基于手機(jī)智能卡的DRM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文章出處：http://www.fang1.net 作者：李炳蔚 劉杰   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月28日

    1 引言

    隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們可以很容易地在互聯(lián)網(wǎng)上找到各種盜版的軟件和影音作品。這種盜版行為不僅侵害了作者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且極大地?fù)p害了作者的經(jīng)濟(jì)利益。在互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信緊密結(jié)合的今天，使用手機(jī)上網(wǎng)看電影聽(tīng)音樂(lè)也變得越來(lái)越流行，隨之而來(lái)的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題也日益突出，為了保護(hù)內(nèi)容提供商的利益，促進(jìn)移動(dòng)增值業(yè)務(wù)的良性發(fā)展，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)在手機(jī)上使用的，基于智能卡的DRM數(shù)字版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)。手機(jī)用戶可以通過(guò)付費(fèi)，有償使用數(shù)字資源，同時(shí)該系統(tǒng)可以限定用戶的權(quán)限(比如一部電影只能播放幾次，不允許和其它用戶共享等)，從而最大限度地保護(hù)數(shù)字版權(quán)。

    2 基于智能卡的DRM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

    2．1 OMA DRM

    DRM(Digital Rights Management，數(shù)字版權(quán)管理)是一項(xiàng)加強(qiáng)對(duì)音頻、視頻數(shù)字化產(chǎn)品內(nèi)容版權(quán)保護(hù)的技術(shù)。其基本工作原理是將音頻、視頻等文件進(jìn)行加密編碼處理，再建立一個(gè)證書(shū)授權(quán)服務(wù)中心；當(dāng)用戶使用這些加密文件時(shí)，應(yīng)用軟件會(huì)根據(jù)其包含在頭文件中的有關(guān)屬性自動(dòng)鏈接到相應(yīng)的站點(diǎn)(證書(shū)授權(quán)服務(wù)中心)獲取相應(yīng)的證書(shū)；只有通過(guò)授權(quán)中心的驗(yàn)證并獲得授權(quán)，才能使用這些音、視頻等文件，從而有效的保護(hù)了這些數(shù)字多媒體產(chǎn)品的版權(quán)和使用權(quán)限。

    OMA DRM 是OMA(Open Mobile Alliance)開(kāi)發(fā)移動(dòng)聯(lián)盟制定的可用于移動(dòng)通信終端的DRM協(xié)議；作為一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，它的最大特點(diǎn)在于平臺(tái)接口的標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放性。因此它得到了眾多運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備提供商的支持和應(yīng)用， 目前歐美和我國(guó)的大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商都在其數(shù)字版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)中使用了OMA DRM。本系統(tǒng)采用的是OMA DRM2．1版本的標(biāo)準(zhǔn)，它在DRM基本原理的前提下進(jìn)行了一定程度的變化，其主要特點(diǎn)在于：將加密內(nèi)容和版權(quán)同時(shí)發(fā)送給用戶，而不是播放加密內(nèi)容時(shí)再去相應(yīng)站點(diǎn)獲取。

    2．2 PKI體系

    公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI，Public Key Infrastructure)是利用公鑰概念和加密技術(shù)為網(wǎng)上通信提供的符合標(biāo)準(zhǔn)的一整套安全基礎(chǔ)平臺(tái)。PKI體系中的2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)稱(chēng)密鑰密碼技術(shù)和非對(duì)稱(chēng)密鑰密碼技術(shù)。對(duì)稱(chēng)密鑰技術(shù)使用同一個(gè)密鑰進(jìn)行文件的加解密，即只要知道了加密密鑰就可以用它來(lái)解密文件。非對(duì)稱(chēng)密鑰技術(shù)使用2個(gè)密鑰：公鑰和私鑰，文件可以使用公鑰加密私鑰解密，也可以使用私鑰加密公鑰解密。公私鑰一一對(duì)應(yīng)，公鑰向公眾公開(kāi)，私鑰則由私人唯一擁有。本系統(tǒng)使用了DES對(duì)稱(chēng)密鑰技術(shù)和RSA非對(duì)稱(chēng)密鑰技術(shù)。

    2．3智能卡技術(shù)

    智能卡(smart Card)，也口L{IC卡，它是一個(gè)帶有中，智能卡核實(shí)版權(quán)中的權(quán)限，如果權(quán)限確實(shí)屬于該用戶，且沒(méi)有使用完，卡上的密碼處理器使用卡中的用戶私鑰解密出對(duì)稱(chēng)密鑰，并將對(duì)稱(chēng)密鑰發(fā)送給手機(jī)中的合法播放器，播放器使用該密鑰解密數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行播放。為了防止非法的播放軟件竊取對(duì)稱(chēng)密鑰，智能卡設(shè)有訪問(wèn)口令，只有合法的播放器才可以進(jìn)行訪微處理器和存儲(chǔ)器等微型集成電路芯片的、具有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的卡片，如圖1所示。智能卡已應(yīng)用到銀行、電信、交通、社會(huì)保險(xiǎn)、電子商務(wù)等領(lǐng)域，本系統(tǒng)中使用的手機(jī)SIM 卡即屬于智能卡的范疇。對(duì)于應(yīng)用于PKI體系的智能卡，一般都帶有硬件仿真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、RSA協(xié)處理器，可以用硬件實(shí)現(xiàn)RSA的運(yùn)算。另外，還具有DES和SHA一1等密碼算法，保證在硬件內(nèi)部產(chǎn)生密鑰對(duì)，并在硬件內(nèi)部完成加、解密運(yùn)算。本系統(tǒng)將用戶私鑰存放在智能卡存儲(chǔ)器中，利用硬件運(yùn)算RSA，完成解密工作。

    3 基于智能卡的DRM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

    3．1 系統(tǒng)的原理及組成

    本系統(tǒng)的基本原理是：首先使用對(duì)稱(chēng)密鑰加密數(shù)字內(nèi)容，當(dāng)用戶請(qǐng)求下載時(shí)，再使用用戶的公鑰加密對(duì)稱(chēng)密鑰，將加密后的密鑰和相應(yīng)的權(quán)限包含在版權(quán)中，然后將加密內(nèi)容和版權(quán)一起傳給用戶。用戶得到版權(quán)后，使用自己的私鑰即可解密出對(duì)稱(chēng)密鑰，并用它解密數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行欣賞。

    因此整個(gè)系統(tǒng)可以由2個(gè)模塊組成：客戶端模塊和后臺(tái)服務(wù)模塊。客戶端模塊包括用戶瀏覽器Browser，下載代理DL Agent和版權(quán)代理DRM Agent。后臺(tái)服務(wù)模塊包括服務(wù)器Presentation Server，版權(quán)提供商Right Issuer和內(nèi)容提供商Content Issuer。

    3．2 系統(tǒng)的模塊功能設(shè)計(jì)

    后臺(tái)服務(wù)模塊負(fù)責(zé)數(shù)字內(nèi)容的加密。內(nèi)容提供商使用對(duì)稱(chēng)密鑰加密原始的數(shù)字內(nèi)容，并把對(duì)稱(chēng)密鑰和該數(shù)字內(nèi)容的標(biāo)識(shí)發(fā)送給版權(quán)提供商，以便日后生成版權(quán)?？蛻舳四K負(fù)責(zé)數(shù)字內(nèi)容的解密和播放?？蛻舳耸盏郊用艿膬?nèi)容和版權(quán)后，版權(quán)被發(fā)送到手機(jī)智能卡中，智能卡核實(shí)版權(quán)中的權(quán)限，如果權(quán)限確實(shí)屬于該用戶，且沒(méi)有使用完，卡上的密碼處理器使用卡中的用戶私鑰解密出對(duì)稱(chēng)密鑰，并將對(duì)稱(chēng)密鑰發(fā)送給手機(jī)中的合法播放器，播放器使用該密鑰解密數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行播放。為了防止非法的播放軟件竊取對(duì)稱(chēng)密鑰，智能卡設(shè)有訪問(wèn)口令，只有合法的播放器才可以進(jìn)行訪問(wèn)，如圖1所示。 

圖1 數(shù)字內(nèi)容的加密和解密過(guò)程

    3．3 系統(tǒng)的安全架構(gòu)

    基于智能卡的DRM 系統(tǒng)的安全架構(gòu)由參與實(shí)體，網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議和安全基礎(chǔ)設(shè)施3個(gè)部分組成。各部分在系統(tǒng)中起著不同的作用，PKI作為安全基礎(chǔ)設(shè)施是安全協(xié)議有效實(shí)施的基礎(chǔ)，一切基于身份鑒權(quán)認(rèn)證的應(yīng)用都需要PKI的支持；ROAP是一種安全傳輸協(xié)議，它與PKI相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了身份認(rèn)證，公鑰發(fā)放等功能；在此基礎(chǔ)上，各參與實(shí)體相互通信完成了內(nèi)容和版權(quán)的生成，傳輸下載和播放，如圖2所示。 

圖2 系統(tǒng)的安全架構(gòu)

    3．4 系統(tǒng)的無(wú)線傳輸過(guò)程

    手機(jī)客戶端通過(guò)GPRS無(wú)線信道和后臺(tái)服務(wù)模塊交互，獲取數(shù)字內(nèi)容和版權(quán)，考慮到無(wú)線信道傳輸收到加密的內(nèi)容和版權(quán)后，版權(quán)被發(fā)送到手機(jī)智能卡 的不安全性，為了防止其他人非法冒充竊取相關(guān)內(nèi)容，本系統(tǒng)使用了OMA DRM 標(biāo)準(zhǔn)中的ROAP協(xié)議進(jìn)行數(shù)字內(nèi)容和版權(quán)的傳輸。ROAP (Rights ObjectAcquisition Protoco1)是OMA DRM 中的一個(gè)傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；在該協(xié)議中，版權(quán)提供商和版權(quán)代理經(jīng)過(guò)一系列的相互認(rèn)證，確認(rèn)彼此的合法性，在傳輸過(guò)程中采用嚴(yán)格的請(qǐng)求響應(yīng)機(jī)制，因此可以保證數(shù)字內(nèi)容不會(huì)被非法的竊取使用和傳播。

    ROAP協(xié)議分成2個(gè)過(guò)程：登記識(shí)別和下載內(nèi)容版權(quán)。

    3．4．1登記識(shí)別

    登記識(shí)別是為了讓用戶和服務(wù)器相互確定對(duì)方的合法性，如果用戶首次登陸將執(zhí)行登記過(guò)程，否則執(zhí)行識(shí)別過(guò)程，如圖3所示。

    首先客戶端瀏覽器Browser發(fā)送一個(gè)HTTP登記請(qǐng)求，版權(quán)提供商RI收到后生成一個(gè)登記觸發(fā)Registration ROAP Trigger并把它傳送給服務(wù)器Presentation Server，服務(wù)器將帶有下載描述符DD和ROAP Trigger的HTTP響應(yīng)返回給下載代理DL Agent，下載代理讀取后把ROAP Trigger傳給版權(quán)代理DRM Agent，版權(quán)代理啟動(dòng)與版權(quán)提供商的4-pass Registration ROAP 會(huì)話。執(zhí)行完畢后，下載代理將指向Next URL，以供下次使用。服務(wù)器返回給用戶登記成功的響應(yīng)。

    4-pass Registration ROAP會(huì)話是本過(guò)程的關(guān)鍵，通過(guò)該會(huì)話，用戶和服務(wù)器交換了各自的公鑰和數(shù)字證書(shū)，從而確定了彼此的身份和合法性。識(shí)別過(guò)程與此基本相同，只是把4-pass Registration ROAP會(huì)話改為2-pass Identification ROAP會(huì)話。

    3．4．2下載內(nèi)容和版權(quán)

    登記識(shí)別成功后，用戶將確定自己需要的數(shù)字內(nèi)容的使用權(quán)限并連同支付的電子貨幣一起通過(guò)HTTP發(fā)送給服務(wù)器。服務(wù)器確認(rèn)后，和版權(quán)提供商RI交互生成一個(gè)相應(yīng)的版權(quán)RO， 同時(shí)RI生成一個(gè)ROAcquisition ROAP Trigger并傳給服務(wù)器，服務(wù)器將帶有下載描述符DD 和ROAP Trigger的HTTP響應(yīng)返回給下載代理。下載代理讀取后將ROAPTrigger傳給版權(quán)代理，版權(quán)代理發(fā)送下載請(qǐng)求至RI，RI將版權(quán)RO連同從內(nèi)容提供商CI處獲得的內(nèi)容CO一起傳送過(guò)來(lái)(版權(quán)RO和內(nèi)容CO在邏輯上相互分離，也可以采用分開(kāi)傳送的方式)。

   版權(quán)代理安裝好內(nèi)容和版權(quán)后，通知下載代理安裝成功(或失敗)，下載代理將安裝狀態(tài)發(fā)送給RI，RI收到后回復(fù)。之后，下載代理將指向NEXTURL，以供下次使用。

    通過(guò)以上2個(gè)過(guò)程，加密內(nèi)容和版權(quán)被安全地傳輸?shù)搅撕戏ǖ挠脩羰种?，客戶端采用圖4的步驟就可以解密出數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行欣賞。

    3．4．3版權(quán)的組成

    下載的版權(quán)由rilD，right，signature，timeStamp，encKey，version，id，stateful， domainRO，riURL等屬性組成。其中right為用戶權(quán)限，包含了用戶的信息和使用的次數(shù)。stateful負(fù)責(zé)記錄權(quán)限使用的情況，當(dāng)權(quán)限使用完后，該版權(quán)失效。encKey包括用于驗(yàn)證版權(quán)完整性的MAC KEY和加密后的對(duì)稱(chēng)密鑰，如圖5所示。 

圖3 登記識(shí)別

    通過(guò)合理設(shè)置版權(quán)中的屬性，保證了版權(quán)只能按照相應(yīng)的權(quán)限進(jìn)行使用，防止合法用戶無(wú)限制使用版權(quán)和非法傳播共享的現(xiàn)象發(fā)生。 

圖4 下載內(nèi)容和版權(quán)

    4 結(jié)論

    在手機(jī)上網(wǎng)日益普及的今天，為了保護(hù)無(wú)線下載內(nèi)容的數(shù)字版權(quán)，基于手機(jī)智能卡的DRM 數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，許多基于 了內(nèi)容提供商的利益，越來(lái)越多的商家參與到無(wú)線下該技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)投入使用。由于該技術(shù)有效地保護(hù) 載內(nèi)容的創(chuàng)造和發(fā)布中，為廣大手機(jī)上網(wǎng)用戶提供了 

圖5 版權(quán)的組成

    越來(lái)越多的優(yōu)質(zhì)數(shù)字影音資源，同時(shí)它還促進(jìn)了移動(dòng)增值業(yè)務(wù)的發(fā)展，為運(yùn)營(yíng)商產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

    (文/北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院 李炳蔚  劉杰)