CN1185217A - 视频介质安全与跟踪系统 - Google Patents

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Abstract

一种为租赁用视频介质,如数字视盘及数字录像带提供安全性和跟踪数据的系统。视频放像机与介质的新格式允许含有安全特性,因此能对此类介质的租赁状况进行跟踪,并防止不法租赁。每一放像机包含一个判定电路,它仅当录在特殊的单独授权的存储卡上的放像机标识号与存储在该放像机内的放像机标识号一致,并且从光盘上读出的电影标识号与录在特殊卡上的电影标识号相匹配时,才播放特定光盘(或录像带)。相应设备将提供给视频租赁店,该设备能在租赁时将欲租电影的标识号及特定盘放像机号以加密形式录入授权卡中。加密采用预先录入光盘内光学部分上的公用密钥系统的私有密钥、公共密钥和模量。

Description

视频介质安全与跟踪系统
本发明涉及视频介质的安全系统。具体而言，本发明涉及一种视频材料的版权所有者能在每次使用的基础上对此材料的收看进行控制的系统，此视频材料提供在视盘或录像带等预录介质上。
众所周知，含有预录的材料如电影的录像带或视盘按如下所述的典型方式成为商品。录像带或视盘中材料的版权所有者，如电影工作室(“版权所有者”)，将电影复制成大量录像带或光盘，然后将它们卖给影视租赁店主，后者根据需要尽可能多地出租每一盘录像带或光盘。然而影视租赁店主只需为每一盘录像带或光盘付一次钱，因为他已经从电影工作室手中将录像带或光盘完全买下了。因此租赁为租赁店主而不是电影工作室带来了丰厚的利润。这是因为所谓的“一次用尽原则(first sale doctrine)”阻止录像带或光盘的卖主(电影工作室)对其产品的后续商业行为(如租赁)进行任何程度的控制，即使该影视材料受版权保护时也是如此。
这使得不能更好地控制，并/或从他们的电影或其他节目的租赁市场中获得的版权所有者备受打击。为此已提出各种建议方法，以便版权所有者能克服一次用尽原则，能在一定程度上控制，例如，VHS录像带的租赁状况。
方法之一是采用“不可倒带”的录像带。该录像带被消费者(租用者)播放后，必须送回租赁店倒带。倒带机自动记下每次倒带处理，因此电影工作室(或其代理)能周期性地到现场或通过远程通讯方式检查倒带机的每次倒带处理记录。当然这要求影视店主与电影工作室有商业上的安排来以每次使用为基础支付录像带费用。这种安排是合同上的事情，不在本发明讨论的范围内。
不可倒带的录像带存在明显的缺陷，即每个租用者每次只能看一遍电影。这对那些想不只看一遍电影的租用者而言是一个打击。对那些企图篡改倒带机记录从而少交它们应付的录像带出租费的影视店主而言，这显然也是一种诱惑。
目前提出的第二种建议需在每盘录像带中装上一种特殊的积分电路。装好后该电路在预定时间对VCR电子线路发射干扰无线信号，从而有效地阻止该录像带的播放，直至它被还回租赁店并重新编程该电路时为止。同样重新编程机自动记录重新编程处理。由于在录像带中安装电路所需的费用、电路故障可能给消费者带来的不便，以及容易被影视店工作人员或所谓“黑客”欺骗(此处“黑客”指任何试图用技术手段破坏系统安全者)，使对这一建议的支持程度受到限制。该建议与不可倒带录像带的建议有同样的缺陷。需提供电池来驱动该录像带中的电路，这也增加了实际应用的复杂性。
其他一些建议也需要在每盘录像带中装入机械或电子的计数器来记录播放次数。同样，若某租用者想多次播放录像带时会出现问题，而且也容易通过篡改来克服这个问题。
需要明白的是，影视店主与版权所有者一样，对此极为关注。若能找到在版权所有者与影视店主间分享租赁收入的可行系统，版权所有者就会为每个商店提供更多的电影拷贝，从而增加双方的利润。
上述安全系统没有一个能适用于视盘之类的介质。目前认为具有新型数字格式的视盘将会非常流行。此外，需要明白的是，上述系统的不足是受如下要求限制的结果，即任何这种安全系统必须与目前被大量安装的VCR兼容。这使得对此问题的解决基本上不能令人满意，而且没有一种建议的方案能被广泛地付诸实施。
本发明者认识到若一种安全系统不受目前大量安装的VCR限制，而是采用与新型记录介质的规格兼容，且包含专用租赁控制子系统的放像机，则会很有利。预期这种安全系统尤其能适应为视频介质，如数字视盘(DVD)及数字录像带(DVC)引入的新格式。
实现本安全系统需要相当比例的版权所有者希望能更好地控制其新格式版权材料的商业使用，其结果使放像机生产商出于预计对此格式的支持会增加，从而能同意生产兼容的放像机。
依照本发明，本发明人定义了几个重要的安全系统特性。其中之一是功能性，即系统根据节目(电影)标题和租出时间的长短(天或小时)来跟踪并报告每次租赁业务。更进一步，系统应能按诸如电影工作室来区分业务，并定期通过电话线等将这些信息下载到某业务服务中心或特定版权所有者。
下一个特性是高水平的系统安全性；据信本系统使不法影视租赁店主(或与影视租赁店主相勾结的黑客)不可能(或过于昂贵而实际上防止)进行欺诈和损害。因此依照本发明，版权所有者就会有信心相信，他们会从租赁活动中获得适当补偿。依照本发明，任何安全漏洞都能快速廉价地修复，并将损失减至最小。而且依照本发明，通过跟踪系统的安全性，版权所有者能确信他们某影视材料(电影标题)的业务数据不会被他人访问。
另一特性是本系统操作的简单性。它为影视租赁店职员提供了最少的负担。类似地，用户(租用者)也喜欢操作简单，这样对影视材料租用者而言，系统足够明晰，不会影响他欣赏被租的材料。
最后一个特性是本系统增加到放像机和介质上的成本最少。此外店内业务监视及报告设备的费用据信很快就能收回。
本发明的一个实施例是数字化视盘格式介质。然而应指出，本发明也能用于模拟或数字录像带、模拟视盘或其他采用磁、光或磁光或其他记录方式的介质。此系统也适用于其他非视频材料，如音频材料(但一般音频材料完全售出，而不用于租赁)。
此外，这里提到的实施例包括数字视盘介质，但应明白的是本发明不局限于数字材料，也能适用于用模拟方式录制的材料。
本发明包括“TTRD”(业务跟踪与记录装置)，它是一套在影像店中使用的装置，及一种用该TTRD将预录在光盘或磁带上的影像材料的节目(电影)标识和特定放像机的标识，以加密形式记录到单独的授权卡上的方法。授权卡是一种约100字节容量，采用半导体、磁或其他存储技术的可重复使用的存储卡。
此外，本发明提供一种改进的放像机(DVD机或盒式放像机)，它在传统电路上附加了专用租赁控制电路和/或相应软件，以便能从介质内预录的材料中读取租赁/出售授权数据、公用解密钥和节目标识。同时在放像机内提供一个安装授权卡的插槽以便读授权卡，并通过数据解码器及纠错电路与解密器相连。解密器还接收用光学记录在光盘上的公用解密钥，从而从授权卡数据解密出节目标识和放像机标识。每一放像机内有一特殊判定电路，它对从授权卡中读出的放像机标识和存放在放像机只读存储器内的标识进行比较，并对从解密器中读出的节目ID和从预录材料提供的节目标识进行比较。仅当两组放像机标识被认可(匹配)，且两组节目标识也被认可(匹配)时，放像机才能播放该预录的材料。
当然，若光盘中的授权数据说明这是一张售出的光盘(非租用)，即光盘上有允许播放的授权说明，则即使节目标识或放像机标识不匹配，放像机也能播放预录的节目材料。
因此，本发明还包括一种操作放像机认可它播放预录材料的操作的方法。
在一替代实施例中，没有用到授权卡，而代之以盘本身上的可写(如磁的)存储器，它是靠近盘中心提供一条窄磁道，能被每台DVD机内的特殊磁头读取。
最后一个方面是预录的介质。以DVD光盘为例，这种视盘的适当位置，如靠近光盘中心，有一条磁道(在替代实施例中)。当视盘从工厂中生产出来并被送到影视租赁店时，此磁道一般是空的，但其空间足够录入加密的节目标识和加密的放像机标识。
应当明白的是，下文每当提到授权卡时，在替代实施例中指的是盘或等效录像带上的该磁道。
本发明适用于录像带时，录像带上适当位置录入的是数据解密钥和节目标识。仅在替代实施例中，记录在另一位置的是第二独立磁道(使TTRD读取方便而不需倒带)，它有足够的空间记录加密节目标识和加密放像机标识。第二磁道的位置可以位于例如录像带的外壳之外，这样当录像带被插入TTRD(或VCR)时，插入动作及录像带在TTRD(或VCR)内的运动会使此磁道经过一个固定磁头，这样就很容易读取信息。在替代实施例的另一方案中，第二磁道位于录像带主轴的一端，主轴的自旋使磁道经过一个适当位置处的小磁头。以上两种情况都不需要从录像带自身的磁带中搜寻加密数据。
图1是根据本发明的业务跟踪与记录装置。
图2是根据本发明的放像机。
图3是根据本发明替代实施例的视盘。
图4是根据本发明替代实施例的录像带。
在数字视盘的实施例中，每个DVD机，它不同于目前宣传的东芝、索尼等常规类型，都在其内部存储器中嵌入一条被存储的标识。此标识(如数字)不必与放像机的序列号一致。为求得最佳安全性，它可能需要有至少6-8位数字。放像机标识位数可能比放像机序列号少许多，如少到只有两位数字，则其安全性就会相应的减少。所以放像机的标识虽然不必每台不同，但应该在黑客能遇到的DVD机数量内，取足够大的数才不容易被复制。
每张用于租赁市场的相应数字视盘，除包括仅用于替代实施例的普通光学预录道外，还有一个附加的靠近盘中心(此位置是说明用的，并不限于此)的圆形窄磁记录道。此磁道能存约100字节的数据。它由本发明中DVD机提供的磁读取头来读取。需要明白的是工业界提出的DVD机不包括安装授权卡的插槽(或替代实施例中的磁头)和相关电路，但附加这些部件是为实现本发明而对DVD机做的必要修改。
每张供出租的DVD视盘还包括许多额外字节的信息，它是在常规制作母盘时用光学记录的，是视盘初始化信息的一部分。在普通CD和前述DVD视盘之类的介质内，有一个扫描区，它在视盘初始化周期由放像机读取。初始化信息通常包括运行时间、磁道数，还可能包括录入资料特定部分的位置等数据。依照本发明，每张租赁盘除包括普通在初始化区提供的信息外，还包括与电影标题之类相对应的，被录在视盘光学区的(电影或节目标识)号码，和一条附加指令，它告诉放像机去读能获取播放许可的该视盘上的某一磁道。用于市场销售的视盘，即零售给消费者的视盘，就不包括这种查寻授权信息的指令。换而言之，销售用视盘包括这样一条指令，它不需要放像机读授权卡以获取播放视盘的许可，而是不管授权卡，直接许可放像机播放视盘。
录在授权卡上的信息包括电影标识和某个或某些允许播放该视盘的放像机的放像机标识。授权卡上的这些信息被加密，并在租赁交易时由依照本发明提供给各租赁店的业务跟踪及报告装置(TTRD)记录，“TTRD”是为方便地称呼下面将要详细介绍的装置而采用的提法。需要明白的是，该装置不必是一台独立的装置，而是例如，可以合并到目前租赁店使用的其他业务报告装置中去，并且它具有下述相应特点。
每一TTRD内的常规电子钟在每次租赁交易时记录授权的时间和日期，租赁结束后又记录下此视盘被还回租赁店的时间。
每台DVD机，还包括一个判断电路，仅当自身放像机标识与从授权卡中读出的放像机授权标识相匹配，且从视盘上用光学读出的电影标识与从授权卡中读出的电影标识相匹配时，判断电路才允许放像机播放此视盘。没有此电路，该DVD机即为普通机型。
当一租用者首次成为某租赁代销店或租赁连锁店的顾客时，该顾客为租赁店职员提供他自己DVD机的放像机标识。这个标识与顾客的姓名及/或电话号码之类一起，由标准键盘接口或条形码读取器送入TTRD，之后该顾客就可以成为任一租赁店的会员。以后他只用出示普通信息，如姓名、电话号码或租赁标识卡，就可以租用视盘了。
当某视盘被租时，租赁店职员将它插入TTRD，TTRD光学地从视盘初始化区读取电影标识，并将它与顾客的放像机标识一起记录到授权卡中。这个操作是自动完成的，只需几秒钟。
授权卡由租赁店在每次租赁时提供；一张卡可以包括多张被租视盘的信息。卡的生产成本只需约1美元，并且可以重复使用。对租赁店及租用者而言，授权卡这种方式没有用视盘内的磁道方便，因为需要增加额外的物理部件。卡的尺寸应能放入光盘的“保存盒(jewel case)”中，以最大限度地减少丢失的风险。不过按生产放像机的成本来看，授权卡要便宜一些。系统的安全性和功能度与授权卡使用的介质无关。
顾客用完视盘，将它还回租赁店后，租赁店职员简单地将视盘插入TTRD，TTRD读取磁数据与光学数据，并在它的存储器中记下归还的日期和时间，从而拥有了一次完整的业务记录。
此系统提供了上述诸多优点。从功能性而言，做为业务跟踪信息，TTRD内的电子钟注意每张视盘被允许租用和被还回租赁店的时间和日期。若需要的话，还可以结合电影标识和租用者的放像机标识，这些信息足够用来跟踪租赁活动。然而值得注意的是，在本发明的某些实施例中，租赁跟踪特性是不必要的，这些实施例中只包括了下述的安全特性。因此在应用于版权所有者不需要业务信息，只需要安全性的情况下，业务跟踪功能及相关的结构就被略去了。
本系统增加的优点之一是能防止某租用者将他租来的视盘(或录像带)借给朋友或亲戚，因为只有他的DVD机被允许播放这些视盘。这一特性能有效地增加租赁业务。若某用户不只拥有一台DVD机，系统就将多条放像机标识录到授权卡(或视盘磁道)中。顾客可能会将他朋友的放像机列为自己的，从而避开不能将视盘借给朋友的限制。(当然，当他的朋友在同一租赁店或租赁连锁店租视盘时，这种情况就会被发现)。
本发明的一个主要优点是即使黑客获取了所用安全原理的全部知识，并对某DVD机授权电路所有的工作细节全部探查清楚，系统的安全性能仍能维护。也就是说，DVD机自身没有秘密，但系统是安全的。这安全系统包括两个方面；首先，阻止不法交易，第二，限制对业务数据的访问。这其中，第一点可能更重要。
为防止不法交易，即防止黑客设计“黑箱”装置来非法记录授权卡中的授权数据，该数据(放像机和电影标识)被TTRD用公用密钥加密系统串起来，加密，并写入授权卡(或各视盘)中。公用密钥系统众所周知，下面对相关的加密方法做一简单回顾。
数据加密最普遍并最为外行了解的形式是私有密钥或对称加密，这也是历史上用于加密的方法。这种方法用相同密钥来加密和解码数据。为防止猜密钥的试错法尝试，密钥通常是一个大数，如18位数字。DES(数据加密系统)算法是驻有密钥系统的一个例子，它将数据排成64比特的块，再用56比特的密钥加密。(56比特约相当于17位数)。
众所周知，私有密钥加密系统中，为确保安全，选用的密钥必须秘密保存以防黑客(或不同利益者)。但同时密钥又必须提供给可能是大量的合法用户。在一些特定(军用)情况下，合法用户数量相对比较少，所以历史上用到的这些系统还算成功。但在本情况下每台DVD机都必须包含解密钥以便读取授权介质，所以能很容易地买一台DVD机的黑客能获取至少是某种形式的密钥，从而大大减少了系统的安全性。也就是说，认为这种由廉价而且遍地都是的放像机给出的解密钥，能不被那些决意要读取它的黑客获得是不现实的。所以据信私有密钥加密系统更可能被突破，但根据本发明，它可以用于其上述缺点不太重要的场合。
另一种数据加密系统是用公用密钥，也就是不对称加密。这种系统中有两把不同的密钥，第一把是私有密钥，只有上述私有密钥系统的授权用户才知道；第二把是公用密钥，它众人皆知但不会有被黑客破译的风险。其中一把(哪把都行)用于数据加密，另一把用于解密。所有公用密钥系统一个基本的特性是黑客不会因了解了解密钥，就能给信息加密，反之亦然。
最安全的商用公用密钥系统是CA州Redwood市的RSA数据公司提出的。该系统的安全性是建立在将含上百位数位的极大数分解因子的困难程度上。在最快的计算机上，运行目前已知最快的分解因子算法为该数分解因子也需要几十年的时间。密钥的数越大，分解因子越困难。实际应用中密钥的大小被选为使可能的黑客为分解因子而花费的努力的代价效用比达到低到不可接收的程度，并在考虑到计算能力可能增长的情况下能贯穿产品的预计寿命。
本发明的一个实施例中，公用密钥系统的私有密钥用于加密。此密钥以如此方式安全地存放在TTRD中，使任何想从TTRD中提取私有密钥的尝试都会导致密钥被擦除。这相对而言较容易做到，因为TTRD的数量有限(一般每租赁店一台)，每台均会因日常业务的需要而不时接受电子查询，这样安全上的漏洞会比较容易被发现。保护嵌入TTRD中积分电路内的密钥的技术手段人所共知，一个简单的方法是若企图打开TTRD外罩，私有密钥立即被排除。类似地，因为密钥一般被放在易失性存储器中，故而任何想用电子方法连通存储器导线的企图都会导致存储器内容被擦除。已知还有其他类型的安全闭锁，也可以提供多重闭锁。当然若成功地从特定TTRD中取得了数据，就说明该TTRD的管理人员多半是同谋。只要认识到有这种情况存在，相信试图突破系统的情况会大为减少。
DVD机解密所需的相应用密钥与上述电影标识及授权(租赁/销售)指令一起光学地记录到视盘上，成为视盘普通光学记录内容的一部分。当视盘要被播放时，DVD机读取取密钥用来对授权卡内的数据解密，以便播放。
公用密钥被光学记录在每张视盘上而不是存储在每台DVD机内，这样能更迅速从安全漏洞中恢复。若发生了小概率事件：私有密钥被泄漏，从而威胁到系统安全，则迅速生成一对新密钥。新的私有密钥可以下载(如通过远程通讯)到每一台TTRD中，相应地，自即日起生产的新视盘中装入新的公用密钥。因从黑客处得到一台非法授权装置而导致的收入损失只限于该影像租赁店，现在该非法装置只能用来看密钥更改前的电影。更进一步，某特定租赁店在发现安全漏洞前，若某被发行的电影的租赁业务报告有任何不正常的减少，都说明商店内存在不法操作者。
新密钥发布后，为了让TTRD继续认可旧电影，每一TTRD必须按序列号存放所有用过的密钥，并自动选用合适的私有密钥为要录在授权卡上的数据加密。这通过将密钥序列号附加到录在视盘上的公用密钥上来完成。TTRD先读序列号，再从存在TTRD存储器内的一系列私有密钥中选出合适的私有密钥来执行加密。
电影ID被光学记录在视盘上，同时还被加密地录在授权卡上(与授权放像机ID一起)，这样做有两个原因。首先是让TTRD跟踪正被租用的特定电影；第二个原因关系到系统的安全性；若录在授权卡上的数据只是一条授权任何视盘都能被具有特定标识的DVD机播放的加密指令，那么该加密的数据流就可能被黑客获取，以后重新使用。这可以通过用黑客的设备记录授权卡上的数据流来完成。这样就可以非法授权同一DVD机播放其他电影(即指同一顾客)。
公用密钥加密系统的一个重要特性是不可能从一组加密值已知的数据中推断出与其只相差一个比特的另一组被加密数据的值。换而言之，例如，黑客知道了让标识号1289的放像机播放第566号电影的指令被加密后的数据，但他无法推出让同一放像机播放第567号电影这条指令的被加密数据，因此黑客最多只能注意到授权某放像机播放某电影时的代码序列，下次同一顾客想看同一电影时再用上这串代码，从而黑客最多能从审慎的租赁店主处获得额外的租赁而不给权利所有者付这些租赁费。为此所费的努力要比其经济上的收益多很多，所以他不会这样干。
关于限制访问业务数据，在一个实施例中，系统也用公用密钥加密系统(密钥本身与上例不同)来报告业务。每位版权所有者(如电影工作室)被配给一对专门的私用密钥/公用密钥。每台TTRD存储每一工作室的公用密钥，与某工作室相关的业务数据在TTRD存储与传输该数据前，用该工作室的公用密钥加密。只有工作室(或其代理用密)才有相应的为业务数据解密的私用密钥。
系统的其他部分提供了操作的简便性。在租赁时，影视租赁店职员通常必须用键盘接口或用条形码扫描器从包含标识码的标识卡上读入租用者的姓名或电话号码，然后根据本发明职员另外将租用者的授权卡和被租视盘放入TTRD。在用授权卡的第一实施例中，TTRD包括一个接在插座中的插头，以便与授权卡电连接。用视盘磁道的第二实施例中，TTRD包括一个特殊的记录头，以便将数据记录到视盘(或录像带)的特殊磁道上。
每一实施例的TTRD都包括一个端口和与DVD机类似的装载机构。授权卡与视盘几秒钟内被退出，第一部分业务被自动记下，以后(或其后不久)租用者归还视盘时，职员再次将视盘插入TTRD，从键盘接口处说明是办理归还手续。业务的最后部分则是将视盘归还时间之类的信息记录下来，视盘再次被退出，放回货架。授权卡被归还只为以后再使用。对版权所有者或其代理人报告业务情况也在方便的时间，通过调制解器和电话线之类自动完成。业务报告也可以采用其他共知的手段。故而影视租赁店职员所需做的工作仅比他以前需做的用销售终端存储顾客信息，用条形码读取登记，或为视盘、录像带结账等工作多了一点而已。
此外，本发明为顾客提供了方便。顾客需要多做的事情是当他第一次在某租赁店或租赁连锁店签约(成为会员)时，为租赁店职员提供他放像机的标识(或多个标识，若他有多台放像机)。为方便起见，每台DVD机与印有打印的、条形码的、或磁条的几张卡片一起出售。放像机标识还与序列号一起贴在每台DVD机的背板上。所以需额外提供放像机标识这件事，在他首次成为租赁店会员时就一次性地完成了。
据信实现本发明的费用很低，替代实施例中每台放像机内的磁读取器和相应授权电路的费用估计为1美元。费用的大部分用于磁读取器和它相关的放大器。所以在授权卡的实施例中费用会少的多。所需电路的其余部分通常位于放像机内含的积分电路中，这只需增加极少的费用。值得注意的是大部分是实际的逻辑电路的电路可以被替代为微处理器内操作DVD机的软件。
据估计替代实施例中，在批量生产的视盘中加入环形磁道的费用是每盘0.01-0.05美元。磁道很窄，也不需要是高密度，因为需要记到磁道上的实际数据量很小。
不过每台TTRD的费用比较高。但是每一租赁店只需提供一台TTRD，而且这些设备可以批量生产，因为有这么多的租赁店。
图1以方框图的形式描述了一个影像租赁店内TTRD的实施例。该设备包括一个常规的视盘光读取器12，它是能在普通影碟机中找到的类型，此例中一般是DVD机用的类型。需要明白的是，此处引用DVD机是因为预期本发明最可能被这种视频介质采用，然而本发明与其他视盘和录像带的格式是兼容的。(当然，目前的视盘和磁带放像机不包含本发明所需的电路)。需要明白的是视盘光读取器12包含了普通用于视盘14自旋的机械部件(为简单起见没有示出)。
DVD机的常规操作中，将视盘插入放像机后，放像机扫描靠近视盘中心称为初始化区的区域，以获得视盘记录内容的信息，该内容一般被影碟机呈现在屏幕上。根据本发明，初始化除记录常规信息外，还包括节目(电影)标识，租赁/出售说明和解密钥。解密钥一般包括密钥序列号、公用密钥和密钥模量。典型情况下，节目标识不必是字母数字形式，可能只是数字码，如6或8位十进制数码。可能只用少至4位的十进制数字来唯一地标识，例如，几年内发行的每张视盘。
视盘光学读取器12通过常规激光读取机构18从视盘14的光学记录区读取两份数据；1.密钥序列号、公用钥密钥和模量，及2.节目标识号。这些数据位于上述视盘初始化区，该盘上已含有关于视盘内容的格式化信息。
视盘光读取器12从激光读取机构18从视盘读出的数据流中提取这些数据。密钥序列号(在某实施例中)被提供给密钥存储器32，它以上述安全的方式存储公用加密钥系统的私有加密钥表。实际上该密钥号是表明存在密钥存储器22中的哪把密钥被用作私有加密钥的地址。其后此私有加密钥被提供给加密器26，该加密器是例如上述RSA数据公司出售的。通常该加密器实际上是一套由微处理器运行的软件(计算机程序)。被加密器26加密的数据是由视盘光读取器12提供的节目标识，它与特定放像机标识一起被连在一起地存放(在一数据块中)。该放像机标识是由前述TTRD中的存储器30提供的，或可以是在租赁交易时由键盘或条形码读取器输入。放像机标识是租赁顾客自己的特定放像机的标识。
节目标识除用于跟踪外，也增加了系统安全性。即，若没有节目标识，录在视盘磁道中的信息就是被加密的放像机号。因此黑客能通过读授权卡来获取某授权放像机的代码来破坏系统安全，即只需通过读取并记录上某放像机号有关的加密数据就能授权放像即使用该放像机，从而破坏系统安全。这种情况黑客不需为号码解密，而只需要记录下视盘磁道上相应的加密数据，不需用到TTRD，也就是说绕过TTRD，由此没记录下此次租赁业务而欺骗了版权所有者。故而为每次租赁业务提供一条单独的信息(节目标识)，并用上公用密钥系统，就能使黑客不能判别对同一系统放像机不同电影标识的编码数据是什么，这是公用密钥系统的特性决定的。
需要明白的是，为达此目的，也可用到除节目标识外的信息。即当生产出每张光盘时，不是在光道上提供节目(电影)号码，而是提供一个随机数。然后TTRD读取此随机数，加密它，并将此加密的随机数记录到授权介质上。故而此处用到的术语“节目标识”不必是所有录有同一电影的光盘通用的一个号码，而是任何只属于每一特定光盘或录像带的号码或信息。所以不必每部电影都有自己唯一的节目标识，可以采用有限范围的数，如从0到100，就足以保证安全，即使几部电影有相同的节目标识。单独从安全角度考虑，节目标识不必是某电影(标题)的标识。然而为最大限度地保障安全，每部电影最好还是拥有一个单独的标识号。
之后加密器26加密这些数据并将它们提供给数据编码器34，数据编码器34将数据格式化并编码成一种如所需要的特定常规调制方案，授权卡35通过插槽接头33与数据编码器34相连以记录编码后的数据。
在也简化地示于图1的替代实施例中，编码数据被提供给驱动市售型磁记录头42的传统放大器38，磁头42然后将数据录到光盘14上的磁道中，如上所述，磁道通常位于盘心附近，不过也不必局限于此。需要明白的是，一般这两个实施例不会用在同一TTRD中。
作为租赁用视盘，预先被录入光道的是表明这的确是租赁用视盘的说明(可能只在预定位置占一个比特)。若没有这条说明，(下述)放像机就知道这是售给顾客的视盘。若“销售用”视盘偶然被TTRD处理，根据上述理由这不会影响视盘的使用。
在加密后的节目标识及放像机标识被录到卡35后，卡35和视盘14从TTRD中退出，都交给租赁顾客使用。
也是图1所示TTRD的一部分，但对安全因素而言并非必须的是跟踪及报告部分。它包括一个数据编码器和一个从视盘读取器12处接收节目标识的格式化器46，同样由电子钟(图中没有标出)提供表示租赁业务时间的日期与时间说明，这两项数据通常被编码及格式化成适当的形式后提供给例如调制解调器50，由它通过电话线将该业务数据发往如电影工作室的中心跟踪计算机。需要明白的是从安全角度而言跟踪与报告部分52不是必须的，它是为商业用途提供的，它能允许每个电影工作室判断其电影被租赁的次数。
在此系统中特定放像机的号码有意不被提供给数据编码和格式化器46。这可以做到，但对商业跟踪而言不是必须的。不提供这些信息，租赁顾客就拥有更大程度的保密性。
需要明白的是只需很小的修改，图1所示的TTRD就能适用于录像带。在这种情况下激光系统18被VCR(磁)读取器取代，录像带实施例更多的细节将在下文描述。
图1是一张方框图，每框代表了一种常规的市售部件，而且方框间的相互联系是在本领域普通技术人员技能之内可以实现的。
租赁顾客将租用视盘14及卡35拿回家，并将二者插入方框图2所示的放像机中。
图2所示的放像机包括了所有影碟机共有的几个主要部件，包括一个视盘14的驱动器(为简明起见未画在图中)；一个光学读取装置，图中为激光系统60(与图1的部件18类似)；及一个视盘光学读取器62，与驱动传统放像机电路66的光读取器12类似。部件62与66是任一影碟机都有的常规类型，甚至是不依本发明制造的。激光系统60读出的数据流提供给视盘光学读取器，它将解调与解码后的数据送至至传统放像机电路66，后者一般连到电视或监视器上以供收看。
依照本发明，图2中所示的其他部件也被加入放像机以获取所需要的安全性。在授权卡实施例中，这些部件包括与授权卡35相连的插槽连接器73。
在替代实施例中，简示如图2，附加的部件包括一个与图1中的磁写入头42结构相似的磁读取头70，它用来读视盘14上的磁道。磁读取头70的信号提供给一个常规模拟放大器74。放像机中磁读取头70的性能不必很高，因为录入信息的总量只有约100字节，信号频率在10KHZ量级，因此一个廉价简单的磁读取头和放大器就足够了。需要明白的是这两个实施例不会出现在同一放像机中。
放大器74(或连接器73)的信号被提供给一个常规数据解码器76，它与图1中的数据编码器34互补，为使记录信号与介质性能相匹配，在替代实施例中录在视盘磁道上的信息通常将用某种调制的形式来记录。这种调制一般称为信道编码。各种信道编码的方法已为人熟知。因此放像机中磁读取电路包括了数据解码器76以便在替代实施例中对这些数据解码(解调)。依照本发明，典型的适用编码方法是频移键控，另一适用的方法是正交相移键控。由此解码器76从磁头与放大器中读出的模拟信号提供常规的数字信号。在授权卡实施例中，解码器76可以是一个更简单的数字电路，甚至可以没有。
被解码的数据(以数字形式)被提供给常规纠错电路78以寻找并纠正数据中的任何错误。经纠错的数据被提供给解密器80，它与图1中的加密器26互补。然而要理解的是，为提高安全性，在上述公用密钥/私用密钥系统中，加密器与解密器不是彼此简单地互补。解密器80的结构是，例如RSA数据公司公用密钥系统的市售类型。
从视盘光学读取器62中读出的被解调和解码的数据(但没有被加密)被提供给租赁控制电路84。电路84的功能是取出相关数据。这相对而言比较简单。因为已知相关数据位于视盘14初始化区的特定位置上。租赁控制电路84从解调解码数据流中选取三个数据项，第一是节目标识(“节目ID”)，第二是解密钥(包括模量)，第三是说明此视盘是租赁用或销售用的授权说明。在此实施例中，授权说明是单个比特；若该位为0，则是租赁用视盘，若值为1，则是销售用视盘。授权位不必加密。密钥(包括模量)(此处指公用密钥)被提供给解密器80以便解密。节目标识提供给第一比较器90做为第一输入。比较器90的第二输入是由解密器80从授权介质中读出的数据提供的解密的节目标识。
第二比较器94包括从放像机中只读存储器(ROM)98中读出的放像机标识做为第一输入，并提供放像机标识，该标识可能只有两位，但最好多一些。比较器94的第二输入是被解密器80从授权介质上数据解密的放像机标识。比较节目标识与放像机标识的功能可能是由例如比较两组并列二进制位的逻辑电路比较器来实现。或者是，比较功能(以及此处描述的其他功能)也可以等效地由影碟机内通常有的微处理器执行某控制程序来完成。在这种情况下，微处理器控制程序获取两组串行流，并执行一般的位对位比较。
若比较匹配，即两输入端的数据相同，则比较器90与94均提供例如高输出。类似地，若输入端不匹配，则比较器90和94提供低的输出信号。
比较器90与94的输出信号被提供给一个与门102。因此只有当两个比较器90与94的输出信号均为高时，与门102才提供高输出信号。与门102的输出信号做为或门106的第一输入，或门106的第二输入为授权比特。所以若这是用于出售的光盘，或门106接受授权位的高输入；若视盘14是租赁用视盘，授权位为0，或门106的输出被与门102的输出信号控制。之后或门106提供一个播放使能信号给如放像机电子设备66(或其他放像机的操作部分)，以便允许放像机工作。所以仅仅当或门106的输出信号是高时，放像机才能工作，即，播放视盘114的节目部分。这种使能功能可以根据放像机的什么部分被允许来采用任一种形式。
需要明白的是，对于租赁用视盘，只有当录在授权介质上的视盘的节目标识与视盘上光学区的节目标识相匹配，且只有放像机的放像机标识与录在授权介质上的放像机标识相匹配时，放像机才能够播放该视盘。作为或门106输出的播放使能的信号是允许读取视盘初始化区之外的其他部分所必须的。
数字影碟机是提供高速数字信号处理的成熟设备，即具有可观的嵌入计算能力。因此用小量附加的程序代码来以软件形式执行图2中逻辑电路形式所完成的功能，相对而言会便宜一些。需要明白的是，虽然图2描述了一种逻辑电路(硬件)实施例，但将此功能转换为相应的计算程序相对而言会比较简单，而且在得知本发明公开内容后，这是在本领域普通技术人员技能之内的。
图3是本发明替代实施例中视盘14的顶视图。视盘14包括盘中心区112，它通常用来在播放时机械地保持住视盘。该视盘的光学记录区是整个外部区114，它包括光道(为简明起见未画于图中)。根据本发明附加到视盘上的部件是窄磁道118，它在此情况下是紧挨着盘心区。道118有一层与磁带或软盘之类相似的磁性涂层，以便进行普通的磁记录和磁读取。磁道118只有约100字节的数据，故可以以低密度录入。
虽然此处提到的介质是指数字视盘和录像带，但需明白的是，这不是限制性的。其他类型的介质如磁光盘也能适用。依照本发明，总的要求是至少有一小块区域能被TTRD在其上记录(并以后能重录)信息。
图4是本发明替代实施例第二版本的VHS录像带。该录像带其他部分都很普通，只在外壳外有一条磁道124，在此情况下，所示的磁道位于表面一侧，但它也可以在表面的其他侧面或位于盒子的顶端或底部。任何情况下磁道都在表面，这样当录像带被插入VCR时，附有磁道的那一面在移动时能经过位于VCR内部的磁读取头，以便读取录在磁道124上的数据。类似的磁头机构用在TTRD内以便写磁道124。磁道124可能比较短，并以相对低密度录入数据，这也因为它只需要容纳约100字节的数据。
在这个录像带版本中，在视盘版本中被记录到光盘光学区的信息在此被录入到录像带上。这些信息可以被记录在例如每一帧，或许是每隔一帧上的方便位置，以便放像机不必到特定位置搜寻就能很容易地找到这些信息。
在录像带版本中也存在一个问题，即节目内容理应能很容易地由适当的设备来改变，这样黑客就可能更改租赁控制位，即将租赁控制位从租赁改为说明此录像带是用作售出(非租赁)。这是不希望发生的。因为它摧毁了整个租赁安全系统。为防止这种情况发生，租赁控制位不是单独存在，而是做为一组用私用密钥加密并用存放在特定VCR放像机中的公用密钥解密的一组数据中的第一位。这组数据的其余部分是重要图像或其他数据。这就防止了对租赁控制位的更改。
用于录像带的本系统的另一版本不需要在录像带盒或中导端(sprocketends)预留磁记录区，而是用录像带内的预定区域来记录加密节目标识和放像机标识。这不太受欢迎，因为TTRD需要倒带才能找到录像带上的这块预定区域。
若此租赁控制系统被DVD标准设置机构采纳，生产商是否普遍遵守就成了问题。因为为实现本系统增加了每台DVD机的成本，因此生产商可能削减必须的电路和接口，以便在价格上获得优势。这种系统不需要DVD机内有任何特殊子系统来允许被租用的光盘(或录像带)在其中播放。
若出于某种原因不能按生产商之间的合同方式来获取普遍遵守，根据本发明的一种技术方法可以保证每一生产商遵守。方法之一，与此处描述的系统相兼容的，是用特殊的与电影有关的加密钥将每张光盘上某一段很少但很重要的节目数据加密成用于要通过授权卡从TTRD发送到放像机的匹配解密钥的范围。此处任何加密解密系统都能适用。因此为能播放租赁视盘，没有遵守标准的DVD机需要包含在此描述的已遵守标准的放像机必需的所有子系统，而且不遵守标准放像机的所有者也必须由合法TTRD来处理光盘租赁业务。这样就不会让生产商有不遵守标准的想法。
本系统的另一版本中减少了安全性，但增强了“用户友好性”，其中没有用到放像机标识。也就是说就安全性而言所有放像机都是一样的(类别的)。代之以每一放像机包括在产品寿命内跟踪时间与日期的电子钟或等效装置，例如，跟踪与产品使用时间最接近的小时数。故而租用者租光盘时，租赁店TTRD将电影标识及租赁日期窗口，如租时起的48小时或72小时，写入授权卡。
这样当租用者将光盘与授权卡拿回家，并把二者放入放像机播放光盘时，放像机内的控制电路比较光盘上的电影标识和授权卡中的电影标识，及授权卡上的日期和内部时钟显示的当前日期与时间。只有当日期与当前日期和时间相匹配，且节目标识匹配时，才能播放光盘。
需要明白的是此版本的安全性不及前述实施例。因为黑客能推导出加密形式的日期窗口，并且不用授权(合法)的TTRD就可以提供加密形式的日期窗和电影标识，并将这两条信息写入授权卡。然而这种黑客式的授权只适用于黑客以加密形式获取的特定日期窗口，如特定的48或72小时。
此以上公开内容是描述性的，而不是限制性的，本领域的专业技术人员能做出更进一步的修改。这些修改应包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (37)

1.一种用于防止在非授权放像机上播放预录介质的方法，该放像机包括其中存有放像机标识的授权部分，该方法包括如下步骤：
在该介质上预录与该介质内容相关的节目标识；
在特定放像机播放预录介质前，认证与该介质内容相关的节目标识及该特定放像机的放像机标识；
提供一授权放像机；并
在该授权介质上记录经认证的节目标识和放像机标识，从而防止不用该授权介质播放所述介质。
2.如权利要求1所说的方法，其中所述认证步骤包括用一公用密钥加密系统的私有密钥加密。
3.如权利要求1所说的方法，其中所述授权介质是一用来与该特定放像机的一接头相连接的存储卡。
4.如权利要求1所说的方法，其中所述介质是一用光学录制的视盘，所述授权介质是靠近该光盘中心的一磁记录区。
5.如权利要求1所说的方法，其中所述介质是一盘录像带，而所述授权介质是该录像带外壳上的一磁记录区。
6.如权利要求1所说的方法，其中所述记录步骤包括磁性记录，而所述授权介质是指在所述介质上的一磁道，该磁道与所述介质上所述预录的内容分开设置。
7.如权利要求1所说的方法，还包括将所述节目标识以及时间标记传输到远处的步骤。
8.如权利要求1所说的方法，还包括在所述加密步骤前，从所述介质上读取所述节目标识。
9.如权利要求1所说的方法，其中所述预录步骤包括在所述介质上预录授权标记。
10.如权利要求9所说的方法，其中所述授权标记与其他数据串在一起，并且被加密。
11.如权利要求1所说的方法，其中所述预录步骤包括在所述介质上预录一用于加密步骤的密钥加密号。
12.一种授权特定放像机播放一预录介质的装置，该放像机包括其中存有放像机标识的授权区，并且该预录介质具有一包含预录的节目材料并包含节目标识的内容区，该装置包括：
介质读取器部分，能从该介质的内容区读取数据；
加密器，与该介质读取器部分在操作上相连，从而接收所述节目标识；
输入端子，用于接收一特定放像机标识，该输入端子也与所述加密器在操作上相连；
存储器，用于存放加密钥，该存储器连到所述加密器上；及
写入电路，用于向一授权介质进行写入，该写入电路从所述加密器接收加密形式的所述节目标识和放像机标识，并将两者写入所述授权介质。
13.如权利要求12所说的装置，其中所述存储器存放了多个加密钥，每个加密钥都是一公用密钥加密系统的私有密钥。
14.如权利要求13所说的装置，其中每把所述加密钥在所述存储器内有一单独地址，并且还包括从所述介质读取器部分接收存储器地址，并根据所收到的存储器地址，从所述存储器中选出一加密钥的装置。
15.如权利要求12所说的装置，其中所述写入电路将数据写到一适用于与所述与写入电路相连的存储卡上。
16.如权利要求12所说的装置，其中所述介质读取器部分是一个光学视盘读取器，并且其中的所述写入电路在一靠近光学视盘中心的授权区域上进行记录。
17.如权利要求12所说的装置，还包括一个与所述介质读取器部分相连的业务报告部分，并从中接收所述节目标识。
18.如权利要求16所说的装置，其中所述写入电路包括：
与所述加密器相连的编码器部分；
与所述编码器部分相连的放大器；
磁记录头，与所述编码器相连，并与所述介质的授权区位置相邻。
19.一种授权在放像机上播放预录介质的方法，该预录介质具有包含预录的节目内容、节目标识，及解密钥的内容区，该方法包括如下步骤：
从该内容区读取所述节目标识和解密钥；
从一授权介质处读取加密的节目标识和放像机标识；
对从授权介质处读出的所述节目标识和放像机标识解密；
将解密后的节目标识和放像机标识与相应的存在该放像机内的放像机标识和从所述内容区读出的节目标识进行比较；及
若两次比较结果均相符，则允许该放像机进行播放该预录介质的操作。
20.如权利要求19所说的方法，其中所述解密钥是一公用密钥系统的公用密钥。
21.如权利要求19所说的方法，其中所述授权介质是一用于与所述放像机相连的存储卡。
22.如权利要求19所说的方法，所述预录介质的内容区包括一授权标记，还包括若授权标记许可，允许放像机播放的步骤。
23.如权利要求19所说的方法，其中所述授权标记与其他信息一起加密，并且该方法还包括对所述授权标记解密的相应步骤。
24.如权利要求19所说的方法，其中所述预录介质是一张光盘，并且从所述授权介质中读取的步骤包括从靠近该光盘中心的授权区磁性地进行读取。
25.如权利要求19所说的方法，其中所述预录介质指一盒录像带，并且从所述授权介质中读取的步骤包括当录像带被插入放像机时从录像带外壳上的授权区进行读取。
26.一种用于播放已录制介质的放像机，每一介质具有一包含预录节目内容、节目标识及一解密钥的内容区，该放像机包括：
预录介质读取器部分；
与所述介质读取器相连的控制部分，用于从其中接收所述解密钥和节目标识；
用于从一授权媒体中读取数据的读取电路；
与所述读取电路及控制部分相连的解密器，用于以解密形式将从所述授权介质中读出的节目标识和放像机标识提供给所述控制部分；
与所述解密器和控制部分相连的第一比较器，用于将所述解密的节目标识和从所述介质内容区读出的节目标识进行比较；
存储所述放像机标识的存储器；
与所述解密器和所述存储器相连的第二比较器，用于将该解密的放像机标识和存在存储器内的放像机标识进行比较；及
与第一、第二比较器相连的逻辑，若两比较器均表示匹配，则输出一允许播放所述介质节目内容的信号。
27.如权利要求26所说的放像机，其中所述解密钥是一公用密钥密钥系统的公用密钥。
28.如权利要求26所说的放像机，其中所述预录介质的内容区包括一授权标记，并且其中所述控制部分包括一个使能元件，用于根据所述授权标记提供允许播放所述预录介质节目内容的信号。
29.如权利要求28所说的放像机，其中所述授权标记也是被加密的，该放像机在控制电路中还包括解密该授权标记的装置。
30.如权利要求26所说的放像机，其中所述授权介质是一存储卡，所述读取电路用于与该存储卡相连接。
31.如权利要求26所说的放像机，其中所述预录介质是一光盘，所述读取电路包括一个磁头，当该光盘被放入放像机中时，该磁头位于邻近该光盘中心，所述授权介质位于该光盘中心。
32.如权利要求26所说的放像机，其中所述预录介质是一盒录像带，所述授权介质位于该录像带的外表面，并且其中所述读取电路包括一个磁头，当该录像带被放入该放像机时该磁头位于能读取该授权介质的位置。
33.如权利要求26所说的放像机，所述读取电路包括：
磁头；
与该磁头相连的放大器；
与该放大器相连的数据解码器；及
与该数据解码器相连的纠错部分。
34.一种授权在放像机上播放预录介质的方法，该预录介质有一包含预录节目内容、一节目标识及一解密钥的内容区，该方法包括如下步骤：
从所述内容区中读取所述节目标识和解密钥；
从所述授权介质中读取加密的节目标识和时间窗；
用所述解密钥对从所述授权介质中读出的所述节目标识和时间窗解密；
将所解密的节目标识和时间窗与相应的从所述内容区读出的节目标识和放像机自身的时间进行比较；及
若两次比较均表示匹配，允许所述放像机进行播放所述预录介质的操作。
35.一种播放预录介质的放像机，每个介质具有用加密形式记录其上的节目标识，并有一个包含预录节目内容、和一解密钥的内容区，该放像机包括：
预录介质读取器部分；
与所述预录介质读取器相连的控制部分，用于从中接收所述解密钥和节目标识；
读取电路，用于从其上以加密形式写有所述节目标识和时间窗的授权介质中进行读取；
与所述读取电路及控制部分相连的解密器，用于以解密形式提供所述节目标识和时间窗口；
与所述解密器和控制部分相连的第一比较器，用于比较所解密的节目标识和从所述内容区读出的节目标识；
时钟；
与所述解密器和时钟相连的第二比较器，比较所解密的时间窗和该时钟所示的时间；及
与第一、第二比较器相连的逻辑，若两比较器表示匹配，则输出一允许播放预录节目内容的信号。
36.一种视盘，包括：
一光学记录的内容区，包括预录的视频材料和初始化区，该初始化区包括一数据解密钥、一个识别所述预录视频材料的节目标识，与一个播放授权标记；及
一磁道，该磁道位于所述光学记录内容区的一预定位置处，该磁道包括足够的区域来记录所述节目标识和一放像机号码。
37.一种录像带，包括：
一个录像带盒体；
该盒体内有一段装在两个主轴上的录像带磁带，其上除记录有预录视频材料外，还记录有一数据解密钥和所述预录视频材料的节目标识；及
一条磁记录道，位于该盒体的外面或所述主轴之一的一端，其长度足以记录所述节目标识和一放像机标识。
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