휴대 방송 시스템에서 암호화 키 분배 방법 및 이를 위한시스템 document_id A220623057601

이동통신 시장은 기존 기술들의 재조합 또는 통합을 통해 새로운 서비스의 생산을 지속적으로 요구받고 있으며, 오늘날 통신 및 방송 기술의 발달로 인해 종래의 방송 시스템 또는 이동 통신 시스템에서 핸드폰, PDA의 등 휴대 단말기(이하, 단말)를 통해 방송 서비스를 제공하는 단계에 있다. 이러한 잠재적이고 실제적인 시장 수요와 멀티미디어 서비스에 대해 급증하는 사용자 요구, 기존의 음성 서비스 외에 방송 서비스 등 새로운 서비스를 제공하고자 하는 사업자의 전략, 그리고 수요자의 요구를 수용하는 IT 기업들의 이해관계가 맞물려 이동통신 서비스와 IP 기술의 융합은 차세대 이동통신 기술 개발의 큰 흐름으로 자리잡고 있다. 한편 단말의 어플리케이션(application) 표준 단체인 오픈 모바일 얼라이언스(Open Mobile Alliance, 이하, OMA)는 개별 모바일 솔루션의 상호 연동을 위한 표준을 연구하는 단체로서, 상기 OMA는 이동통신용 게임, 인터넷 서비스 등에 대한 다양한 어플리케이션 표준을 정하는 역할을 주로 한다. 특히 상기 OMA의 워킹 그룹 중 OMA BCAST 워킹 그룹(Open Mobile Alliance Browser and Content Mobile Broadcast Sub Working Group)에서는 단말을 사용하여 방송 서비스를 제공하는 기술을 연구하고 있다. 이하에서는 OMA BCAST 워킹 그룹에서 논의되는 방송 시스템(이하, 휴대 방송 시스템)에서 대해 간략히 설명한다. 도 1은 일반적인 휴대 방송 시스템의 네트워크 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에서 컨텐츠 공급자(Content Creation : CC)(10)는 방송 서비스(이하, BCAST 서비스)의 공급자이며, 상기 BCAST 서비스는 종래 음성/영상 방송 서비스, 파일(음악 파일 또는 데이터 파일) 다운로드 서비스 등이 될 수 있다. BCAST 서비스 어플리케이션부(Service Application : BSA)(20)는 상기 컨텐츠 공급자(CC)(10)로부터 BCAST 서비스 데이터를 공급받아 도 1의 BCAST 네트워크에 적합한 형태로 가공하여, BCAST 서비스 데이터를 생성하는 역할은 물론, 휴대 방송 서비스 안내에 필요한 표준화된 메타데이터를 생성하는 역할을 담당한다. 도 1에서 BCAST 서비스 분배/적응부(Service Distribution/Adaptation : BSD/A)(30)는 상기 BCAST 서비스 어플리케이션부(BSA)(20)로부터 공급받은 BCAST 서비스 데이터를 전송할 베어러(bearer)를 설정하는 역할 및 BCAST 서비스의 전송 스케쥴을 결정하는 역할 및 휴대 방송 안내를 생성하는 역할을 담당한다. BCAST 가입 관리부(BCAST Subscription Management : BSM)(40)는 BCAST 서비스의 수신을 위한 가입자의 가입 정보와 BCAST 서비스 제공 정보 및 BCAST 서비스를 수신하는 단말에 대한 장치 정보를 관리한다. 단말(Terminal)(50)은 BCAST 서비스를 수신할 수 있는 단말기이며, 단말은 그 성능에 따라 셀룰러 네트워크와 연결될 수 있는 기능을 가진다. 방송 네트워크(Broadcast Network)(60)는 BCAST 서비스를 전송하는 네트워크로서, 예를 들어 DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld), 3GPP(Third Generation Partnership Project)의 MBMS(Multimedia Broadcast and Multicast Service), 3GPP2(Third Genration Partnership Project 2)의 BCMCS(Broadcast and Multicast Service) 등이 될 수 있다. 양방향 네트워크(Interaction Network)(70)는 일대일로 BCAST 서비스를 전송하거나 또는 BCAST 서비스 수신에 관련된 제어 정보 및 부가 정보들을 양방향으로 교환하는 네트워크로서, 예를 들어 기존의 셀룰러 네트워크가 될 수 있다. 일반적으로 BCAST 서비스에서는 방송 서비스를 관리하는 서버에서 암호화된 서비스 데이터를 전송하면 다수의 단말들이 이를 수신한다. 이때 다수의 단말들은 각 단말이 미리 획득한 암호 키(cryptographic key)를 사용하여 상기 서버로부터 제공되는 암호화된 서비스 데이터를 복호화(decipher)함으로써, 해당 서비스를 사용할 수 있다. 이와 관련하여 방송 컨텐츠 및 서비스를 암호화하는 방법은 크게 서비스 보호(Service Protection)와 컨텐츠 보호(Content Protection)의 두 가지 측면으로 구분된다. 여기서 상기 서비스 보호는 BCAST 서비스 분배/적응부(BSD/A)(30)와 단말(50)간의 전송 채널의 보호를 의미하고, 상기 컨텐츠 보호는 BCAST 서비스 어플리케이션부(BSA)(20)와 단말(50)간의 종단간 보호를 의미한다. 한편, OMA BCAST SPCP DRM 프로파일(이하, DRM 프로파일)은, 휴대 방송 서비스들을 위한 키 관리 방안(scheme)을 구현한다. 서비스 및 컨텐츠를 위한 액세스 프로비저닝(access provisioning)에 대해서 두 종류의 키들, 즉, 장기 키(Long Term Keys, 이하 LTK)들과 단기 키(Short Term Keys, 이하 STK)들이 정의된다. 상기 LTK들은 사용자 서비스 가입(subscription)정책에 따라, 즉, STK들은 상기 LTK 키들을 이용하여 암호화시킴으로써, STK들에 대한 액세스 조건을 설정하기(conditioning) 위해 사용 된다. 상기 STK 들은 트래픽을 실제로 암호화하는데 사용된다. 상기 LTK들과 STK들은 주기적으로 갱신되어야 하는데, 이때, LTK들의 수명이 STK들의 수명보다 훨씬 더 길다. 상기 LTK들과 STK들은 권리 발행자(Rights Issuer; 이하 RI)에 의해 사용자에게로 제공된다. 이하에서는, DRM 프로파일 내에서의 키 관리에 대하여 상세히 설명한다. 도 2는 일반적인 DRM 프로파일 내에서 정의된 키 계층 구조(key hierarchy)를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 등록 레벨 키들(Registration Keys)과 관련된 예측 레벨 키들(Inferred Encryption Key, 이하 IEK) 또는 공개키/개인 키 쌍(Public/private key pair)은, 서비스 암호화키(Service Encryption Key, 이하 SEK)와 프로그램 암호화키(Program Encryption Key, 이하 PEK)로 불리는 장기간 키들을 암호화하는데 사용된다. SEK들과 PEK들은 범용 권리 객체들(Generalized Rights Objects; GROs)내에서 각 단말로 전송된다. 또한, 상기 범용 권리 객체들은 컨텐츠에 링크된 허가(permissions) 및 다른 속성들을 포함하다. 상기 SEK 들과 PEK 들은, 하나의 단위로 구입될 수 있는 각각의 가입 서비스 및 프로그램을 보호한다. 상기 서비스는 하나의 프로그램 채널, 어떤 채널의 일부분, 혹은 한 그룹의 프로그램 채널들에 해당된다. SEK는 전체 서비스에 가입한 서비스 사용자(subscribed user), 즉 성공적인 인증이 이루어짐에 따라 별도의 요청 없이도 지속적으로 콘텐츠와 정기적으로 업데이트 되는 SEK들을 수신하는 사용자에게 제공된다. 이러한 시나리오는 "가입 기반 액세스(subscription-based access)"라고 한다. PEK는, 서비스에 대한 액세스가 소정 시간 구간(predetermined time interval)으로 제한된 사용자 또는 단위 서비스로서 제한된 프로그램을 사용자에게 제공된다. 다음 프로그램 또는 후속 시간 구간(consequent time interval)의 액세스를 얻기 위하여, 해당 사용자는 추가적인 구입 요청을 하여야 한다. 즉, 하나의 프로그램과 임의의 시간 구간은 하나 또는 그 이상의 PEK 키들과 연관될 수 있다. 이러한 시나리오는 "편당 구매 기반 액세스 (Pay-Per-View(PPV)-based access)"라고도 불린다. 상기 SEK는 중개 키(intermediate key)로서, 컨텐츠를 직접 암호화하지는 않지만, 필요하다면 트래팩 암호화 키(Traffic Encryption Key; TEK) 또는 PEK를 암호한다. PEK는 TEK들을 암호화하는데 사용된다. 단말은, SEK와 PEK와 더불어 TEK 들을 전달하는 메시지들의 인증을 위해 사용되는 서비스 인증 시드(Service Authentication Seed, 이하 SAS)와 프로그램 인증 시드(Program Authentication Seed, 이하 PAS)를 각각 수신할 수 있다. 상기 SEK와 상기 SAS는, 서비스 암호화/인증 키(Service Encryption and Authentication Key material, 이하 SEAK)로 통칭된다. 상기 PEK와 상기 PAS는, 프로그램 암호화/인증 키(Program Encryption and Authentication Key material, 이하 PEAK)로 통칭된다. TEK(150)는 STK로서, 단기 키 메시지(Short Term Key Message; STKM)에 포함되어 전달되고, 필요에 따라 SEK 또는 PEK에 의해 암호화된다. TEK는 보안성을 위해, 빈번하게 갱신되어야 한다. 이런 빈번한 갱신은 많은 대역폭의 소비를 요구하기 때문에, 상기 키 관리 시스템에서 치명적인 단점으로 존재하게 된다. 즉, STKM 메시지들은 TEK의 성공적인 전달을 보장함과 동시에 서비스의 중단을 피하기 위하여, 더욱 빈번하게 전송되어야 한다. 도 3 및 도 4는 상기 언급한 키 분배의 예들을 도시한 것이다. 우선, 도 3는 일반적인 가입 기반 액세스 환경에서 제공되는 SEK 및 TEK를 키 분배 흐름을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 가입 기반 액세스 환경에서 SEK의 수명(SEK lifetime; SEK LT)은, TEK의 수명(TEK lifetime; TEK LT)의 “n"배로서 계산된다. 현재의 서비스 암호화키(SEKy-1)가 만료되기 전에, RI는 새로운 서비스 암호화 키, SEKy를 생성하여, GRO(Generalized Rights Object)내의 서비스 가입자에게 전송한다(210). 상기 SEKy는 등록 레벨 키들중 하나에 의해 암호화된다. 그리고 난 후, 현재의 서비스 암호화키, SEKy-1가 만료된 후, STKM을 통해 TEKx+1, TEKx+2, , TEKx+n과 함께 운반되는 PEK들은, SEKy로 암호화된다. 또한 SEKy가 만료되기 전에, RI는 새로운 SEKy+1을 발생하여 이를 서비스 가입자에게 전송한다(220). 도 4는 일반적인 PPV 기반 액세스 상황에서의 SEK 및 TEK의 공급 흐름을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, PPV 기반 액세스 상황에서 PEK의 수명 (PEK LT)은, TEK의 수명(TEK LT)의 m배로서 계산된다. 여기서, m ≤n 이다. 일 예로, PEK LT = 0.5 * SEK LT라고 가정하는 경우, 그 결과 PEK는 SEK보다 2배 자주 갱신되어야 한다. 예를 들어, 사용자가 PEKz 및 PEKz+1에 연관된 2 개의 후속 시간 구간들에 대해 2개의 구매 요청을 한 경우를 생각해 보자. 이 경우, TEKx+1(PEKz와 관련된 첫 번째 TEK)가 사용되기 전에, RI는 PEKz를 포함하는 새로운 GRO를 사용자에게 전송할 것이다(310). PEKz는, 해당 사용자와 RI 간에만 공유되는 SMK1에 의해 암호화된다. TEKx+m+1(PEKz+1 와 관련된 첫 번째 TEK)가 사용되기 전에, RI는 PEKz+1를 포함하는 새로운 GRO를 사용자에게 전송할 것이다(320). 그러나, 만일에 TEKx+n+1가 사용되기 전까지 사용자에 의해 더 이상의 구매 요청이 발행되지 않으면, RI는 TEKx+n+1를 위한 PEK를 사용자에게 전송하지 않으므로, 사용자는 TEKx+n+1로부터 시작되는 TEK들을 복호화할 수 없게 된다. 이에, 사용자는 요청한 서비스 및 서비스 콘텐츠를 사용할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.