CN1166144C - 连接到局域数字网络的显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种连接到局域数字网络的显示设备(2、3),用于接收网络中的数据流,在访问装置(1)连接到网络时,由专用于网络的单个加密密钥对数据进行加密,其中,所述显示设备包括状态指示器,用于指示显示设备是否包括用于解密接收的数据的专用于网络的对应的解密密钥,和显示设备是否被授权发送解密密钥到连接到网络的任何新显示设备。数据以加密形式在网络上传送,并且网络上的设备利用单个密钥,即网络的局域密钥对数据进行加密和解密。网络的局域密钥优先由公开密钥和专用密钥对构成。此网络的目的是可以在局域网内拷贝数据,同时可以防止将数据非法拷贝到其它局域网。

Description

连接到局域数字网络的显示设备
技术领域
本发明一般地涉及数字局域网,更具体地说本发明涉及数字家庭网。
背景技术
这种网络包括由数字总线(例如根据IEEE 1394标准的总线)互联的一组设备。它主要包括两种设备:
●接入设备,可以接收局域网外部发送的数据并在此设备所连接的网络点发送它们,以及
●显示设备,适于接收网络上传送的数据以将它们显示在这些设备所连接的另一个网络点。此第二种设备不链接到局域网外部。
因此,以数字家庭网为例,如果希望将音频数据和/或视频数据传送到住宅内的各房间,例如,接入设备是通过卫星天线或通过有线连接从网络外部接收视频节目的数字解码器或机顶盒,或者是光盘阅读机,它通过网络广播从光盘(在此例中,光盘中含有网络外部发送的数据)读取的数字形式数据(音频和/或视频)。例如,显示设备是电视接收机,可以观看从网络接收的视频节目,或者,更一般地说,是可以将接收的数字信息转换为模拟信号从而向最终用户广播此信号的装置。
上述类型的家庭网络还可以包括不链接到网络外部、并具有记录网络上流动数据功能的第三种设备。以此第三种装置为例,具体对数字视频记录器或对可以对DVD型(缩写“DVD”表示“数字多用途光盘”)光盘进行记录的装置进行说明。
应该注意,同一种装置可以属于上述两种、甚或三种不同种类的设备。例如,对光盘进行记录的装置还可以对市售的预记录的光盘进行读取,因此它同时还属于上述第一类和第三类设备。
如果考虑内容提供商的观点,内容提供商从局域网外部提供数据,尤其是从广播付费电视节目业务的提供商,或者其它光盘出版商,则必须防止发送的这些数据被拷贝,还必须防止这些数据被容易地(例如拷贝到光盘或任何其它记录介质)从一个局域网传送到另一个局域网。
为此,已知的作法是通过利用采用密钥的加密算法进行加密以加密形式发送数据,许可事先知道此密钥的设备接收这些数据,或者根据特定保密协议在内容提供商与这些设备之间交换密钥。
如果从拥有数字家庭网络的用户的观点出发,当许可此网络上的一个设备从内容提供商那里接收数据时,希望这些数据可以被发送到网络上的所有其它设备。作为付费电视业务订购者并通过设置在起居室内的机顶盒接收节目(以加密形式发送的节目)的用户希望利用例如放置在卧室内的电视机观看这些节目。此外,用户还有兴趣对接收的节目进行记录,这样之后就可以利用网络上的几个设备观看这些节目,即使他不再是付费电视业务的订购者。
发明内容
考虑到内容提供商以及用户的要求,本发明的一个目的是提供一种通过数字局域网接收的数据可以在局域网的各设备之间自由传送,但是可以防止它们从一个局域网传送到另一个局域网的装置。
一种连接到局域数字网络的显示设备,用于接收网络中的数据流,在访问装置连接到网络时,由专用于网络的单个加密密钥对数据进行加密,其中,所述显示设备包括状态指示器,用于指示显示设备是否包括用于解密接收的数据的专用于网络的对应的解密密钥,和显示设备是否被授权发送解密密钥到连接到网络的任何新显示设备。
附图说明
在阅读了下面的特殊描述并参考附图之后,对本发明的特定、非限制性实施例所作说明后,本发明的其它特征和优势将变得更加明显,其中:
图1示出本发明的数字局域网;
图2示出创建如图1所示的数字网的方法;以及
图3示出根据图2所示的方法将新显示设备连接到数字局域网的方法。
具体实施方式
在附图中,只有对于理解本发明和将说明的特定实施例起重要作用的部件被示出。
图1示出数字家庭网络,该网络包括:接入设备1、显示设备2、显示设备3以及通常被称为DVCR(缩写DVCR代表“盒式数字录像机”)的数字录像机4。设备1、2、3和4的组合被连接到例如是根据IEEE 1394标准总线的家庭数字总线B。
接入设备1包括配备了智能卡11的智能卡阅读机的数字解码器10。此数字解码器10或者连接到卫星天线,或者连接到有线网络,从而接收业务提供商发送的视频节目。例如以MPEG-2格式的数据流F形式接收这些节目。在已知方式中,它们以加密方式被发送,利用控制字CW对内容进行加密。这些控制字根据给定的加密算法的密钥K的加密形式,以数据流F的形式被发送、以在传输期间保留加密。
因此,只允许业务提供商许可的用户可以对发送的数据进行解密(例如凭订购付费解密)。为此,提供商向许可用户提供用于对控制字CW进行解密的密钥K。非常常见的情况是,用户支付其订购费,只许可临时接收节目。因此,业务提供商定期调整密钥K。
根据本发明,如下所述,当用户订购时他仍可以记录发送的节目,他希望播放几次就可以在其网络上播放几次,即使他不再是订购者。相反,由于以加密形式记录数据,所以仅可以在用户对它们进行记录的网络上播放它们。
在图1中,所示网络处于这样的状态,即所有装置已经根据将于之后结合图2和图3说明的方法被连接。
现在,我们将说明以数据流F形式发送的、被解码器10接收的数据如何被处理。正如本技术领域内的熟练技术人员已知的那样,如果根据MPEG-2格式发送数据,则数据流F包括连续视频数据分组、连续音频数据分组以及连续管理数据分组。管理数据分组具体包括:被表示为ECM的控制消息,(缩写“ECM”代表“资格控制消息”),利用密钥K以加密形式发送此消息;控制字CW,用于对以视频数据分组和音频数据分组形式发送的数据进行加密。
此数据流F被发送到智能卡11以被智能卡11处理。去复用器电路(DEMUX)12接收此数据流F,此去复用器电路一方面将ECM发送到接入控制电路(CA)13,另一方面将被表示为DE的加密视频数据和音频数据分组发送到复用电路(MUX)15。电路CA含有密钥K并可以对包含在ECM内的控制字CW进行解密。电路CA将这些控制字CW发送到转换器电路14,根据本发明,此转换器电路含有网络的局域公开密钥KPUB.LOC。转换器14利用密钥KPUB.LOC对控制字CW进行加密,并将这些利用局域公开密钥加密的控制字发送到以用LECM表示的控制消息的复用电路15。这些消息LECM与以初始数据流F接收的消息ECM具有相同作用,即发送控制字CW,但是在消息LECM中,是利用局域公开密钥KPUB.LOC对控制字CW进行加密,而不是利用业务提供商的密钥K进行加密。
复用电路15以数据流F’的形式发送数据分组DE和转换的控制消息LECM,然后被解码器10接收。然后,此数据流F’通过家庭总线B被显示设备2或显示设备3接收,或者被数字录像机4接收,然后被记录。根据本发明,数据总是以加密形式通过总线B,并且网络上只有含有局域专用密钥KPRI。LOC的装置可以对控制字进行解密并由此对数据DE进行解密。因此,这样就可以防止将在图1所示的家庭网络内进行的任何拷贝广播到其它局域网。
在图1所示的例子中,可以将电路12至电路15集成到智能卡11,但是在变换实施例中,可以将DEMUX电路和MUX电路设置到解码器10内,只保留电路13和电路14集成到智能卡内。具体地说,由于电路CA 13和转换器14含有解密和加密密钥,所以必须将它们集成到诸如智能卡的保密介质内。
显示设备2包括设置了智能卡阅读机的数字电视接收机(DTV1)20,对此智能卡阅读机配备智能卡21。通过总线B,接收机20接收解码器10产生的或由数字录像机4产生的数据流F’。数据流F’被传送到智能卡21。它被去复用器电路(DEMUX)22接收,去复用器电路(DEMUX)一方面将加密的视频数据分组和音频数据分组DE发送到解密电路(DES)24,另一方面将转换的控制消息LECM发送到终端模块23。终端模块23含有网络的公开密钥(KPUB。LOC)和专用密钥(KPRI.LOC)对。由于控制消息LECM含有利用网络的局域公开密钥KPUB。LOC加密的控制字CW,所以终端模块可以利用局域专用密钥KPRI.LOC对这些控制字进行解密以获得明文控制字CW。然后,将这些控制字CW发送到解密电路24,解密电路24利用这些控制字CW对数据分组DE进行解密并将明文数据分组DC输出到电视接收机20。
为了保证最后在智能卡21与电视接收机20的显示电路之间传送明文数据DC,所以要根据对智能卡进行加密的美国NRSS标准(NRSS是National Renewable Security Standard的缩写),对所述智能卡与接收机20的智能卡阅读机之间的接口I进行加密。
第二显示设备3包括设置了智能卡阅读机的数字电视接收机(DTV2),为此智能卡阅读机配备智能卡31,第二显示设备3与显示设备2的运行方式完全相同,因此不再做进一步的说明。
利用上述说明的数字局域网,内容提供商提供的数据流F被接收它的接入设备利用局域公开密钥KPUB.LOC转换为数字流F’。此数据流F’含有具有局域网专用格式的数据,除非利用所有含有网络的局域专用密钥的局域网显示设备,否则不能对将此数据进行解密。
现在,将说明如何建立图1所示的数字局域网并说明如何对新装置与所述网络的连接进行管理以确保网络的所有装置全部共享网络的唯一局域密钥对。
在图2中,图解示出图1所示的数字网络的建立方法。
为了建立根据本发明的数字网络,需要将接入设备与显示设备连接在一起。
在图2中,假定首先通过利用数字总线B连接接入设备1与显示设备2建立网络。沿时间轴t示出建立网络的方法的各步骤,为了说明两种设备之间发生的各种交换,所以时间轴t成对出现。
在方法的第一步骤100,在空白状态,根据本发明,当两种设备连接到一起时,显示设备含有公开密钥KPUB2和专用密钥KPRI2对。
设备的状态最好由状态指示器IE存储,状态指示器IE是位于终端模块23(如图1所示)内的2位寄存器。按照惯例,假定当设备处于空白状态时,状态指示器IE=00;当设备处于孵化器状态时,IE=01,并且当设备处于无效状态时,IE=10。
状态指示器IE包含在智能卡的集成电路内,以确保它没有被篡改。
制造商销售显示设备时,显示设备必须可以连接到本发明类型的任何现有数字局域网。它还必须可以被连接到接入设备以建立新网络。这就是为什么根据本发明制造的显示设备通常包括公开密钥和专用密钥对的原因,这对密钥是唯一的,而且一个设备与另一个设备的密钥对也不同,因此可以确保根据本发明建立的各局域网也具有唯一密钥对。此外,为了确保交换保密,根据本技术领域内的熟练技术人员已知的方法对使用的所有专用密钥/公开密钥对进行认证。
另一方面,制造、销售的接入设备不需要含有任何加密/解密密钥。,它们仍最好含有根据本发明以及诸如上述结合图1所述的转换电路(包括在智能卡内),转换电路可以存储它们适于所连接的网络的局域密钥。
继续参考图2,在此方法的步骤101,显示设备2通过总线B将其公开密钥KPUB2发送到适于与总线B相连的所有接入设备,在此例中为接入设备1。
在步骤102,接入设备1接收公开密钥KPUB2并将它作为网络的新局域公开密钥(KPUB.LOC=KPUB2)进行存储。
在步骤103,通过总线B,接入设备1将状态变更信号发送到显示设备2。此步骤的目的是表明,显示设备2是第一个被连接到网络上的,并且因此它必须成为网络孵化器,也就是说,只许可显示设备将其专用密钥KPRI2(成为网络的局域专用密钥KPRI.LOC)发送到适于与网络相连的任何新显示设备。
因此,在步骤104,显示设备2接收状态变更信号并对其状态指示器进行调节以进入孵化器状态(IE=01)。
在此处理结束时,可以实现根据本发明的数字局域网,该数字局域网包括:为网络上的两种设备所知的、唯一局域公开密钥KPUB.LOC(等于显示设备2的初始公开密钥KPUB2);和仅为显示设备2所知的唯一局域专用密钥KPRI.LOC。根据本发明,该网络还包括孵化器显示设备,通过连接新显示设备可以对它进行变更。
现在,结合图3对将新显示设备(在此例中为显示设备3)连接到根据图2所示方法建立的网络的方法进行说明。
在此方法的第一步骤200、200’、200”,通过数字总线B将显示设备3连接到现有局域网,显示设备3含有自己的公开密钥KPUB3和专用密钥KPRI3对,而且显示设备3处于空白状态(IE=00)。接入设备1和显示设备2的状态分别与图2所示方法结束时的状态相同。即接入设备1含有网络的局域公开密钥KPUB.LOC,并且显示设备是网络孵化器(IE=01)并含有网络的局域密钥对(KPUB.LOC、KPRI.LOC)。
在第二步骤201,显示设备3通过总线B将其公开密钥KPUB3发送到适于与总线B相连的所有接入设备,在此例中为接入设备1。此步骤与建立方法的步骤101(如图2所示)相同。
在步骤202,接入设备1接收公开密钥KPUB3并验证接入设备1是否已经含有公开密钥(VERIF.PRESENCE KPUB.LOC)。
如果验证结果是肯定的,则在此例中,进入下一步骤203,在步骤203,接入设备1通过总线B将局域公开密钥KPUB.LOC发送到新显示设备3。
在步骤204,显示设备3接收局域公开密钥KPUB.LOC并最好将它存储到终端模块。
在下一步骤205,显示设备3通过总线B将请求网络孵化器设备消息(孵化器?)形式的信号发送到网络的所有显示设备以对它作响应。
在步骤206,网络孵化器设备,在此例中即显示设备2接收此消息,并且一旦在显示设备2与显示设备3之间以可靠形式建立了通信,它就改变状态从而进入无效状态(IE=10)。
然后,在步骤207,显示设备2发送可以被显示设备3解密的、加密形式的网络的局域专用密钥(E(KPRI.LOC))。具体地说,这样通过利用显示设备3的初始公开密钥KPUB3对局域专用密钥进行加密,可以保证在显示设备2与显示设备3之间传输局域专用密钥,显示设备3利用其专用密钥KPRI3可以将此消息解密。例如,在步骤205,将密钥KPUB3发送到显示设备2。
在步骤208,显示设备3接收、解密局域专用密钥并将它优先存储到其与智能卡31集成在一起的终端模块(如图1所示)、
在步骤209,显示设备3通过总线B将确认收到局域专用密钥的信号(ACKNOWLEDGE-RECEIPT(KPRI.LOC))发送到显示设备2。
在步骤210,显示设备2接收此收到确认信号,并以响应形式将状态变化信号发送到新显示设备3,然后在步骤211,显示设备3接收此信号并改变状态从而成为新网络孵化器(IE=01)。
由于显示设备2此后将处于无效状态,所以它没有资格再将网络的局域公开密钥发送到另一个显示设备。这样就可以防止拆下此显示设备2来建立另一个与上述网络具有相同局域密钥对的非法局域网。
此方法结束时,有两个显示设备2和3以及一个接入设备1连接到局域网。它们均共享网络的局域密钥对KPUB.LOC、KPRI.LOC。因此,在网络中,孵化器始终是唯一的,此网络孵化器就是最后连接到网络的显示设备。
对于接入设备本身来说,将新接入设备连接到局域网的过程非常简单,因为根据本发明的任何接入设备在销售时不含有密钥。具体地说,可以设想,当将新接入设备引入网络时,新接入设备就通过总线B发送请求接收网络的公开密钥的消息。然后,接收此消息的第一网络设备,或者仅孵化器设备准备响应此消息、将网络的公开密钥发送到新接入设备。

Claims (7)

1.一种连接到局域数字网络的显示设备(2、3),用于接收网络中的数据流,在访问装置(1)连接到网络时,由专用于网络的单个加密密钥对数据进行加密,其中,
所述显示设备包括状态指示器,用于指示显示设备是否包括用于解密接收的数据的专用于网络的对应的解密密钥,和显示设备是否被授权发送解密密钥到连接到网络的任何新显示设备。
2.按权利要求1所述的显示设备,其特征在于显示设备的第一状态,即空白状态(IE=00)指示显示设备是第一次连接到网络,显示设备不包括专用于网络的解密密钥。
3.按权利要求2所述的显示设备,其特征在于显示设备的第二状态,即孵化器状态(IE=01)指示显示设备包括专用于网络的解密密钥,显示设备被授权发送解密密钥到连接到网络的任何新显示设备。
4.按权利要求3所述的显示设备,其特征在于显示设备的第三状态,即无效状态(IE=10)指示显示设备包括专用于网络的解密密钥,显示设备没有被授权发送解密密钥到连接到网络的任何新显示设备。
5.按权利要求4所述的显示设备,其特征在于所述显示设备只按照下述方式改变状态:
从空白状态到孵化器状态;或
从孵化器状态到无效状态;或
从空白状态到无效状态。
6.按权利要求5所述的显示设备,其特征在于如果所述显示设备处于孵化器状态,那么连接到网络上的显示设备处于孵化器状态。
7.按权利要求1至6之一所述的显示设备,其特征在于状态指示器包含在能够被插入所述显示设备中的智能卡(21、31)。
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