端末向けのデジタル放送時の番組データの暗号方式としては、携帯端末の処理能力を勘案すると、インターネット等のコンテンツ配信において一般的に用いられるブロック暗号方式よりも、処理負荷の軽いストリーム暗号方式のほうが好ましいと考えられる。ストリーム暗号方式では、暗号化装置及び復号装置の双方のストリーム暗号アルゴリズムの状態が一致していることが、正常な復号には欠かせない。
【特許文献１】特許第３０３０３４１号公報
【特許文献２】特許第３４５５７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、デジタル放送において放送データの伝送誤り等により、ストリーム暗号データを格納するトランスポートパケットの損失が発生すると、暗号化装置と復号装置の双方のストリーム暗号アルゴリズムの状態が不一致となり、復号誤りが発生してしまう。
【０００４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、伝送誤り等による伝送データの損失に対する耐性を強化することのできるストリーム暗号方式の暗号化装置及び復号装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明に係る暗号化装置は、第１の暗号化パケットのデータから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する初期値生成手段と、該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化し、ストリーム暗号化を行う暗号化手段と、該ストリーム暗号データを格納する第２の暗号化パケットを生成する暗号化パケット生成手段と、前記暗号化パケットを送信する送信手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る暗号化装置は、暗号化対象データ及び非暗号化対象データを有するパケットの前記非暗号化対象データから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する初期値生成手段と、該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化し、前記パケットのストリーム暗号化を行う暗号化手段と、該暗号化パケットを送信する送信手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る暗号化装置においては、前記暗号化手段を複数設け、前記初期化パケット生成手段は、前記暗号化手段毎に各々の初期値を生成することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る復号装置は、暗号化パケットを受信する受信手段と、第１の前記暗号化パケットのデータから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する初期値生成手段と、該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化し、第２の前記暗号化パケットに格納されたストリーム暗号データを復号する復号手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る復号装置は、暗号化パケットを受信する受信手段と、前記暗号化パケットの非暗号化対象データから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する初期値生成手段と、該生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化し、前記暗号化パケットに格納されたストリーム暗号データを復号する復号手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る復号装置においては、前記復号手段を複数設け、前記初期化パケット生成手段は、前記復号手段毎に各々の初期値を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ストリーム暗号方式において、伝送誤り等による伝送データの損失に対する耐性を強化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明の各実施形態について順次説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るストリーム暗号方式の暗号化装置１００の構成を示すブロック図である。
図１において、ヘッダ変換部１０１は、トランスポートパケット（ＴＳパケット）のヘッダ変換を行う。ＴＳパケットは、ISO/IEC 13818-1（ＭＰＥＧ-2システム標準）に準拠している。ヘッダ変換部１０１は、ＴＳパケットのヘッダ中のtransport_scrambling_controlフィールドの値を書き換える。transport_scrambling_controlフィールドの値「01」、「10」及び「11」は、暗号化することを示す。transport_scrambling_controlフィールドの値「00」は、暗号化しないことを示す。
【００１４】
鍵ＩＤ挿入部１０２は、ＴＳパケットに鍵ＩＤを格納する。鍵ＩＤには、「Current」と「Next」の２種類がある。鍵ＩＤ「Current」は、現在使用中の鍵の識別子である。鍵ＩＤ「Next」は、次に使用される鍵の識別子である。
【００１５】
図２には、本実施形態に係るＴＳパケットの構成例が示されている。本実施形態では、ＴＳパケットのヘッダを拡張し、鍵ＩＤ「Current」（id_current）及び「Next」（id_next）をそれぞれ格納するフィールドを設けている。
【００１６】
暗号化部１０３は、ＴＳパケット列に対するストリーム暗号化を行う。この暗号化対象となるのは、transport_scrambling_controlフィールドの値が「01」、「10」及び「11」のＴＳパケットである。なお、ＴＳパケットのヘッダについては暗号化しない。暗号化部１０３は、暗号化対象のＴＳパケット毎に、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化を行う。
【００１７】
暗号化部１０３は、暗号化したＴＳパケットを含むＴＳパケット列を送信部１０４に出力する。送信部１０４は、暗号化部１０３から受け取ったＴＳパケット列を送信する。
【００１８】
図３は、本発明の第１実施形態に係る暗号化部１０３の構成を示すブロック図である。
図３において、ストリーム暗号アルゴリズム演算部１１１は、暗号化対象のＴＳパケットから暗号化対象データ（図２に示すdata_byteフィールドのデータ）を読み出し、ストリーム暗号化処理を行う。そのストリーム暗号化処理において、ストリーム暗号アルゴリズム演算部１１１は、先ず、初期値生成部１１３で生成された初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化する。次いで、その初期化完了後に、暗号化対象データをストリーム暗号化する。ストリーム暗号アルゴリズムの初期化では、暗号化対象のＴＳパケットから、鍵ＩＤ「Current」（id_current）及び「Next」（id_next）を読み出し、ストリーム暗号化に用いる鍵を準備する。
【００１９】
暗号化パケット生成部１１２は、そのストリーム暗号データを暗号化対象のＴＳパケットのdata_byteフィールドに格納し出力する。
【００２０】
初期値生成部１１３は、その暗号化されたＴＳパケット（以下、「暗号化ＴＳパケット」と称する）のデータから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する。この生成された初期値は、次の暗号化対象のＴＳパケットに対するストリーム暗号化処理において、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる。つまり、第１の暗号化ＴＳパケットのデータから生成した初期値を用いて、次の第２の暗号化ＴＳパケットを生成するためのストリーム暗号アルゴリズムの初期化が行われる。
【００２１】
初期値生成に用いられるデータは、暗号化ＴＳパケット中の所定位置のデータである。例えば、暗号化ＴＳパケットの最後尾のデータを用いるようにすればよい。
【００２２】
また、暗号化部１０３は、複数のストリーム暗号化過程を有することができる。各ストリーム暗号化過程は、各々対応する暗号化対象のＴＳパケットに対するストリーム暗号化を行う。各ストリーム暗号化過程では、それぞれ独立にストリーム暗号アルゴリズムの初期化を行う。なお、各ストリーム暗号化過程は、PIDフィールド値によって、暗号化対象のＴＳパケットを判別する。
【００２３】
次に、第１実施形態に係るストリーム暗号方式の復号装置を説明する。
図４は、本発明の第１実施形態に係るストリーム暗号方式の復号装置２００の構成を示すブロック図である。
図４において、受信部２０１は、暗号化装置１００から送られたＴＳパケットを受信する。受信部２０１は、受信したＴＳパケットに対する誤り検出及び誤り訂正処理を行う。
【００２４】
パケット振り分け部２０２は、受信部２０１出力後のＴＳパケットについて、ヘッダ中のPIDフィールド値によって各々の行き先へ振り分ける。ここで、暗号化ＴＳパケット（transport_scrambling_controlフィールドの値「01」、「10」及び「11」）は、そのPIDフィールド値に対応する復号部２０３へ出力される。また、暗号化されていないその他のＴＳパケットは、そのまま復号装置２００から出力される。
【００２５】
復号部２０３は、パケット振り分け部２０２から暗号化ＴＳパケットを受け取り、ストリーム暗号の復号を行う。復号部２０３は、暗号化ＴＳパケット毎に、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化を行う。
【００２６】
図５は、本発明の第１実施形態に係る復号部２０３の構成を示すブロック図である。
図５において、ストリーム暗号アルゴリズム演算部２１１は、暗号化ＴＳパケットのdata_byteフィールドからストリーム暗号データを読み出し、ストリーム暗号の復号処理を行う。そのストリーム暗号の復号処理において、ストリーム暗号アルゴリズム演算部２１１は、先ず、初期値記憶部２１２に記憶されている初期値を用いてストリーム暗号アルゴリズムを初期化する。次いで、その初期化完了後に、ストリーム暗号データを復号する。ストリーム暗号アルゴリズムの初期化では、暗号化ＴＳパケットから、鍵ＩＤ「Current」（id_current）及び「Next」（id_next）を読み出し、ストリーム暗号の復号に用いる鍵を準備する。
【００２７】
初期値生成部２１３は、暗号化ＴＳパケットのデータから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する。初期値生成部２１３は、その生成した初期値を初期値記憶部２１２に記憶させる。この記憶された初期値は、次の暗号化ＴＳパケットに対するストリーム暗号の復号処理において、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる。つまり、第１の暗号化ＴＳパケットのデータから生成した初期値を用いて、次の第２の暗号化ＴＳパケットを復号するためのストリーム暗号アルゴリズムの初期化が行われる。
【００２８】
初期値生成に用いられるデータは、暗号化ＴＳパケット中の所定位置のデータである。その所定位置は、暗号化装置１００との間で予め規定されている。
【００２９】
復号部２０３は、復号したＴＳパケットを再生装置３００に出力する。
【００３０】
再生装置３００では、復号されたＴＳパケットの再生が行われる。図４の例では、再生装置３００は、画像再生部３０１、音声再生部３０２及びデータ放送表示部３０３を有している。復号装置２００には、画像再生部３０１、音声再生部３０２及びデータ放送表示部３０３の各々に対応した復号部２０３が設けられている。画像再生部３０１、音声再生部３０２及びデータ放送表示部３０３において、各々対応する復号部２０３から出力されたＴＳパケットの再生が行われる。なお、図３に示す再生装置３００の構成は一例であり、メディア種別（音声、画像、データなど）等は適宜変更することができる。
【００３１】
上述の第１実施形態によれば、暗号化装置と復号装置において、第１の暗号化ＴＳパケットのデータから生成した初期値を用いて、次の第２の暗号化ＴＳパケットに係るストリーム暗号アルゴリズムの初期化が行われ、暗号化過程のストリーム暗号アルゴリズムの状態と、復号過程のストリーム暗号アルゴリズムの状態とが一致する。従って、伝送誤り等により暗号化ＴＳパケットが損失し、一時的に暗号化過程と復号過程の双方のストリーム暗号アルゴリズムの状態が不一致になったとしても、次の暗号化ＴＳパケットの受信時には暗号化過程と復号過程の双方のストリーム暗号アルゴリズムの状態が一致し、正常な復号を再開することができる。これにより、ストリーム暗号方式において、伝送誤り等による伝送データの損失に対する耐性を強化することが可能になる。
【００３２】
なお、上述の実施形態では、ＴＳパケットを用いて鍵ＩＤを復号装置に通知することにより、暗号化装置と復号装置間の鍵の共有を実現したが、その鍵の共有方法はこれに限定されず、他の方法によって暗号化装置と復号装置間の鍵の共有を実現してもよい。
【００３３】
［第２実施形態］
第２実施形態では、図１に示す暗号化装置１００おいて暗号化部１０３を変更し、また、図４に示す復号装置２００において復号部２０３を変更している。暗号化装置１００及び復号装置２００のその他の部分は、第１実施形態と同じであり、その説明を省略する。
【００３４】
図６は、本発明の第２実施形態に係る暗号化部１０３の構成を示すブロック図である。この図６において図３の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
【００３５】
図６において、初期値生成部１２１は、暗号化対象のＴＳパケットの非暗号化対象データから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する。この生成された初期値は、その同じＴＳパケットに対するストリーム暗号化処理において、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる。つまり、暗号化対象のＴＳパケットをストリーム暗号化するときに、その同じＴＳパケットの非暗号化対象データから生成した初期値を用いて、当該ＴＳパケットをストリーム暗号化するためのストリーム暗号アルゴリズムの初期化が行われる。
【００３６】
初期値生成に用いられる非暗号化対象データとしては、暗号化対象のＴＳパケット中の所定位置の非暗号化対象データである。例えば、図２に示すヘッダのデータを用いるようにすればよい。
【００３７】
図７は、本発明の第２実施形態に係る復号部２０３の構成を示すブロック図である。この図７において図５の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
【００３８】
図７において、初期値生成部２２１は、暗号化ＴＳパケットの非暗号化対象データから、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる初期値を生成する。初期値生成部２２１は、その生成した初期値をストリーム暗号アルゴリズム演算部２１１に出力する。初期値生成部２２１で生成された初期値は、その同じ暗号化ＴＳパケットに対するストリーム暗号の復号処理において、ストリーム暗号アルゴリズムの初期化に用いられる。つまり、暗号化ＴＳパケットを復号するときに、その同じ暗号化ＴＳパケットの非暗号化対象データから生成した初期値を用いて、当該暗号化ＴＳパケットを復号するためのストリーム暗号アルゴリズムの初期化が行われる。
【００３９】
初期値生成に用いられる非暗号化対象データとしては、暗号化対象のＴＳパケット中の所定位置の非暗号化対象データである。その所定位置は、暗号化装置１００との間で予め規定されている。
【００４０】
上述の第２実施形態によれば、暗号化装置と復号装置においてパケット単位でストリーム暗号アルゴリズムの初期化が行われ、暗号化過程のストリーム暗号アルゴリズムの状態と、復号過程のストリーム暗号アルゴリズムの状態とが一致し、正常な復号が行われる。これにより、ストリーム暗号方式において、伝送誤り等による伝送データの損失に対する耐性を強化することが可能になる。
【実施例】
【００４１】
図８は、本発明に係る暗号化装置及び復号装置を適用した携帯端末向けデジタル放送システムの一実施例である。図８において、放送局４００は、放送するコンテンツをストリーム暗号方式で暗号化し、そのストリーム暗号をデジタル放送波に乗せて送信する。コンテンツのメディア種別としては、例えば、音声、画像、データ等が挙げられる。携帯端末５００は、デジタル放送波に乗ったストリーム暗号を受信し、そのストリーム暗号を復号鍵で復号しながら再生する。ユーザは、その携帯端末５００で再生されたコンテンツを視聴する。
【００４２】
図９は、図８に示す携帯端末向けデジタル放送システムの構成を示すブロック図である。
図９において、ユーザは、視聴するコンテンツに対応する復号鍵を予め擬似ライセンス購入サーバ６００から取得する。携帯端末５００において、鍵取得モジュール５０１は、インターネット経由で擬似ライセンス購入サーバ６００にアクセスし、復号鍵をダウンロードする。その復号鍵は、コンテンツ復号モジュール５０２に供給される。なお、復号鍵は有償、無償のいずれでもよい。
【００４３】
放送局４００において、ＴＳストリーム生成ツール４０１は、コンテンツが格納されたＴＳパケットから成るＴＳパケット列（ＴＳストリーム）を生成する。そのＴＳストリームは、ＴＳストリーム暗号化ツール４０２により、ストリーム暗号化が施される。このとき、ＴＳストリーム暗号化ツール４０２は、ＴＳパケットの暗号化の都度、ストリーム暗号アルゴリズムを初期化する。この初期化方法は、上述の第１実施形態の方法であっても、第２実施形態の方法であってもよい。その暗号化後のＴＳストリーム（暗号化ＴＳストリーム）は、放送波送出装置群４０３により、デジタル放送波に乗せて送信される。
【００４４】
携帯端末５００において、デジタルＴＶアプリ５０４は、デジタル放送波に乗った暗号化ＴＳストリームを受信する。コンテンツ復号モジュール５０２は、その受信した暗号化ＴＳストリームに対して、ストリーム暗号の復号を行う。その復号後のＴＳストリームに含まれるコンテンツは、各メディアデコーダ５０３により、メディア種別毎に再生される。
【００４５】
次に、図９に示されるコンテンツ復号モジュール５０２の処理手順を説明する。
図９に示されるように、復号モジュール処理手順は、初期化ステップＳ１と、復号ステップＳ２から構成される。
【００４６】
先ず、初期化ステップＳ１では、放送局４００に対応する初期化方法で、復号モジュール５１０を初期化する。復号モジュール５１０は、ストリーム暗号アルゴリズムを有する。その初期化では、鍵取得モジュール５０１から受け取った復号鍵が設定される。初期化ステップＳ１は、暗号化ＴＳパケットの復号の都度、実行される。
【００４７】
次いで、復号ステップＳ２では、初期化済みの復号モジュール５１０により、ストリーム暗号方式の暗号文を復号し、復号結果の平文をストリーム形式で出力する。ストリーム暗号方式の暗号文は、受信した暗号化ＴＳパケットから取得される。一つの暗号化ＴＳパケットの復号が終了すると、初期化ステップＳ１に戻る。
【００４８】
本実施例によれば、デジタル放送において放送データの伝送誤り等により、ストリーム暗号データを格納するＴＳパケットが損失して放送局側と携帯端末側の双方のストリーム暗号アルゴリズムの状態が不一致となり、一時的にデジタル放送の受信状態が不安定になったとしても、直ぐに放送局側と携帯端末側の双方のストリーム暗号アルゴリズムの状態を一致させて、デジタル放送の受信状態を良好な状態に回復させることができる。これにより、携帯端末向けデジタル放送の品質向上に寄与することが可能になる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施例では、携帯端末向けデジタル放送システムに適用した例を説明したが、本発明は各種の放送システム及び通信システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るストリーム暗号方式の暗号化装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るトランスポートパケット（ＴＳパケット）の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る暗号化部１０３の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るストリーム暗号方式の復号装置２００の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る復号部２０３の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る暗号化部１０３の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る復号部２０３の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る暗号化装置及び復号装置を適用した携帯端末向けデジタル放送システムの一実施例を示す説明図である。
【図９】図８に示す携帯端末向けデジタル放送システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００…暗号化装置、１０１…ヘッダ変換部、１０２…鍵ＩＤ挿入部、１０３…暗号化部、１０４…送信部、２００…復号装置、２０１…受信部、２０２…パケット振り分け部、２０３…復号部、１１１，２１１…ストリーム暗号アルゴリズム演算部、１１２…暗号化パケット生成部、１１３，１２１，２１３，２２１…初期値生成部、２１２…初期値記憶部、４００…放送局、４０１…ＴＳストリーム生成ツール、４０２…ＴＳストリーム暗号化ツール、４０３…放送波送出装置群、５００…携帯端末、５０１…鍵取得モジュール、５０２…コンテンツ復号モジュール、５０３…各メディアデコーダ、５０４…デジタルＴＶアプリ、５１０…復号モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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