BE897341A - Systeme de chiffrement multicouche pour la diffusion d'informations chiffrees - Google Patents

Description

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  Système de chiffrement multicouche pour la diffusion d'informations chiffrées. 



   La présente invention concerne un système pour le chiffrement et le déchiffrement de signaux d'informations numériques et s'applique à la radiotélévision, bien que les principes ici décrits n'en 

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 soient pas limités. D'une manière spécifique, l'information audio et/ou l'information de texte à visualiser sur un écran vidéo peuvent être présentées sous une forme numérique et chiffrées. Ces signaux peuvent faire partie d'un système de télévision par câble (CATV), d'un système de télévision à abonnement (STV) ou d'un système de télévision par satellite de diffusion directe (DBS). 



   L'invention a pour but principal de procurer un système destiné à chiffrer des signaux d'information numériques dans le domaine décrit, dans lequel de multiples couches de clefs de chiffrement sont prévues pour assurer la sécurité de l'information diffusée. 



   L'invention a également pour but un système de chiffrement et de déchiffrement du type décrit dans lequel une communication entre la station de diffusion et plusieurs abonnés peut être établie au moyen d'une clef de boîtier particulière à un abonné individuel, une clef de groupe particulière à un groupe d'abonnés ayant un intérêt commun, ou au moyen d'une clef de service qui est commune à une émission spécifique et qui peut être changée de temps à autre par l'intermédiaire des clefs de groupe ou de boîtier. 



   L'invention a également pour but de procurer un système de chiffrement et de déchiffrement simple, fiable et entièrement sûr à utiliser dans la diffusion de signaux d'information numériques. 



   L'invention a encore pour but de procurer un procédé pour régir la diffusion de signaux d'information numériques faisant intervenir des couches ou des niveaux ou des empilements de clefs pour assurer la sécurité du système, les clefs pouvant être changées par communication aux abonnés dans une ou plusieurs des couches de clefs. 



   D'autres buts ressortiront de la description 

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 suivante. 



   L'invention est illustrée schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : la Fig. 1 est un schéma synoptique d'un émetteur à utiliser dans le système de commande décrit ; la Fig. 2 est un schéma synoptique du récepteur, et la Fig. 3 est une vue schématique de structures de message typiques utilisées dans le système ici décrit. 



   L'invention est utile dans des systèmes de télévision CATV, STV et DBS dans lesquels le signal vidéo est codé. Le système de chiffrement et de déchiffrement spécifique décrit ici peut s'appliquer principalement à la partie audio du signal vidéo car le signal audio se prête facilement à la mise sous format numérique. Elle est aussi applicable aux signaux vidéo dans lesquels de l'information de texte alphanumérique est transmise, par exemple le système VIDEO-TEXT actuellement utilisé dans le commerce par la Société Oak Industries Inc., c'est-à-dire la Demanderesse, ou à d'autres types de données numériques ou numérisées comme du logiciel d'ordinateur, des jeux, des programmes radio, des bases de données d'ordinateur, etc., qui peuvent être fournies par l'intermédiaire d'un tel système de communication.

   Des signaux de ce type se prêtent aussi facilement à une mise sous forme numérique et peuvent être, par conséquent, chiffrés et déchiffrés par le système de commande ici décrit. 



   Il est important dans des systèmes de diffusion du type mentionné plus haut d'assurer la discrétion ou le secret des communications, car ces émissions sont habituellement basées sur un abonnement et il faut que le secret soit conservé sous peine de détruire le principe même d'un système de diffusion à abonnement. A 

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 cet effet, divers moyens ont été proposés pour assurer la sécurité des parties des signaux qui peuvent être placées sous une forme numérique. L'invention procure un premier niveau de sécurité par un chiffrement des signaux d'information numériques au moyen d'une clef qualifiée de clef de service qui est fournie à tous les abonnés qui doivent recevoir une émission spécifique ou un type d'émission spécifique.

   Par exemple, la clef de service peut être particulière à un programme spécifique, mais d'une manière plus courante, elle est utilisée pour un canal spécifique lorsque le système est utilisé en télévision. Pour assurer le secret et la sécurité, la clef de service doit être changée périodiquement. Pour changer la clef de service, il est nécessaire de communiquer avec chacun des abonnés et cette communication s'effectue au moyen de la clef dite de groupe qui est commune à un groupe d'abonnés qui doivent tous recevoir un type d'émission spécifique. Un grand nombre de groupes peut être associé à un système de communication spécifique et un abonné individuel peut lui-même appartenir à plus d'un groupe ou à une pluralité de groupes.

   D'une manière spécifique, pour changer la clef de service pour un type d'émission particulier, l'émetteur doit communiquer avec tous les abonnés de la clef de groupe et il utilise la clef de groupe pour changer la clef de service. En variante, un grand nombre de clefs de service peut être stocké dans chaque décodeur et la station émettrice choisit une clef de service spécifique en communiquant avec l'abonné dans la clef de groupe. 



   De temps à autre, les goûts et les souhaits des abonnés en matière de programme changent et il est donc nécessaire de changer les groupes, de reformer des groupes et d'ajouter ou de supprimer des abonnés dans un groupe particulier. Cette opération peut à nouveau 

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 s'effectuer par communication avec les abonnés dans la clef de groupe. Le clef de groupe elle-même peut être changée et des abonnés peuvent être ajoutés au groupe ou être supprimés de celui-ci ou en fait, de nouveaux groupes peuvent être formés par communication avec les 
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 abonnés au moyen de la clef de groupe. 



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Outre la communication au moyen de la clef de groupe, il faut disposer des adresses qui sont particulières à un abonné individuel et à un groupe. Par exemple, chaque abonné peut comporter sa propre adresse qui lui est particulière. L'adresse est stockée dans le décodeur de l'abonné. De plus, l'abonné peut appartenir à un ou plusieurs groupes qui comportent chacun une adresse spécifique, ces adresses étant stockées temporairement dans le décodeur d'abonné. L'émetteur peut donc 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 clef de groupe particulière au groupe dont l'émetteur s'occupe de manière spécifique à ce moment. 



   A titre de moyen final pour assurer la sécurité et le secret, chaque abonné peut comporter une clef connue sous le nom de clef de boîtier qui est une clef particulière à un abonné spécifique. Si l'émetteur souhaite communiquer d'une manière complètement secrète avec un abonné individuel, il peut le faire au moyen de la clef de boîtier de l'abonné. Par exemple, si l'émetteur se rend compte qu'un ou plusieurs groupes de clefs ont été compromis et que le seul moyen de reformer des groupes consiste à communiquer avec chaque abonné individuel au moyen de sa clef de boîtier, il peut procéder de cette façon, bien que cette opération soit fastidieuse et puisse prendre plusieurs heures.

   En tout cas, en disposant d'une clef de boîtier câblée dans chaque boîtier d'abonné, l'émetteur peut communiquer 

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 avec chaque abonné individuel au moyen de cette clef spécifique pour apporter des changements aux clefs de groupes ou former de nouveaux groupes, etc. Dans le sens général, il n'est pas nécessaire de faire une distinction logique entre des clefs de groupes et des clefs de boîtiers ou entre des adresses de groupes et des adresses de boîtiers. La paire adresse de boîtier/clef de boîtier constitue simplement un autre sous-ensemble (groupe) d'abonnés qui s'avère n'être constitué que d'un seul participant. 



   Deux canaux de communication sont normalement prévus entre l'émetteur et les abonnés. Le canal de service fournit les signaux d'informations numériques et ces signaux sont chiffrés au moyen de la clef de service. L'autre canal est le canal de commande nécessaire pour modifier les clefs de service, changer ou reformer des clefs de groupes, etc., et ce canal peut être indépendant du canal transportant les signaux d'information numériques, ou bien il peut être introduit dans des intervalles dans le canal de service. Par exemple, en télévision, le canal de service peut être aux fréquences de la porteuse son et le canal de commande peut être à une fréquence FM différente. Un autre système assure que le canal de commande soit introduit sous la forme de données dans les intervalles de suppression de trame ou de ligne du signal vidéo d'accompagnement. 



   Sur la Fig. 1, le calculateur de commande du réseau est indiqué en 10 et est normalement programmé pour exécuter toutes les fonctions du système de commande général comme décrit plus haut. Un dispositif de chiffrement de données de service 12 reçoit des données de service numérisées à son port de données 14. Ces données peuvent être de l'information de texte ou audio numérisée comme décrit plus haut. La clef de 

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 service du moment est fournie au port de clef 16 par 
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 e eraune source de clefs de service du moment 18. Un généra- teur de clefs 20 fournit une alimentation constante de clefs de chiffrement. Le générateur de clefs 20 fournit des clefs à la source de clefs de service 18 et à une base de données d'identification de groupe de réseau et de clef de groupe et de boîtier 22.

   Le calculateur 10 fournit également un signal d'entrée à la base de données 22 de telle sorte que des identifications de groupes puissent être ajoutées ou changées ou remplacées. 



   Un signal de sortie de la base de données 22 passe à une source de clefs de groupes de récepteurs 24 qui fournit le signal d'entrée pour le port de clef 26 du dispositif de chiffrement de canal de commande 28. 



  Le port de données 30 du dispositif de chiffrement 28 reçoit son signal d'entrée d'un sélecteur 32 qui reçoit, à son tour, un signal d'entrée de la source de clefs de service 18 et un second signal d'entrée d'une source de nouvelles clefs de groupes 34. Le sélecteur fournit donc un changement de clef de service ou un changement de clef de groupe au port de données du dispositif de chiffrement de canal de commande et ces données sont codées dans la clef de groupe de ce moment à transmettre au dispositif combineur 36. Le dispositif combineur 36 est connecté à un modulateur qui fournit un signal modulé approprié au milieu de communication particulier, par exemple CATV, STV ou DBS. 



   Un signal d'entrée supplémentaire pour le dispositif combineur 36 provient directement du calculateur de commande de réseau 10 et fournit diverses informations de commande telles que les corrections d'erreur, etc. 



   En plus de l'information de clef chiffrée qui fait partie d'un message de commande, chaque message 

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 comprend des numéros d'identification ou des adresses particulières à un abonné ou à un groupe. Cette information est fournie par la base de données 22 au dispositif combineur 36 par l'intermédiaire d'une nouvelle identification de groupe 38 qui est utilisée lorsqu'une ID de groupe doit être changée ou par l'intermédiaire d'une identification de groupe de récepteurs 40 qui est utilisée lorsqu'un groupe particulier doit être adressé. 



   La Fig. 3 illustre des messages de commande typiques qui peuvent être envoyés par le dispositif combineur 36 en tant que données de canal de commande. 



  Dans le message supérieur, on trouve, à titre de première zone d'un message, divers signaux d'ordre et de commande particuliers au protocole du système spécifique. La zone suivante du message est l'identification de groupe de récepteurs ou l'adresse de tous les boîtiers d'abonnés dans un groupe particulier qui doivent recevoir le message. Ceci est nécessaire pour informer les boîtiers d'abonnés qu'un message est en route. Dans l'hypothèse où une nouvelle clef de groupe doit être fournie, celle-ci fera l'objet de la zone suivante du message et cette information sera chiffrée au moyen de la clef de groupe du moment. Si une nouvelle identification ou adresse de groupe doit être fournie parce que le groupe doit être changé ou reformé d'une certaine manière, cette information sera aussi fournie, mais elle ne doit pas l'être sous une forme chiffrée.

   Finalement, le message se conclut par des informations d'ordres diverses, comme la correction des erreurs, etc. 



   Un deuxième type de structure de message est indiqué dans la partie inférieure de la Fig. 3 et diffère, dans ce cas, du message supérieur en ce qu'une nouvelle clef de service est fournie à tous les parti- 

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 cipants faisant partie du groupe. Cette clef de service spécifique est chiffrée au moyen de la clef de groupe de ce moment. 



   Un récepteur typique est illustré sur la Fig. 2. Les données de service chiffrées sont fournies sur le canal de service et constituent un signal d'entrée pour le port de données 42 du dispositif de déchiffrement de données de service 44. Le signal de sortie est constitué par les données de service déchiffrées. 



   Les données de canal de commande sont dirigées vers un processeur de données de récepteur 46 que la zone d'identification de groupe de récepteurs, aiguil- 
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 l'e e lée l'intermédiaire d'un circuit de sélection 48, traverse et où elle est comparée dans un circuit comparateur 50 à l'identification de groupe stockée dans une table de mémoire ou un dispositif de stockage de mémoire 52. Si l'on suppose que l'abonné particulier doit recevoir le message sur le canal de commande, le processeur de données 46 est validé et amène, à son tour, la table de mémoire à fournir l'information de clef requise aux dispositifs de déchiffrement. 



   Si une nouvelle identification de groupe doit être fournie, le processeur de données de récepteur 46 transmet cette information, qui est séparée par un circuit de sélection de nouvelle ID de groupe 54 directement à la partie d'identification de groupe de la table de mémoire de telle sorte que l'ID de groupe puisse être changée de la manière requise. 



   L'information d'ordre passe directement par un circuit de séparation 56 au processeur de données de récepteur pour exécuter une partie de la fonction de validation en vue de permettre au processeur de traiter l'adresse d'identification de groupe ou une modification de l'adresse d'identification de groupe, de la 

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 manière requise en fonction d'un message spécifique. 



  L'identification de groupe qui peut être particulière à un seul abonné ou à un des groupes auxquels l'abonné appartient, est donc stockée dans la table de mémoire 52 et peut être changée périodiquement selon les goûts et les besoins d'un abonné spécifique. 



   La partie de clef chiffrée d'un message de canal de commande est séparée par le détecteur de clef de groupe ou de service chiffré 58 et est envoyée directement au port de données 60 du dispositif de déchiffrement de canal de commande 62. Le port de clef du dispositif de déchiffrement 62, indiqué en 64, est connecté à la partie de clef de groupe et de boîtier de la table de mémoire. Ainsi, lorsqu'elle est validée par le processeur de données 46, la clef requise est extraite de la mémoire et est fournie au port de clef du dispositif de déchiffrement du canal de commande 62. 



  Sous ce rapport, la table de mémoire peut être une zone de stockage non volatile destinée à recueillir les identifications de groupes et les clefs de groupes résidant dans le boîtier. La clef de boîtier permanente pour un boîtier d'abonné spécifique est stockée de manière permanente dans la table de mémoire et n'est sujette ni à révision ni à modification. 



   La sortie du dispositif de déchiffrement de canal de commande 62 qui peut être un changement de clef de service ou de clef de groupe est connectée à la table de mémoire et à la source de clefs de service 68, la sortie de la source de clefs de service étant connectée au port de clef 70 du dispositif de déchiffrement de données de service 44. Cela étant, un changement de clef de service est appliqué au dispositif de chiffrement de données de service pour déchiffrer les signaux contenant de l'information qui proviennent de la station d'émission ou de diffusion. Un 

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 changement de clef de groupe est communiqué à la table de mémoire de telle sorte que l'information de clef de groupe puisse être ajoutée ou supprimée ou modifiée selon les nécessités. 



   Dans une situation d'émission typique, en supposant que des signaux audio faisant partie d'une émission de télévision à abonnement soient les signaux d'information en question, ces signaux audio sont numérisés et chiffrés au moyen d'une clef de service spécifique et sont diffusés sur le milieu particulier qui peut être un système CATV, STV ou DBS. La clef de service est disponible pour chaque abonné acceptable pour recevoir cette émission et peut être périodiquement changée par le distributeur de l'émission selon les nécessités du maintien de la sécurité du système. 



  Chaque fois qu'un changement de clef de service est nécessaire, cette information est envoyée par le canal de commande à tous les abonnés qui doivent recevoir cette émission. Le changement de clef de service est chiffré dans la clef de groupe qui est particulière au groupe qui doit recevoir l'émission particulière. Par exemple, un groupe peut être composé des individus qui s'intéressent aux films cinématographiques pour adultes, de ceux qui s'intéressent aux opéras ou de ceux qui s'intéressent à des programmes sportifs de type spécifique. Le groupe peut être formé d'individus se trouvant dans une zone géographique spécifique. Le nombre et les types de groupes sont presque infinis et normalement, chaque abonné peut appartenir à plusieurs groupes et dispose d'une clef de groupe et d'une identification de groupe associée à chacun de ces groupes. 



   Si un abonné spécifique souhaite appartenir à un nouveau groupe, ce fait est communiqué à la station émettrice et si un seul abonné souhaite se joindre au 

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 groupe, l'émetteur peut communiquer l'identification de groupe et la clef de groupe à cet abonné par l'intermédiaire de la clef de boîtier individuelle de cet abonné. D'autre part, si une partie substantielle d'un groupe existant doit être impliquée dans un nouveau groupe, l'émetteur peut s'adresser à ces abonnés pour former le nouveau groupe au moyen de la clef de groupe en cours, le message étant toutefois précédé des identifications individuelles de ces abonnés particuliers.

   L'émetteur peut donc former de nouveaux groupes, supprimer des abonnés d'un groupe particulier, etc., simplement en communiquant avec les abonnés dans les limites du concept de l'identification de groupe et de la clef de groupe. Des clefs de groupes peuvent être changées sans modification concernant les abonnés, parce que de temps à autre l'émetteur peut estimer que la clef de groupe pourrait avoir été compromise. 



   A certains moments, il peut être nécessaire que l'émetteur communique individuellement avec tous les abonnés dans le système. L'émetteur considère peut- être que d'une certaine manière, le principe des clefs de groupes a été compromis et qu'il est nécessaire de changer complètement les clefs de groupes dans la totalité du système. Dans ce cas, l'émetteur communique avec chaque abonné au moyen de la clef de boîtier individuelle de l'abonné. Il s'agit là d'un processus fastidieux, par exemple de plusieurs heures, qui est normalement effectué pendant la nuit lorsqu'il n'y a que peu ou pas d'abonnés qui regardent le programme de télévision. 



   L'invention offre une grande souplesse pour la station d'émission. Des boîtiers qui sont volés ou qui se trouvent dans les maisons d'abonnés qui ne paient pas peuvent être détectés ou être rendus inefficaces électroniquement. Les abonnés peuvent sélectionner 

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 différents types de programmation. Le système est sûr en ce que l'émetteur dispose de couches ou d'empilements de clefs pour chiffrer l'information et communiquer avec des abonnés. 



   Quoique le dispositif de chiffrement de données de service et le dispositif de chiffrement de canal de commande aient été décrits comme étant physiquement séparés, il va de soi pour les spécialistes que ces circuits peuvent être physiquement identiques, tout en répondant fonctionnellement à des instructions différentes pour exécuter des fonctions de chiffrement de service et de commande. Il en va de même pour les dispositifs de déchiffrement de récepteurs. 



   Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.

Claims (8)

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   R REVENDICATIONS E V E N D I C A T I O N S1.-Procédé pour commander l'émission simultanée de signaux d'information numériques chiffrés vers plusieurs abonnés, selon lequel chaque abonné dispose d'une clef de chiffrement de boîtier permanente, le signal d'information numérique est émis au moyen d'une clef de chiffrement de service et une communication avec des abonnés peut s'effectuer au moyen d'une clef de chiffrement de groupe commune à un groupe d'abonnés ayant un intérêt commun dans la réception de signaux émis d'un type particulier, caractérisé en ce que :

   (a) on émet simultanément des signaux d'information numériques au moyen d'une clef de service spécifique, ces signaux d'informations numériques étant déchiffrés par des abonnés possédant la clef de service, (b) on change la clef de service des abonnés en communiquant simultanément le changement de clef de service aux abonnés dans au moins une partie d'un groupe, cette communication s'effectuant au moyen de la clef de chiffrement de groupe.
2. 2.-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on change la clef de chiffrement de groupe d'au moins une partie des abonnés d'un groupe en communiquant ce changement au moyen de la clef de chiffrement de groupe aux abonnés sélectionnés du groupe.
3. 3.-Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque communication avec un abonné du groupe est précédée d'une adresse pour des abonnés désignés du groupe.
4. 4.-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on change la clef de groupe et/ou on forme un nouveau groupe d'abonnés en communiquant à <Desc/Clms Page number 15> chaque abonné, individuellement et séquentiellement, une nouvelle clef de groupe, cette communication avec chaque abonné s'effectuant au moyen de la clef de boîtier de l'abonné.
5. 5.-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on change la clef de groupe et/ou on forme un nouveau groupe d'abonnés en communiquant à chaque groupe d'abonnés, en tout ou en partie, une nouvelle clef de groupe, cette communication s'effectuant au moyen de clefs de chiffrement de groupes.
6. 6.-Récepteur destiné à déchiffrer des signaux d'information numériques émis chiffrés au moyen d'une clef de chiffrement de service commune d'émetteur comprenant : (a) un dispositif de déchiffrement de données de service utilisant une clef de déchiffrement de service commune d'émetteur pour déchiffrer des signaux d'informations numériques émis, (b) un dispositif de stockage à mémoire pour retenir une clef de déchiffrement de boîtier d'abonné individuelle et au moins une clef de déchiffrement de groupe modifiable, et (c) un dispositif de déchiffrement de canal de commande comportant une entrée de canal de commande et connecté au dispositif de déchiffrement de données de service et de stockage à mémoire,

   le dispositif de déchiffrement de canal de commande utilisant la clef de déchiffrement de boîtier ou une clef de déchiffrement de groupe pour déchiffrer un message de commande se rapportant à une modification de la clef de déchiffrement de service ou à une modification ou formation d'une clef de déchiffrement de groupe.
7. 7.-Récepteur suivant la revendication 6, caractérisé, en outre, en ce que le dispositif de stockage à mémoire comprend une ou plusieurs adresses <Desc/Clms Page number 16> spécifiques à un abonné et à son ou ses groupes spécifiés et un dispositif comparateur pour déterminer si un message de canal de commande est adressé à un abonné spécifique.
8. 8.-Récepteur suivant la revendication 7, caractérisé, en outre, en ce qu'il comprend un processeur de données de récepteur connecté au dispositif de stockage à mémoire pour ajouter et/ou supprimer et/ou remplacer des adresses dans le dispositif de stockage à mémoire.