專利名稱：數(shù)據(jù)傳輸控制方法和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)到數(shù)據(jù)接收機(jī)的數(shù)據(jù)的傳輸 的、數(shù)據(jù)傳輸控制方法和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明特別涉及一種用于限制從 數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)到特定數(shù)據(jù)接收機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)的接收的、數(shù)據(jù)傳輸控制方法和 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾年，允許數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到多個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收機(jī)的、網(wǎng)絡(luò) 型數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已經(jīng)建立起來了。例如，作為利用衛(wèi)星鏈路把視頻和音頻 信息分配給多個數(shù)據(jù)接收機(jī)的廣播數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星電視廣播。
該廣播數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的另 一個例子是作為局域網(wǎng)(LAN)建立的以太網(wǎng)。 如圖l所示，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)典型地由用于發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)351、以及用 于通過網(wǎng)絡(luò)353接收來自數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)351的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收機(jī)352a和352b 構(gòu)成。以太網(wǎng)上的多個數(shù)據(jù)接收機(jī)之間的最大允許距離設(shè)定為幾公里。
在期望上述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)351把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收 機(jī)352a時，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)351把數(shù)據(jù)放到網(wǎng)絡(luò)353上。對發(fā)送的數(shù)據(jù)添加標(biāo) 識目的數(shù)據(jù)接收機(jī)352a的目的地址。示例性地，用48比特表示大量的目 的地址信息。
由數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)351放到網(wǎng)絡(luò)353上的數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)接收機(jī)352a和352b 接收。每個數(shù)據(jù)接收機(jī)參照附加在接收數(shù)據(jù)上的目的地址，看該地址是否 與其自己的地址相符。由以太網(wǎng)使用的典型的幀格式如圖2所示。在該格 式中，目的地址部分401指定應(yīng)該接收該數(shù)據(jù)的目的數(shù)據(jù)接收機(jī)的地址。
如果一個給定的數(shù)據(jù)接收機(jī)判定接收的地址不是其自己的，則該接收機(jī)丟棄該發(fā)送的數(shù)據(jù)。換言之，判定附加在數(shù)據(jù)上的地址是其自己的地址
的數(shù)據(jù)接收機(jī)352a接受該發(fā)送的數(shù)據(jù)，而在接收的數(shù)據(jù)中未能檢測到其自 己的地址的數(shù)據(jù)接收機(jī)352a丟棄該數(shù)據(jù)。在以太網(wǎng)上，數(shù)據(jù)接收機(jī)的數(shù)據(jù) 接收處理典型地按圖3中的流程圖的步驟進(jìn)行。
在步驟S101中，數(shù)據(jù)接收機(jī)從局域網(wǎng)接收包含數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)幀。在步 驟S102中，數(shù)據(jù)接收機(jī)從接收的以太網(wǎng)幀中提取目的地址。在步驟S103 中，數(shù)據(jù)接收機(jī)進(jìn)行檢查，看目的地址是否是其自己的地址(單點(diǎn)廣播 (unicast)地址)、或是其所屬的地址(多點(diǎn)廣播(multicast)地址)。如果目 的地址的結(jié)果是該數(shù)據(jù)接收機(jī)自己的地址(單點(diǎn)廣播地址)、或是其所屬的 地址(多點(diǎn)廣播地址)，則該數(shù)據(jù)接收機(jī)把該以太網(wǎng)幀傳輸?shù)街鳈C(jī)。單點(diǎn)廣 播地址表示指向單個接收機(jī)的地址，而多點(diǎn)廣播地址是允許多個數(shù)據(jù)接收 機(jī)(例如， 一個數(shù)據(jù)接收機(jī)組)接收與該地址一起發(fā)送的數(shù)據(jù)的地址。
如果目的地址的結(jié)果既不是指向所述的數(shù)據(jù)接收機(jī)的地址(單點(diǎn)廣播 地址)，也不是該數(shù)據(jù)接收機(jī)所屬的地址(多點(diǎn)廣播地址)，那么該數(shù)據(jù)接收 才幾丟棄該以太網(wǎng)幀。
按照上述的、基于目的地址方案的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，任何地址與發(fā)送 的目的地址不匹配的數(shù)據(jù)接收機(jī)、都應(yīng)該不能接收與該地址一起提供的數(shù) 據(jù)。然而，實(shí)際上，對于該數(shù)據(jù)傳輸方法，數(shù)據(jù)接收機(jī)的地 址和判定特性 可能被任意修改，從而接收其他指向的數(shù)據(jù)，即，沒有標(biāo)識所述數(shù)據(jù)接收 機(jī)的目的地址的數(shù)據(jù)。當(dāng)需要把機(jī)密數(shù)據(jù)傳輸?shù)教囟ǖ臄?shù)據(jù)接收機(jī)時，上 述可能性就引出了安全性的問題。
在以太網(wǎng)上，連接到同一個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接收機(jī)的數(shù)目是有限的，并且， 被連接的接收機(jī)之間的距離也是有限的。這意味著，發(fā)送給一個數(shù)據(jù)接收 機(jī)的數(shù)據(jù)被另一數(shù)據(jù)接收機(jī)非法竊聽的可能性是有限的。示例性地，在典 型的10BASE-5以太網(wǎng)的方案下，用于一個段(segment)的電纜的最大長度 被限制在5 00米，而且，可連接到網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)機(jī)(數(shù)據(jù)發(fā)送-接收機(jī))的數(shù)目 設(shè)定為最多100。
同時，如果用衛(wèi)星鏈路構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，則一個網(wǎng)絡(luò)就可覆蓋比整 個象日本這樣的國家還廣泛的區(qū)域。在這樣的網(wǎng)絡(luò)上，發(fā)送給最北方的北 海道島上的 一個數(shù)據(jù)接收機(jī)的數(shù)據(jù)，可能會被最南方的沖繩縣里的 一個數(shù) 據(jù)接收機(jī)竊聽。換言之，在任何配有大量數(shù)據(jù)接收機(jī)的、基于衛(wèi)星鏈路的網(wǎng)絡(luò)上，數(shù)據(jù)被不希望的各方非法竊聽的可能性增加了 。
在利用廣播型通信信道，例如衛(wèi)星鏈路，的數(shù)據(jù)傳輸體制中，未處理 的數(shù)據(jù)不但能被不希望的數(shù)據(jù)接收機(jī)接收，而且還能被那些不應(yīng)該接收所 述數(shù)據(jù)的接收機(jī)接收。對于今天的、使用通信衛(wèi)星的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)廣播系統(tǒng)， 上述問題的一個解決方案就是數(shù)據(jù)(即，主要是視頻和音頻信息)在通過衛(wèi) 星通信鏈路發(fā)送之前進(jìn)行加密。對數(shù)據(jù)接收機(jī)來說，具有重建原始數(shù)據(jù)的 解密功能。在上述類型的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，只有那些預(yù)先授權(quán)接收數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)接收機(jī)才能夠解密該傳輸用于視聽消費(fèi)。
一個這樣的系統(tǒng)基于日本電
氣通信技術(shù)審議會74號報(bào)告。該系統(tǒng)使用MPEG2 (Moving Picture Experts Group Phase 2,運(yùn)動圖像專家組階段2)傳輸流包.(TS packets, TS包)作為 其傳輸格式。示例性地，該系統(tǒng)讓其數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)使用加密密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行 加密，并讓其數(shù)據(jù)接收機(jī)使用與加密密鑰對應(yīng)的解密密鑰對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行 解密。TS包的格式示于圖4。格式的首標(biāo)中的PID(packet identification, 包標(biāo)識符)部分411和加擾控制部分412確定了加密密鑰。典型地，加密密 鑰包括會話密鑰(Session key)Ks和工作密鑰(Work key)Kw。 PID部分411 構(gòu)成13比特的數(shù)據(jù)，而加擾控制部分412構(gòu)成2比特的數(shù)據(jù)。
如圖5所示，在現(xiàn)有的、用TS包傳輸數(shù)據(jù)的衛(wèi)星電視廣播體制中，數(shù) 據(jù)傳輸系統(tǒng)典型地包括數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501和數(shù)據(jù)接收機(jī)511。數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501 具有使用多種加密密鑰執(zhí)行數(shù)據(jù)加密的加密單元502、 503和504。數(shù)據(jù)接 收機(jī)511具有使用多種解密密鑰執(zhí)行數(shù)據(jù)解密的解密單元512、 513和514、 以及授權(quán)判斷單元515。
在上述結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501首先把工作密鑰Kw 506 發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)511。具體地說，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501預(yù)先準(zhǔn)備與PID部分 411和加擾控制部分412相對應(yīng)的工作密鑰Kw 506。數(shù)據(jù)發(fā)送才幾501然后 得到由加密單元504、用主密鑰(master key) Km 507加密的工作密鑰Kw 506。 加密后的工作密鑰Kw 506被發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)511。主密鑰Km 507與數(shù)據(jù) 接收機(jī)511特有的主密鑰(解密密鑰)Km518相同。加密后的工作密鑰Kw506 通過衛(wèi)星鏈路從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)511。
一收到用主密鑰Km 507加密的工作密鑰Kw 506，數(shù)據(jù)接收機(jī)511就用 其自己的主密鑰Km 518對接收的密鑰進(jìn)行解密。數(shù)據(jù)接收機(jī)511與PID部 分對應(yīng)地保存解密后的工作密鑰Kw 517。工作密鑰Kw 517用于對來自數(shù)據(jù)
5發(fā)送機(jī)501的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。
在從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501給數(shù)據(jù)接收機(jī)511發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī) 501由加密單元502使用會話密鑰Ks 505加密TS包中的數(shù)據(jù)的凈荷部分 413。同時，加密單元503使用工作密鑰Kw 506對會話密鑰Ks 505進(jìn)行加密。
在接收到TS包，且其PID部分標(biāo)識數(shù)據(jù)接收機(jī)511作為目的以后，數(shù) 據(jù)接收機(jī)511根據(jù)發(fā)送的TS包中的PID部分411、提取預(yù)先保存的工作密 鑰Kw 517。數(shù)據(jù)接收機(jī)511使用提取出來的工作密鑰Kw 517、對加密的、 與數(shù)據(jù)一起從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501被發(fā)送的會話密鑰Ks 505進(jìn)行解密。通過使 用經(jīng)如此解密的會話密鑰Ks 516，數(shù)據(jù)接收機(jī)511對TS包中的凈荷部分 413進(jìn)行解密，以便從中提取數(shù)據(jù)。
因?yàn)闆]有向未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)接收機(jī)發(fā)送工作密鑰Kw，所以這些數(shù)據(jù)接 收機(jī)不具有適當(dāng)?shù)?、與所關(guān)心的PID部分相對應(yīng)的工作密鑰Kw。這些數(shù)據(jù) 接收機(jī)不能使用工作密鑰Kw、對數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501在密鑰加密之后緊跟著發(fā) 送的會話密鑰Ks進(jìn)行解密。由于會話密鑰Ks沒有解密，未經(jīng)授權(quán)的接收 機(jī)就不能夠?qū)碜詳?shù)據(jù)發(fā)送機(jī)501的、加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。換句話說， 未經(jīng)同意的數(shù)據(jù)接收機(jī)能夠收到加密數(shù)據(jù)，但不能解密該數(shù)據(jù)用于視聽消 費(fèi)。
如上所述，使用衛(wèi)星鏈路的上述廣播系統(tǒng)典型地實(shí)現(xiàn)了限制性數(shù)據(jù)傳 輸控制。限制性數(shù)據(jù)傳輸控制的各種其他的方法也不僅通過廣播系統(tǒng)來實(shí) 施，還通過，比方說，因特網(wǎng)來實(shí)施。
在因特網(wǎng)上，PGP (Pretty Good Privacy,相當(dāng)好的加密性)和 PEM(Privacy Enhanced Mail,增強(qiáng)的私密郵件)被示例性地用來加密電子郵 件，以防御被不希望的各方竊聽或篡改。在因特網(wǎng)上還使用SSL(Secure Socket Layer,加密套接字協(xié)議層)，它是為阻止非法竊聽在基于HTTP (Hyper Text Transfer Protocol,超文本傳輸協(xié)議)的電子商務(wù)中傳輸?shù)男抛u(yù)卡號 碼而設(shè)計(jì)的。這些方案的特點(diǎn)是使用加密系統(tǒng)或采用靈活的數(shù)據(jù)傳輸控制。
對IP(Internet Protocol,網(wǎng)際協(xié)i義)凄tl居才艮，存在更加通用的凝:4居傳 輸控制方法。這一類的標(biāo)準(zhǔn)化的方法包括AH (Authent ica t ion Header，鑒定 首標(biāo))和ESP (Encapsulating Security Payload,安全封裝的凈荷)，總體 稱之為IPSEC?？傮w上，在使用衛(wèi)星鏈路的電視廣播方面，碰到了以下幾個問題 第一個問題是，授權(quán)的數(shù)據(jù)接收機(jī)的數(shù)目有限。如圖4所示，用于標(biāo) 識加密密鑰的PID部分、和加擾控制部分分別只包括13比特和2比特。這 意味著用15比特只能指定不超過2"(-32，768)個數(shù)據(jù)接收機(jī)。
第二個問題是，隨著使用的PID的數(shù)目增長，在發(fā)送端的花費(fèi)也增加。 示例性地，數(shù)據(jù)接收機(jī)需要的MPEG 2編碼器幾乎與PID的數(shù)目成正比。因 此，隨著PID數(shù)量的增加，使需要安裝大規(guī)模設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)端的花費(fèi) 也增力口。
第三個問題是，在通過衛(wèi)星鏈路的單向(one-way)數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)發(fā) 送機(jī)不能夠知道信息是否已被正確地傳輸?shù)侥康臄?shù)據(jù)接收機(jī)。例如，可能 存在這樣的情況，不通知數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)，數(shù)據(jù)接收機(jī)實(shí)際上不能從那里接收 數(shù)據(jù)，盡管其為已被授權(quán)的狀態(tài)。然而，試圖將信息更可靠地傳輸?shù)綌?shù)據(jù) 接收機(jī)則花費(fèi)時間。這可能涉及大量資源的浪費(fèi)，這使得該可靠但耗時的 方案成為靈活的數(shù)據(jù)傳輸控制的阻礙。
第四個問題是當(dāng)IP數(shù)據(jù)包必須與由數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)調(diào)整為IP目的地址的 PID —起發(fā)送時，與網(wǎng)際協(xié)議的親和性差。更具體地說，IP數(shù)據(jù)報(bào)的目的 地址具有32比特的地址格式，這對于13比特的PID部分來說調(diào)整起來很 困難。而且，目前因特網(wǎng)上使用的上述方法具有第五個問題PGP、 PEM和 SSL是應(yīng)用專用(application-specific)數(shù)據(jù)傳輸控制，并且不為因特網(wǎng)上 的所有應(yīng)用所共有。向每個應(yīng)用提供其自己的控制方法的必要、使得迅速 處理新引進(jìn)的應(yīng)用很困難。
第六個問題是，雖然鑒定首標(biāo)和安全封裝的凈荷是應(yīng)用無關(guān)的 (application-ind印endent),但是在網(wǎng)際協(xié)議的目前版本(例如，IPv4) 的水平上，實(shí)際上沒有與這些方法兼容的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。盡管網(wǎng)際協(xié)議的下一 個版本(例如，IPv6)允許在因特網(wǎng)上以標(biāo)準(zhǔn)的方式使用AH和ESP，但他們 被認(rèn)為幾乎不能在現(xiàn)有的因特網(wǎng)上使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種數(shù)據(jù)傳輸控制方法和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，從而，可以以 比以前更加安全和更加可靠的方式執(zhí)行從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)到數(shù)據(jù)接收機(jī)的數(shù)據(jù) 傳輸。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，提供了 一種數(shù)據(jù)傳輸控制方法，包括以下步
驟通過為從數(shù)據(jù)發(fā)送裝置到數(shù)據(jù)接收裝置的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)的第一通信信 道、把由數(shù)據(jù)發(fā)送裝置加密的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收裝置；以及至少通過第 二通信信道把限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息發(fā)送到數(shù)據(jù)接收裝置，該信息用于 使來自數(shù)據(jù)發(fā)送裝置的加密數(shù)據(jù)只單獨(dú)地被特定的數(shù)據(jù)接收裝置接收，該 第二通信信道具有比第一通信信道小的數(shù)據(jù)傳輸容量，并且也可用于從數(shù) 據(jù)接收裝置到數(shù)據(jù)發(fā)送裝置的數(shù)據(jù)傳輸。
在使用該數(shù)據(jù)傳輸控制方法時，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置通過第一通信信道把數(shù) 據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收裝置。至少通過第二通信信道、可在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和數(shù) 據(jù)接收裝置之間交換限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息。
用上述發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置可以通過第 一通信信 道和第二通信信道把包含限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收 裝置。關(guān)于在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和特定的數(shù)據(jù)接收裝置之間的數(shù)據(jù)交換的信息、 可通過第二通信信道在其間發(fā)送。
示例性地，上述發(fā)明的方法使數(shù)據(jù)發(fā)送裝置能夠知道、向特定的數(shù)據(jù) 接收裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)是否已被其正確地接收。
根據(jù)本發(fā)明的另一情況，提供了一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括第一通信 信道，用于從數(shù)據(jù)發(fā)送裝置到數(shù)據(jù)接收裝置的數(shù)據(jù)傳輸；以及第二通信信 道，允許在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置之間進(jìn)行雙向通信；其中，第一 通信信道用于把加密數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)發(fā)送裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收裝置；并且其中， 至少第二通信信道用于傳輸限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息，該信息用于使來自 數(shù)據(jù)發(fā)送裝置的加密數(shù)據(jù)只單獨(dú)地被特定的數(shù)據(jù)接收裝置所接收。
在上述結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置通過第一通信信道把數(shù) 據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收裝置。限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息通過第二通信信道、在 數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置之間進(jìn)行交換，第二通信信道至少用于從數(shù) 據(jù)發(fā)送裝置到數(shù)據(jù)接收裝置的數(shù)據(jù)傳輸，并且具有比第一通信信道小的數(shù) 據(jù)傳輸容量。
在上述發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置可通過第一和第二通信 信道、把包含限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收裝置。關(guān)于 在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和特定的數(shù)據(jù)接收裝置之間的數(shù)據(jù)交換的信息，可通過第 二通信信道在其間傳輸。示例性地，上述發(fā)明的系統(tǒng)使數(shù)據(jù)發(fā)送裝置能夠知道、向特定的數(shù)據(jù) 接收裝置發(fā)送的信息是否已被正確地接收。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的情況，提供了一種數(shù)據(jù)傳輸控制方法，包括以
下步驟根據(jù)多個協(xié)議、以多路復(fù)用的方式、對要從數(shù)據(jù)發(fā)送裝置發(fā)送到 數(shù)據(jù)接收裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝；以及對至少 一個由封裝產(chǎn)生的數(shù)據(jù)嚢 (capsule)進(jìn)行力口密。
在使用上述的數(shù)據(jù)傳輸控制方法時，根據(jù)多個協(xié)議、以多路復(fù)用的方 式對要從數(shù)據(jù)發(fā)送裝置發(fā)送到數(shù)據(jù)接收裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。
上述發(fā)明的方法使數(shù)據(jù)能在保持相關(guān)協(xié)議要求不變的情況下被傳輸。 這意味著數(shù)據(jù)可以被傳輸，同時保持了它們與特定協(xié)議的兼容性。當(dāng)根據(jù) 協(xié)議封裝數(shù)據(jù)，以便保護(hù)存儲所述數(shù)據(jù)的空間時，這里提供了容納各種信 息的數(shù)據(jù)空間。加密封裝的數(shù)據(jù)進(jìn)一步保證了安全性。
示例性地，可以根據(jù)能夠容納特定數(shù)據(jù)的協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。封裝 處理提供了足夠的空間，用來存儲象加密密鑰這種的關(guān)于目的地址的信息。 在常規(guī)的TS包方案下，地址信息被寫到PID部分和加擾控制部分，與此相 比，上述目的地址信息有了顯著的增加。這樣就不必再擴(kuò)展PID部分了。
此外，不必為每個應(yīng)用提供其自己的控制方法。這意味著，用本發(fā)明 的方法可立即處理新引進(jìn)的應(yīng)用。而且，允許鑒定首標(biāo)(AH)和安全封裝的 凈荷(ESP)在現(xiàn)有的因特網(wǎng)上使用。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種數(shù)據(jù)傳輸控制方法，包括以下步驟 使用加密密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密；向加密數(shù)據(jù)中補(bǔ)充關(guān)于用于加密所述數(shù)據(jù) 的加密密鑰的加密密鑰信息；把加密數(shù)據(jù)與加密密鑰信息 一起從數(shù)據(jù)發(fā)送 裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收裝置；以及使用使數(shù)據(jù)接收裝置能夠解密該加密數(shù)據(jù) 的、并且經(jīng)常更新的多個解密密鑰中的一個、對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，這一 個解密密鑰是根據(jù)附加在加密數(shù)據(jù)上的加密密鑰信息進(jìn)行選擇的。
用上述發(fā)明的方法，向在數(shù)據(jù)加密步驟中、用加密密鑰進(jìn)行加密的數(shù) 據(jù)，提供關(guān)于用于加密所述數(shù)據(jù)的加密密鑰的加密密鑰信息。在數(shù)據(jù)傳輸 步驟中，加密數(shù)據(jù)與加密密鑰信息被一起從數(shù)據(jù)發(fā)送裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收 裝置。在數(shù)據(jù)解密步驟中，通過使用使數(shù)據(jù)接收裝置能夠解密該加密數(shù)據(jù) 的、并且經(jīng)常更新的多個解密密鑰中的一個、對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，這一 個解密密鑰是根據(jù)附加在加密數(shù)據(jù)上的加密密鑰信息來進(jìn)行選擇的。用上述發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置用加密密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn) 行加密。數(shù)據(jù)接收裝置使用經(jīng)常更新的多個解密密鑰中的一個對接收的加 密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。這一個解密密鑰是根據(jù)與加密數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)募用苊荑€ 信息，由數(shù)據(jù)接收裝置從多個解密密鑰中選出的。


通過閱讀下面的描述和附圖，本發(fā)明的其他目的、特性和優(yōu)點(diǎn)將會變 得更加清楚，其中，
圖1是常規(guī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)的示意圖2是說明一個以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示意圖，該以太網(wǎng)幀被常規(guī)數(shù) 據(jù)傳輸系統(tǒng)用于傳輸數(shù)據(jù)，并且該以太網(wǎng)幀包含目的地址；
圖3是一些步驟的流程圖，在這些步驟中，常規(guī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 接收機(jī)進(jìn)行檢查，看通過以太網(wǎng)接收的一個以太網(wǎng)幀是否包含該接收機(jī)自 己的目的地址，并且在這些步驟中，數(shù)據(jù)接收機(jī)在目的地址檢查之后執(zhí)行 處理；
圖4是用于TS包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式的示意圖5是說明如何在常規(guī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中建立數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)和數(shù)據(jù)接收機(jī) 的示意圖6是具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的示意圖7A至7G是在該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中要從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)、 并且根據(jù)多個協(xié)議進(jìn)行封裝的數(shù)據(jù)的示意圖8是該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)和數(shù)據(jù)接收機(jī)的方框圖9是對會話密鑰進(jìn)行更新的步驟的流程圖，該會話密鑰用于對要從 數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密；
圖10是節(jié)(section)首標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示意圖11是根據(jù)會話密鑰Ks的標(biāo)志設(shè)置MAC地址的對應(yīng)表；
圖12是數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)封裝數(shù)據(jù)的步驟的流程圖13是才艮據(jù)MAC地址設(shè)置IP地址的對應(yīng)表；
圖14是數(shù)據(jù)接收機(jī)用會話密鑰Ks解密接收數(shù)據(jù)的步驟的流程圖15是MAC地址與會話密鑰Ks的對應(yīng)表；
圖16是擁有用于提取IP數(shù)據(jù)報(bào)的TOALLENGTH (總長度)字段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示意圖17是該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的第一變形的示意圖；以及圖18是該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的第二變形的示意具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。下面所述的、具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、僅限于特定的數(shù)據(jù)接收機(jī)接收由數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)通過衛(wèi)星鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)。
如圖6所示，該發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對通過用作通信信道的衛(wèi)星鏈路4a、專線7和電話線8、以及通過雙向通信信道9的、從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2到數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c的數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行控制。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并通過通信信道將加密數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)l包括通信信道4a，它使用了通信衛(wèi)星4，該通信信道用作使數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c的第一通信信道；以及專線7、電話線8和雙向通信信道9，用作在作為一方的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和作為另一方的數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c之間提供雙向通信的第二通信信道。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1將第一通信信道用于從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2到數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c的加密數(shù)據(jù)的傳輸，同時將第二通信信道用于從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)到數(shù)據(jù)接收機(jī)的限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息的傳輸。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1被連接到了因特網(wǎng)。
限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息是允許一個特定的數(shù)據(jù)接收機(jī)或多個接收機(jī)接收從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2發(fā)送的數(shù)據(jù)的信息。換句話說，限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息授權(quán)一個特定的數(shù)據(jù)接收機(jī)或多個接收機(jī)接收所關(guān)心的發(fā)送數(shù)據(jù)。
通過使用上述的通信信道，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2把各種數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c。數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c舉收通過這些通信信道傳過來的數(shù)據(jù)。雖然圖6的體制只示出了三個數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c,但是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1實(shí)際上包括從幾百到幾十萬個數(shù)據(jù)接收機(jī)。
下面描述允許在數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通信信道(在下文中，如果沒有具體的、區(qū)分單個數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、3b和3c的必要，則一般性地稱之為數(shù)據(jù)接收機(jī)3)。
ii衛(wèi)星鏈路4a是在具有大約30Mbps的帶寬的Ku波^:上的單向電路。衛(wèi)星鏈路4a使數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2能夠同時把數(shù)據(jù)發(fā)送到，比方說，遍及日本分布的多個數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)。
在數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3之間、建立與衛(wèi)星鏈路4a無關(guān)的雙向通信信道9。就象其名字的含義，雙向通信信道9允許在數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3之間進(jìn)行雙向通信。因此，在下文中，雙向通信信道9假定為用于通過因特網(wǎng)通信的通用通信信道。
專線7是直接把數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3連接起來的通信裝置。
因特網(wǎng)6提供多種信息，如視頻和音頻信息。因特網(wǎng)服務(wù)提供者(Internet service provider) 5在通信上將數(shù)據(jù)接收機(jī)3連接到因特網(wǎng)。假定數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2連接到了因特網(wǎng)6上。
允許在數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的專線7、電話線8、以及雙向通信信道9具有比衛(wèi)星鏈路4a小的頻帶容量。通常，線路7、 8和9提供幾到幾百Kbps的帶寬。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1還作為所謂的限制性數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)被建立，該系統(tǒng)只允許一個特定的數(shù)據(jù)接收機(jī)或多個接收機(jī)接收所關(guān)心的數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1可將數(shù)據(jù)比方說只傳送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3a (單點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)分酉己)，僅傳送到一組數(shù)據(jù)接收機(jī)3a和3b(多點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)分S己)，或傳送到所有的數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c(廣播數(shù)據(jù)分配)。
在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1中，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2到數(shù)據(jù)接收機(jī)3的數(shù)據(jù)發(fā)送如下所述如圖7A至7G所示，對要從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。封裝是由發(fā)送所關(guān)心的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2執(zhí)行的一個過程。在第一封裝步驟中，根據(jù)第一協(xié)議對要發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。在第二封裝步驟中，根據(jù)第二協(xié)議對根據(jù)第一協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)進(jìn)一步封裝。封裝過程就是將未處理的數(shù)據(jù)放到、根據(jù)由給定的通信協(xié)議所規(guī)定的傳輸格式、而形成的嚢(capsules)(例如，包或幀)中。隨著數(shù)據(jù)被放到這樣的嚢中，它們的傳輸就變得可控制。
在第一封裝步驟中，通過將整個要被發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3的目標(biāo)數(shù)據(jù)放到實(shí)際數(shù)據(jù)部分中來形成嚢，該實(shí)際數(shù)據(jù)部分備有與該所述實(shí)際數(shù)據(jù)部分相關(guān)的附加信息部分。對嚢中的實(shí)際數(shù)據(jù)部分進(jìn)行加密。下文是對第一封裝步驟的更加詳細(xì)的描述。如圖7A所示，IP(網(wǎng)際協(xié)議)數(shù)據(jù)報(bào)lOl由基于網(wǎng)際協(xié)議的數(shù)據(jù)構(gòu)成。IP數(shù)據(jù)報(bào)101中的數(shù)據(jù)是為數(shù)據(jù)接收機(jī)3指定的。IP數(shù)據(jù)報(bào)的首標(biāo)包括在，比方說，因特網(wǎng)上，標(biāo)識該數(shù)據(jù)報(bào)的目的的目的地址。
IP數(shù)據(jù)報(bào)101并不限于根據(jù)網(wǎng)際協(xié)議來建立；可替換地，它可根據(jù)以太網(wǎng)協(xié)議來建立。
如圖7B至7D所示，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2根據(jù)上述的第一協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。示例性地，可采用用于DVB(Digital Video Broadcasting,數(shù)字視頻廣播)的多協(xié)議封裝作為第一協(xié)議。
如圖7B所示，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2根據(jù)第一協(xié)議執(zhí)行數(shù)據(jù)封裝，首先對IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行填充(例如，增加填充部分102),以使該數(shù)據(jù)部分的長度為64比特的整數(shù)倍。例如，將0至63比特的填充部分附在IP數(shù)據(jù)報(bào)101的后頭。填充部分中的所有比特都為'T，。因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)部分的長度為64比特的整數(shù)倍時，該數(shù)據(jù)部分更適于加密，所以用填充來使數(shù)據(jù)報(bào)保持為預(yù)定的數(shù)據(jù)長度。按第一協(xié)議的格式放置的數(shù)據(jù)部分在下文稱之為節(jié)(section)。
如圖7C所示，添加了填充102的節(jié)然后被數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2加密。加密通過使用加密密鑰來執(zhí)行。該加密密鑰是用于對要發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3的信息進(jìn)行加密的會話密鑰(稍后描述)。這里采用的加密方法是基于通用密鑰密碼系統(tǒng)，例如，Triple-DES的塊加密方法。Triple-DES加密是當(dāng)今最堅(jiān)固的公共密鑰密碼系統(tǒng)之一，并且容易在硬件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高速加密。與大多數(shù)公共密鑰密碼系統(tǒng)不同，該加密過程很快，足以跟上以30Mbps這樣高的速率進(jìn)行的傳輸。
如圖7D所示，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2向加密的節(jié)數(shù)據(jù)部分104添加了一個節(jié)首標(biāo)103和一個用于檢錯的尾標(biāo)105。
加密的節(jié)數(shù)據(jù)部分104采取MAC (Media Access Control,媒體訪問控制)幀結(jié)構(gòu)。在建立MAC幀的過程中，向該數(shù)據(jù)部分添加MAC首標(biāo)。參照MAC首標(biāo)使得對放置在該幀中的數(shù)據(jù)的目的地址控制更加容易。具體地說，MAC幀中有授權(quán)接收該幀中存儲的數(shù)據(jù)的、數(shù)據(jù)接收機(jī)的目的地址。
節(jié)首標(biāo)103提供了足夠容納48比特的目的地址寬的數(shù)據(jù)空間。更具體地說，節(jié)首標(biāo)103具有在其中形成的MAC首標(biāo)，以便保存目的地址。在節(jié)首標(biāo)103中提供擁有48比特的目的地址的數(shù)據(jù)空間、這解決了前面所述的第一問題，即，對可配置的數(shù)據(jù)接收機(jī)數(shù)目的限制。這是因?yàn)閿U(kuò)展的地址空間可容納大量的用于標(biāo)識加密密鑰的信息。此外，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)報(bào)傳輸時，
不必根據(jù)IP目的地址對IP數(shù)據(jù)報(bào)101的包ID(稍后描述)進(jìn)行調(diào)整，所以解決了上述關(guān)于與網(wǎng)際協(xié)議親和性差的第四個問題。
尾標(biāo)105被編碼用于CRC (Cyclic Redundancy Checking,循環(huán)冗余校驗(yàn))。CRC是為接收MAC幀中的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收機(jī)3而設(shè)計(jì)的，以便檢驗(yàn)該幀是否被通過衛(wèi)星鏈路正常地傳輸。示例性地，CRC涉及在32比特中的編碼。
至此，描述了根據(jù)第一協(xié)議對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行的封裝。下面將描述如何根據(jù)第二協(xié)議對根據(jù)第一協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的封裝。
根據(jù)第二協(xié)議的數(shù)據(jù)封裝就是將根據(jù)第 一協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)分割成多個包。第二協(xié)議是規(guī)定了根據(jù)MPEG 2將數(shù)據(jù)封裝到TS (傳輸流)包中的協(xié)議。TS包允許通過大容量的數(shù)字線路、多路復(fù)用和傳輸各種數(shù)據(jù)，例如音頻和視頻信號、以及其他數(shù)據(jù)。如圖7E至7G所示，數(shù)據(jù)被根據(jù)第二協(xié)議封裝到多個TS包106、 107和108中。TS包106、 107和108每個都由TS首標(biāo)HTS和TS凈荷部分P組成。TS凈荷部分P包含已經(jīng)根據(jù)第一協(xié)議被分割的、并且被封裝了的數(shù)據(jù)。每個TS包的TS首標(biāo)HTS由如圖4所示的包ID (PID)部分和加擾控制部分構(gòu)成。按照慣例，把目的地址寫到PID部分和加擾控制部分的事實(shí)、限制了目的地址信息的范圍。在本實(shí)施例中，由于4巴目的地址寫到了節(jié)首標(biāo)103,所以消除了該缺點(diǎn)。
以上描述說明了根據(jù)第二協(xié)議的數(shù)據(jù)的封裝。如上所述，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2根據(jù)第一和第二協(xié)議、以多路復(fù)用的方式、對要發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3的數(shù)據(jù)(IP數(shù)據(jù)報(bào))進(jìn)行封裝。該封裝的數(shù)據(jù)被發(fā)送到通信衛(wèi)星4。
因?yàn)橄拗菩詳?shù)據(jù)傳輸控制是在兩個級(levels)上，例如在TS包級上和在節(jié)級上，獨(dú)立地實(shí)行的，所以前面描述的第二、第五和第六個問題也得到了解決。
更具體地說，保證了大量的關(guān)于加密密鑰的信息，同時又繞過了第二個問題，即，隨著使用的PID數(shù)目增加而劇增的傳輸費(fèi)用。
第五個問題，即，需要向每個應(yīng)用提供其自己的控制方法的問題已不再存在。新引進(jìn)的應(yīng)用能被本實(shí)施例迅速地處理。
第六個問題也被該實(shí)施例繞開了，即，允許在現(xiàn)有的因特網(wǎng)上使用鑒定首標(biāo)(AH)和安全封裝的凈荷(ESP)。上述的IP數(shù)據(jù)報(bào)的封裝適用于通過衛(wèi)星鏈路4a把數(shù)據(jù)報(bào)傳送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3時的情況。在雙向通信信道9上，使用普通的因特網(wǎng)方法來傳輸IP數(shù)據(jù)報(bào)，而不依靠專門的封裝。
下面將描述數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2如何使用加密密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以及數(shù)據(jù)接收機(jī)3如何使用該加密密鑰(用作解密密鑰)對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。圖8中建立的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3、通過圖6所示的通信信道進(jìn)行互連.數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2根據(jù)第一協(xié)議(使用節(jié))把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3。在上文，已經(jīng)參照圖5的傳統(tǒng)的構(gòu)成對根據(jù)第二協(xié)議(使用TS包)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了說明。對比圖8中的本發(fā)明的組成、和圖5中的傳統(tǒng)的構(gòu)成可以看出，.本實(shí)施例用兩個密鑰級來操作，即，用于數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)和數(shù)據(jù)接收機(jī)進(jìn)行加密和解密的會話密鑰Ks 24和主密鑰Km 25,而傳統(tǒng)的構(gòu)成依靠三個密鑰級的方案。本實(shí)施例節(jié)省了一個密鑰級。
在眾所周知的通用密鑰密碼系統(tǒng)下，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3具有會話密鑰Ks 24，用于對數(shù)據(jù)加密和解密。為了區(qū)別起見，數(shù)據(jù)接收機(jī)3擁有的會話密鑰Ks在下文稱之為會話密鑰Ks 34。
數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2使用會話密鑰Ks 24、對要發(fā)送到一個特定的數(shù)據(jù)接收機(jī)或多個接收機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。數(shù)據(jù)接收機(jī)3使用會話密鑰Ks 34、對收到的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，從而從解密的數(shù)據(jù)中提取出有意義的信息。
定期對會話密鑰Ks 24和34進(jìn)行更新，例如，每天，按小時或按分鐘。即使竊聽者碰巧在在某一時間點(diǎn)上知道了會話密鑰Ks 24,他們也只能在密鑰授權(quán)的有限的時間范圍內(nèi)竊聽數(shù)據(jù)。會話密鑰Ks的更新將在后面詳細(xì)討論。
根據(jù)上邊提到的Tripe-DES、會話密鑰Ks 24被用來對圖7C所示的節(jié)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行加密。
主密鑰Km 25,象會話密鑰Ks 24 —樣，被數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3二者擁有。每個數(shù)據(jù)接收機(jī)(3A， 3B， 3C)被分配了各自唯一的主密鑰。為了區(qū)分起見，數(shù)據(jù)接收機(jī)3擁有的主密鑰Km在下文稱之為主密鑰Km 35。
主密鑰Ks 25永遠(yuǎn)不會在數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3之間發(fā)送。任何主密鑰也不會被放到通信信道上。主密鑰是一種在任何情況都不應(yīng)該被除了它的擁有者之外的任何一方所獲悉的加密密鑰。
數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2在把會話密鑰Ks發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3之前、使用主密鑰Kra對其進(jìn)行加密；并且，數(shù)據(jù)接收機(jī)3使用主密鑰Km、對接收的加密的會話密鑰Ks進(jìn)行解密。更具體地說，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2使用主密鑰Km 25預(yù)先將會話密鑰Ks 24加密，并把該加密的會話密鑰Ks 24發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3。一收到加密的會話密鑰Ks 24，數(shù)據(jù)接收機(jī)3就使用它自已的主密鑰Km對接收的密鑰進(jìn)行解密(以便提取會話密鑰Ks 34)。
會話密鑰Ks，經(jīng)歷了根據(jù)主密鑰Km的加密、和然后解密的過程，可以防止在從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2到數(shù)據(jù)接收機(jī)3的數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中、被潛在的竊聽者肆意竊聽。
數(shù)據(jù)接收機(jī)3使用解密的會話密鑰Ks、對已經(jīng)使用所述會話密鑰Ks加密了的發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。數(shù)據(jù)接收機(jī)3從解密的數(shù)據(jù)中提取有意義的信息。
根據(jù)Triple-DES，用主密鑰Km對會話密鑰Ks進(jìn)行加密和解密。另一種方法，可以采用一種公共密鑰密碼系統(tǒng)。該可替換的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，不象數(shù)據(jù)的加密和解密過程，該系統(tǒng)的那些密鑰不必被高速執(zhí)行，它們也確保了安全性。
與會話密鑰Ks 24不同，主密鑰Km 25不隨時間更新。
下面描述如何對會話密鑰Ks 24進(jìn)行更新。是數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2主動更新會話密鑰Ks 24的。使用主密鑰Km 25加密的會話密鑰Ks 24(以下稱之為加密的會話密鑰Km(Ks))、也是由數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2主動發(fā)送的。
雙向通信信道9的使用使數(shù)據(jù)接收機(jī)3能夠主動地請求會話密鑰Ks。如此，各個數(shù)據(jù)接收機(jī)3a、 3b和3c便能從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2快速而可靠地獲得他們需要的會話密鑰。示例性地，通過數(shù)據(jù)接收機(jī)在下述情況中對密鑰的主動請求，使快速可靠地獲得會話密鑰Ks 24成為可能 一個新的數(shù)據(jù)接收機(jī)3加入到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1中；已經(jīng)停止工作且又從故障中恢復(fù)的數(shù)據(jù)接收機(jī)3再加入到系統(tǒng)1中；或數(shù)據(jù)接收機(jī)3未能正確地接收會話密鑰Ks。從故障中的恢復(fù)和會話密鑰Ks的更新、由分別包括在數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3中的CA (Conditional Access,條件存取)管理單元23和33來管理。這兩個單元23和33彼此之間相互通信，以便交換其間的控制信息。
上述特性使克服前面提到的第三個問題成為可能，即，在一個僅僅依靠衛(wèi)星鏈路作為通信信道的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)不能知道信息是否已經(jīng)被正確地發(fā)送到目的數(shù)據(jù)接收機(jī)。
數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2既可通過單向的衛(wèi)星鏈路4a、也可通過雙向的通信信道9、把會話密鑰Ks發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3。
會話密鑰Ks的更新步驟如圖9的流程圖所示。
在某一時間點(diǎn)上，數(shù)據(jù)接收機(jī)3擁有兩個會話密鑰Ks 34,即，會話密鑰Ks-even(偶)和會話密鑰Ks-odd(奇)。數(shù)據(jù)接收機(jī)3使用這兩個會話密鑰Ks—even和Ks-odd中的一個、對從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2發(fā)送的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。
由寫在圖7D所示的節(jié)首標(biāo)103中的信息、標(biāo)識當(dāng)前使用的會話密鑰是兩個中的那一個。例如，如圖10所示，節(jié)首標(biāo)103包括表ID(Uble-id),MAC地址部分(MAC-address-l , MAC—address-2 , MAC一address—3 ,MAC—address-4 , MAC—address—5 , MAC—address-6)， 節(jié)信息部分(section—length ( 節(jié) 長度 ) , sect ion—number ( 節(jié) 號 ) ，last —section—number (最終節(jié)號)),ssi (section—syntax—indicator (節(jié)句法指示符))，pi (private—indicator (私有指示f尋))，rsvd (resverd (〗呆留的))，psc (payload-scramble-indicator (凈荷力口擾指示符))111 ，asc (address-scramble — indicator ( 地 址 力口 擾指 示符 )) ，LSf (IXC—SNAP—flag (標(biāo)志))，和cni (current—證t — indicator (當(dāng)前下一個指示符))。psc 111指示當(dāng)前使用的會話密鑰是兩個中的哪一個。示例性地，psc 111由兩比特信息構(gòu)成。如果psc的高位是"0"，就意味著會話密鑰Ks-even正被^使用；如果psc的高位是'T，，就意^^未著會話密鑰Ks—odd正被使用。
在圖9的步驟S1中，檢查看當(dāng)前使用的是哪一個會話密鑰Ks。在步驟S2中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3被計(jì)時器觸發(fā)，啟動會話密鑰的更新處理。
在步驟S3中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3更新在一個對應(yīng)表中找到的當(dāng)前會話密鑰Ks的標(biāo)志，在該對應(yīng)表中，MAC地址與會話密鑰Ks相對應(yīng)。示例性地，如圖11所示，數(shù)據(jù)接收機(jī)3擁有一個MAC地址與會話密鑰(MAC-address-to-session-key)對應(yīng)表。當(dāng)前^^吏用的會話密鑰Ks的標(biāo)志根據(jù)該表進(jìn)行更新。更新操作把psc lll的高位轉(zhuǎn)換成，比方說，"0"。
在步驟S4中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3根據(jù)psc 111 、對包含在節(jié)中的IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行解密。更具體地說，如果psc的高位設(shè)成"0",則數(shù)據(jù)接收機(jī)3停止
17使用當(dāng)前的會話密鑰Ks-odd(當(dāng)psc高位是'T'時使用的)，并轉(zhuǎn)換到會話密鑰Ks-even用于解密。如果psc的高位設(shè)成"1",則數(shù)據(jù)接收機(jī)3停止使用當(dāng)前的會話密鑰Ks-even(當(dāng)psc高位是"0"時使用的)，并轉(zhuǎn)換到會話密鑰Ks-odd用于解密。
在步驟S5中、且在會話密鑰Ks再次改變之前，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2使用主密鑰Km 24對下一個會話密鑰Ks進(jìn)行加密，并把該加密的密鑰發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3。
加密的會話密鑰Km(Ks)通過衛(wèi)星鏈路4a或通過雙向通信信道9發(fā)送。用于傳輸?shù)膮f(xié)議應(yīng)該是一種要求確認(rèn)的協(xié)議，例如，TCP/IP (傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)。該協(xié)議能使會話密鑰Ks可靠地從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收機(jī)3。
在步驟S6中、且當(dāng)會話密鑰的傳輸正在進(jìn)行時，數(shù)據(jù)接收機(jī)3更新圖11所示的Mac地址與會話密鑰對應(yīng)表。就是說，當(dāng)前使用的會話密鑰Ks被下一個會話密鑰Ks代替。
在步驟S7中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3核實(shí)下一個會話密鑰Ks現(xiàn)在已被數(shù)據(jù)接收機(jī)3持有。在步驟S8中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3切換到下一個會話密鑰Ks。步驟S8至S13構(gòu)成將psc的高位設(shè)成"1"，從而使會話密鑰Ks-odd用于解密的過程。該過程從步驟S7開始；或者，如果數(shù)據(jù)接收機(jī)3發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的會話密鑰Ks是會話密鑰Ks-even(psc的高位0),則從步驟S1開始。
通過執(zhí)行以上步驟，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2給數(shù)據(jù)接收機(jī)3傳送已可靠地更新的會話密鑰Ks。數(shù)據(jù)接收機(jī)3立即切換它的兩個會話密鑰，從而不間斷地根據(jù)當(dāng)前有效的會話密鑰Ks解密數(shù)據(jù)。會話密鑰Ks 24的更新頻率可依據(jù)傳輸處理的持續(xù)時間而靈活地改變。
如上所述，會話密鑰Ks在數(shù)據(jù)接收機(jī)3內(nèi)部定期更新。數(shù)據(jù)接收機(jī)3使用如此更新的會話密鑰Ks、對與密鑰一起發(fā)送的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。
下面描述數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2在發(fā)送數(shù)據(jù)之前執(zhí)行的步驟，以及數(shù)據(jù)接收才幾3在收到數(shù)據(jù)之后執(zhí)行的步驟。數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2在發(fā)送數(shù)據(jù)之前執(zhí)行的步驟示例性地示于圖12的流程圖中。數(shù)據(jù)接收機(jī)3在收到數(shù)據(jù)之后執(zhí)行的步驟示例性地示于圖14的流程圖中。
在圖12中的步驟S21中，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2接收要從發(fā)送機(jī)2本身、或從連接到雙向通信信道9的接口被發(fā)送到數(shù)據(jù)接收機(jī)3的IP數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2還根據(jù)來自因特網(wǎng)6的存取信息、從信息中心接收信息。
在步驟S22中，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2檢查IP數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址部分，以便知 道基于第一協(xié)議的目的地址。例如，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2參照象圖13所示的這樣 一個IP地址與MAC地址對應(yīng)表，根據(jù)第一協(xié)議，找出數(shù)據(jù)接收機(jī)3的目的 地址，該表由數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2保留。
找到目的地址以后，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2根據(jù)該目的地址創(chuàng)建一個節(jié)。此時， 數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2向數(shù)據(jù)部分提供所需要的比特'T，填充，以便使數(shù)據(jù)部分成 為64比特的倍數(shù)。
在步驟S23中，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2通過檢查象圖11所示的這樣一個Mac地 址與會話密鑰對應(yīng)表中的、當(dāng)前使用的會話密鑰Ks 24的標(biāo)志112，來提取 那個密鑰Ks。數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2使用如此提取出的會話密鑰Ks、對圖7C所示 的節(jié)的數(shù)據(jù)部命進(jìn)行加密。此時，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2檢查當(dāng)前的會話密鑰Ks的 標(biāo)志，并把該標(biāo)志內(nèi)容設(shè)成圖11所示的節(jié)首標(biāo)中的psc lll的高位。
在步驟S24中，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2把整個節(jié)109分割成圖了E至7G所示的、 TS包106、 107和108的凈荷部分P。對每個TS包106、 107和108補(bǔ)充預(yù) 定的PID。如第二協(xié)議所要求的那樣，在把凈荷P輸出到衛(wèi)星鏈路4a上之 前，對其進(jìn)行加密。
前面的描述已經(jīng)說明了數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2在數(shù)據(jù)發(fā)送之前的、準(zhǔn)備工作的 步驟。通過衛(wèi)星鏈路4a收到數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收機(jī)3執(zhí)行以下步驟。
在圖14的步驟S31中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3對通過衛(wèi)星鏈路4a收到的TS包 106、 107和108進(jìn)行解密，以便從其中重建整個節(jié)109。
在步驟S32中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3提取節(jié)的目的地址(即，MAC地址)。在步 驟S33中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3進(jìn)行檢查，看是否在圖15所示的Mac地址與會話 密鑰對應(yīng)表中找到了 MAC地址。就是說，執(zhí)行一項(xiàng)檢查，看該節(jié)是否包含 了授權(quán)數(shù)據(jù)接收機(jī)3接收的數(shù)據(jù)。如果在步驟S33中沒有找到MAC地址， 數(shù)據(jù)接收機(jī)3就轉(zhuǎn)到步驟S34、并丟棄該數(shù)據(jù)。如果檢測到了MAC地址，數(shù) 據(jù)接收機(jī)3便到達(dá)步驟S35，在該步驟中，從節(jié)首標(biāo)103中提取圖10所示 的psc 111。數(shù)據(jù)接收機(jī)3檢查psc 111的高位比特，以便看兩個會話密鑰 Ks中的哪一個為當(dāng)前有效的，選中該有效的會話密鑰Ks。
在步驟S36中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3根據(jù)Tripe-DES、用檢索的會話密鑰Ks 對節(jié)數(shù)據(jù)104進(jìn)行解密。在步驟S37中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3從解密數(shù)據(jù)中提取IP數(shù)據(jù)報(bào)。示例性地，數(shù)據(jù)接收機(jī)3從加在解密的數(shù)據(jù)部分前的IP首標(biāo)中、
讀取總長度字段113(圖16中)，從字段113中找出IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度，并且
提取經(jīng)過相應(yīng)計(jì)算的整個IP數(shù)據(jù)報(bào)。在該過程中，除去了加密時被附加的
額外的填充，以便原樣提取目標(biāo)IP數(shù)據(jù)報(bào)。
通過執(zhí)行上述步驟，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2在數(shù)據(jù)發(fā)送之前、執(zhí)行必要的處理，
并且數(shù)據(jù)接收機(jī)3執(zhí)行與收到的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的過程。數(shù)據(jù)接收機(jī)3因此接
受已經(jīng)尋址到那里的信息和數(shù)據(jù)。
上述構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1能夠解決前邊提到的按常規(guī)碰到的問題。 可以對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1進(jìn)行變形。圖17所示的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)201是系
統(tǒng)1的第一變形。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)201的特點(diǎn)在于數(shù)據(jù)接收機(jī)3作為IP路由
器提供。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)1讓數(shù)據(jù)接收機(jī)3a直接接收IP數(shù)據(jù)報(bào)。與之相反，數(shù) 據(jù)傳輸系統(tǒng)201讓它的數(shù)據(jù)接收機(jī)3a用作IP路由器。該體制使得數(shù)據(jù)接 收機(jī)3a從衛(wèi)星鏈路4a接收的數(shù)據(jù)、能夠傳送到?jīng)]有與衛(wèi)星鏈路4a接口的 計(jì)算機(jī)203a和203b,計(jì)算機(jī)203a和203b通過局域網(wǎng)(LAN) 202，例如以太 網(wǎng)，連接到數(shù)據(jù)接收機(jī)3a。這樣，數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2和數(shù)據(jù)接收機(jī)3a不僅可以 通過數(shù)據(jù)接收機(jī)3a，還可以通過連接到數(shù)據(jù)接收機(jī)3a的局域網(wǎng)202上的所 有計(jì)算機(jī)203a和203b,來提供限制性數(shù)據(jù)接收控制。更具體地說，在圖 13的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)2的IP地址與節(jié)的目的地址(MAC地址)的對應(yīng)表內(nèi)，用每 一個都代表了一組多個IP地址的IP網(wǎng)絡(luò)地址、來替換單個的IP地址。為 實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)接收機(jī)3a這方、與計(jì)算機(jī)203a和203b那方之間的限制性數(shù)據(jù) 傳輸控制，要求數(shù)據(jù)傳輸控制方法或在IP協(xié)議級上執(zhí)行、或在更高級的應(yīng) 用級上執(zhí)行。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)201中的數(shù)據(jù)傳輸僅通過衛(wèi)星鏈路4a 執(zhí)行。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)301是系統(tǒng)1的第二變形，其簡要示于圖18中。在數(shù)據(jù) 傳輸系統(tǒng)301中，數(shù)據(jù)接收機(jī)3a用作在傳送IP數(shù)據(jù)報(bào)中僅執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換 的網(wǎng)橋。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)301與系統(tǒng)201的不同點(diǎn)在于、系統(tǒng)301不執(zhí)行路 由選擇。
數(shù)據(jù)接收機(jī)3a對通過衛(wèi)星鏈路4a接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，以便從其中 提取IP數(shù)據(jù)報(bào)。提取出的IP數(shù)據(jù)報(bào)被放到一個以太網(wǎng)幀中，并被傳輸?shù)?通用路由器302。路由器302對IP數(shù)據(jù)報(bào)執(zhí)行常規(guī)處理。因?yàn)闆]有必要其本身實(shí)行路由選擇，所以，數(shù)據(jù)接收機(jī)3a結(jié)構(gòu)簡單，并與通用路由器一起 使用。
因?yàn)樵诓幻撾x其精神和范圍的情況下，本發(fā)明可以有很多明顯不同的 實(shí)施例，所以，應(yīng)該理解的是，除所附的權(quán)利要求中所限定的之外，本發(fā) 明并不局限于其特定的幾個實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)據(jù)傳輸控制方法，用于控制通過通信信道、從數(shù)據(jù)發(fā)送裝置到數(shù)據(jù)接收裝置的數(shù)據(jù)的傳輸，并且用于使所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、及通過所述通信信道把加密數(shù)據(jù)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)接收裝置，所述數(shù)據(jù)傳輸控制方法包括以下步驟使用加密密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密；向加密數(shù)據(jù)添加關(guān)于所述加密密鑰的加密密鑰信息；把所述加密數(shù)據(jù)與所述加密密鑰信息一起、從所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置發(fā)送到所述數(shù)據(jù)接收裝置；以及使用允許所述數(shù)據(jù)接收裝置對所述加密數(shù)據(jù)解密的、并且是經(jīng)常更新的、多個解密密鑰中的一個，對所述加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，所述的多個解密密鑰中的一個是根據(jù)附加到所述加密數(shù)據(jù)上的所述加密密鑰信息被選擇的。
2、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，其中，所述多個解密密鑰 包括當(dāng)前可用于對收到的所述加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密的解密密鑰；下一步將 用于對收到的所述加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密的解密密鑰；并且其中，所述數(shù)據(jù)解密步驟根據(jù)所述加密密鑰信息來選擇當(dāng)前可用的解 密密鑰。
3、 如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，其中，所述加密密鑰和所 述解密密鑰是用于加密信息和數(shù)據(jù)的會話密鑰。
4、 如權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，其中，所述會話密鑰以預(yù) 定的時間間隔被更新。
5、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，其中，所述數(shù)據(jù)接收裝置 用作IP路由器。
6、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸控制方法，其中，所述數(shù)據(jù)接收裝置 用作網(wǎng)橋。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸控制方法和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。一種把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)發(fā)送到一個或多個數(shù)據(jù)接收機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)，對數(shù)據(jù)加密和發(fā)送加密數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收機(jī)，接收加密數(shù)據(jù)；衛(wèi)星鏈路，把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收機(jī)；和雙向通信信道，把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)接收機(jī)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)發(fā)送機(jī)，且具有比衛(wèi)星鏈路小的數(shù)據(jù)傳輸容量。衛(wèi)星鏈路把加密數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收機(jī)。至少雙向通信信道用于在數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)和數(shù)據(jù)接收機(jī)之間傳送限制性數(shù)據(jù)傳輸控制信息。
文檔編號H04H20/74GK101534189SQ200910137710
公開日2009年9月16日 申請日期1999年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月12日
發(fā)明者原和弘 申請人:索尼公司