[發明專利]免費接收者數量可控的廣播加密方法

有效

• 申請號: 201310149490.7
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN103281570A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 李繼國;張亦辰;蔣鑫;黃丕全;錢惠玲;滕美林;汪鑫;郭宇燕
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04N21/266
• 分類號: H04N21/266;H04L9/08;H04L9/32
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及信息安全中的數據加密技術領域，指的是免費接收者數量可控的廣播加密方法。

背景技術

廣播加密的概念是Fiat和Naor于1993年首次提出。廣播加密是允許廣播中心將加密的消息通過廣播信道傳送給系統中的用戶,只有授權用戶能夠正確解密的密碼學方法，它是一種允許數據供應商把數字內容通過廣播信道安全地發布給經其授權的合法付費用戶的安全機制。廣播加密提供了一種在非安全的廣播信道上將受版權保護的數字內容分發給指定用戶的方法。廣播加密中的一種常見且應用廣泛的情形是：客戶接收端是無狀態的裝置。即消息接收裝置無法保存過去的所有傳輸并以此改變自身的狀態，其解密操作必須基于當前的傳輸以及自身的原始配置。這種情況的主要應用有：受版權保護的CD和DVD，衛星接收裝置（GPS或衛星電視），數字付費電視等。因此，設計能夠應用于無狀態接收裝置的廣播加密方法尤為重要。

在2001年，Naor，Naor和Lotspiech提出了子集覆蓋模型，這是一個一般性的廣播加密框架，能夠應用于無狀態接收裝置的廣播加密方法，并提出兩種子集覆蓋撤銷算法。即完全子樹方法和子集差分方法。然而，所有授權用戶集合能解密廣播消息，而任何非授權用戶都無法解密廣播消息在某些應用（比如視頻點播，電子優惠券等）中過于苛刻了。實際上，在一些應用中系統可以允許一些可控數量的非授權用戶偶爾也能解密廣播消息，以減少系統的運行費用，這種用戶稱為免費接收者。在允許免費接收者的模型中，供應商的基本策略是定義系統允許的免費接收者的閥值，這個閥值可以是以節目內容的受歡迎程度，訂閱用戶數量等為參數的函數，甚至當某個節目的訂閱用戶數量超過某個閥值時可以完全免費廣播該節目，雖然一部分人可能免費接收內容，這些損失可以由減少的帶寬費用得到補償。在1999年，Abdalla，Shavitt和Wool首次把免費接收者概念引入到廣播加密系統中。2004年，Shavitt和Winkler詳細討論了允許免費接收者廣播系統的經濟模型。允許免費接收者的廣播加密方法需要滿足以下三條性質：

（1）所有授權用戶能夠正確解密。

（2）允許可控數量的非授權用戶能夠正確解密，以減少系統的通信代價。

（3）免費接收者是隨機選擇的，否則一些用戶能預期自己能夠成為免費接收者，而不愿意付費。

下面首先將對相關概念和符號進行說明。

U={u₁,u₂…,u_n}表示系統用戶集合，u_i表示第i個用戶。|U|=n；表示撤銷用戶集合，該集合中用戶不能解密廣播消息，|R|=r；Ｆ是免費接收者集合，表示那些沒有付費訂閱服務卻能解密廣播消息的用戶，|Ｆ|=f；表示授權用戶集合，該集合中用戶能夠正確解密廣播消息；在實踐中，|U|是系統允許的接收者數量上限，當有新用戶加入時，系統為其分配一個未使用的用戶標識u∈U；|·|表示·的數量，∩表示交集，∪表示并集，A/B表示A中除B以外的所有元素的集合，∈表示屬于，表示包含于，←表示賦值。

因子0≤FR_ratio≤1，表示系統可忍受免費接收者的程度。當FR_ratio=1時，系統完全開放廣播，所有用戶都能正確解密廣播消息；當FR_ratio=0時，系統禁止免費接收者，只有授權用戶能夠正確解密廣播消息，用于版權管理時，系統根據數字內容的受歡迎程度、訂閱者數量、價格等參數確定某個合適的FR_ratio。

Steiner樹

給定撤銷用戶集合R，在由所有用戶U為葉結點組成的滿二叉樹中，Steiner樹是連接這些撤銷用戶節點與根節點的最小子樹，表示為構造Steiner的方法是，依次從撤銷用戶節點出發，向上回溯，直至根節點，并將途經的節點標記為黑色；

懸掛節點

給定撤銷用戶結合R，由所有用戶U為葉結點組成的滿二叉樹T和Steiner樹中，如果T中某個節點v_i不在中，但其父節點Parent(v_i)在中，則稱其為懸掛節點。

最大鏈

給定撤銷用戶集合R，在中，如果某條路徑上的節點，除最深的節點外都恰好只有一個孩子，則稱這些節點為一個鏈。如果這個鏈不是其他鏈的部分，則稱為最大鏈。

完全子樹方案

首先給出完全子樹方案，該方案是子集覆蓋模型的一個實例。該方案按圖1方式描述子集：