摘   要： OMA DRM框架被廣泛應用于數字版權管理，本文通過分析將內容對象和權限對象分別分發的思想，基于MPEG-2比特流的語法和語義，設計了一種在分發內容對象時對權限對象進行分發的DRM系統，獲得了更高的媒體解密效率。
關鍵詞： DRM OMA  MPEG-2  多媒體

1  多媒體版權保護現狀
　　在數字化時代，諸如視頻、音頻等多媒體數據正廣泛地滲透到社會生活中。與此同時也產生了一個引起人們日益關注的問題——如何有效地進行媒體版權保護與管理。迄今為止最具有影響力的媒體版權管理技術是OMA DRM體系。OMA(Open Mobile Alliance) DRM體系結構圖如圖1所示。

　　在OMA DRM體系中，內容提供者（Content Issuer）負責發布媒體內容。權限提供者(Rights Issuer)負責生成權限對象（Rights Object）。根據實際系統的不同，內容提供者和權限提供者可能會是同一個對象，也可能是不同的對象。權限對象表示了被保護的媒體應該如何被使用，它通常是一個描述權限和限制策略的XML文檔。沒有權限對象，被保護的媒體則無法被使用。媒體的使用同時也無法超出權限對象所規定的限制。OMA DRM體系結構分離了被保護的媒體本身和權限對象。被保護的媒體本身和權限對象可能在一起被分發，也可能分別進行分發。例如，當用戶選擇購買一部影片時，經過付費，獲得了被保護的媒體和權限對象，同時權限對象中規定了媒體過期的時間。當到了過期時間，用戶經過重新交費，僅需要獲得新權限對象即可重新獲得播放的權限，而不用再次下載經過保護的媒體本身。在OMA DRM體系中，DRM Agent是一個很重要的角色。它負責在媒體播放的時候按照權限對象所規定的權限和操作去執行對媒體的相關操作，通常作為設備中的一個組件來實現。通過密碼學的相關技術，使得只有DRM Agent才能處理權限對象。由于被保護的媒體只有當權限對象存在的時候才能播放，因此它的發布可以不受限制。這種機制極大地控制了媒體在用戶之間的非法拷貝，因為僅僅獲得了被保護的媒體尚無法播放媒體本身，只有經過付費獲得了相應的權限對象才能使用該媒體。OMA DRM定義了被保護媒體的格式、保護媒體的機制、權限對象的格式和密鑰的管理機制。同時它還定義了被保護的媒體和權限對象如何通過一系列常用的網絡協議傳輸到設備，如基于Pull機制的網絡協議(HTTP Pull和OMA Download等)、基于Push的網絡協議（WAP Push和MMS等）和基于Streaming的網絡協議。
　　OMA DRM體系定義的被保護的媒體和權限對象相分離的機制是一項很大的創新，適用于很多應用背景，而且得到了廣大廠商的支持。但是該體系尚存在2點不足：(1)OMA DRM將不同格式的媒體統一進行處理，即用加密算法將全部內容進行加密(如DES或AES算法)，而沒有考慮到不同格式媒體（如MPEG-2和MPEG-4）所定義的語義和格式不同。這種處理方法雖然具有很大的通用性，但是未必高效。(2)由于權限對象和被保護的媒體文件分開存放，當權限對象丟失或損壞時，用戶無法播放已經付費的媒體，這樣做勢必影響用戶的使用。
　　隨著多媒體技術的不斷發展，MPEG-2作為高通用性、高質量的標準被廣泛應用于各領域。MPEG-2技術是由國際標準化組織ISO和國際電工委員會IEC頒布的高質量視頻壓縮標準——ISO/IEC13818。它吸取OMA DRM的優點，并克服其缺陷。本文設計了一種基于MPEG-2的多媒體版權保護方案，它包含了一種基于MPEG-2媒體格式和語義的加解密算法。通過試驗的對比，該算法比OMA DRM所提供的加解密機制更高效。此外該方案還將權限對象內置于媒體文件內部，以防止權限對象的丟失或損壞。
2  基于多角色授權的安全MPEG-2媒體比特流語法和語義
　　本設計是基于多角色授權的安全MPEG-2媒體比特流格式，其重要特點是：(1)對MPEG-2標準序列頭增加加密控制、認證功能及相關的控制策略，使媒體更安全，可防止未經授權者的使用。(2)僅對序列頭進行更改和加密授權控制，既能保護媒體，又極大地節約了加解密的時間?；贛PEG-2所設計的比特流語法和語義的描述如下。
2.1 安全MPEG-2比特流格式
      安全MPEG-2比特流格式如圖2所示。

　　由于在數據的比特流中，視頻序列頭和圖像頭中包含很多重要的信息，因此需要將這2個部分加密。為了保證這些信息不被非法使用者使用，將這2個部分之后的一定數量的數據（不論是頭部信息或是數據）進行加密，這樣非法使用者將不能輕易破解。
2.2 安全MPEG-2比特流語義
　　(1)encrypted_series_number是序列號，在序列頭首部。它由3部分組成：分類號class_number、順序號order_number和多域擴展series_multi_extension。在本系統應用中，分類號是媒體內容的分類，順序號表明相同類別的媒體文件的代號，而多域擴展則表明了提供給不同權限使用者的媒體文件。教育級或企業級使用者可以自主定義分類號、順序號和多域擴展。在媒體文件中這部分是經過加密的，解密時需要媒體解密根密鑰。
　　這個序列號可獲得媒體解密子密鑰。由于這個序列號對于每一個視頻序列都是惟一的，因此可以通過一種特殊的運算由這樣的序列號得到媒體解密第1個子密鑰。
　　(2)SM2V_squence_header_code是安全MPEG-2媒體文件的標志，根據MPEG-2標準可以將該起始值定義為B1。這部分不加密。
　　(3)encrypted_sequence_header是MPEG-2媒體的序列頭，是被加密過的。它是每個媒體文件的私有參數，因此十分重要。要對其解密先要由序列號獲得的媒體解密子密鑰和聯合解密密鑰算子，然后通過運算，得到媒體解密密鑰。
　　(4)MPEG-2 traditional parameters包括MPEG-2視頻序列頭的一些標準參數，如horizontal_size_value等。
　　(5)new_key為防止解密密鑰在解密過程中被監聽或非法獲取，采用串行解密方式，即經過一定的加密段后，從new_key解密得到新的媒體解密子密鑰。該新解密子密鑰將繼續對以后的加密段進行解密，直至得到新的解密子密鑰。
　　(6)random_numbers為防止非法使用者破解，在每個加密段后增加一定個數的隨機數。解碼時將這些數丟掉即可。 加密算法采用美國標準局制定的三倍數據解密標準(Triple Data Encryption Standard，Triple DES)算法。算法的安全性可以滿足本應用的要求。根密鑰、媒體解密子密鑰和聯合解密算子可由密碼服務器分配。
2.3 安全MPEG-2比特流解碼過程
　　SM2V_sequence_start_code是安全MPEG-2 媒體文件的標志。每一個經過授權的使用者，在安裝一個特定的媒體播放器時，都會獲得一個解密根密鑰，由根密鑰解密encrypted_series_number，然后基于encrypted_series_number通過密碼服務器獲得分配給當前媒體的一個媒體解密子密鑰。這一步也包含認證的功能，因為只有正確解密的序列號，才能獲得相關媒體解密子密鑰。
　　當得到媒體解密子密鑰后，解密根密鑰繼續將encrypted_united_key_operator解密。為了安全，需要將媒體解密子密鑰和聯合密鑰算子經過特定的運算才能得到真正的解密當前媒體的2個密鑰。由這2個密鑰解密MPEG-2媒體序列頭encryted_sequence_header。
　　為使媒體文件能按自由模式播放，在標準比特流之中要插入許多序列頭。同樣在安全MPEG-2比特流中，也會出現許多序列頭，但它們僅僅由SM2V_sequence_header_start_code和encryted_sequence_header組成。解碼比特流時，每當遇到SM2V_sequence_header_start_code，都要重復上述解密步驟對encrypted_sequence_header解密，然后再繼續進行比特流解碼。
3  實驗結果和實驗分析
　　OMA采用了將媒體全加密的方式進行保護，而本文所設計的安全MPEG-2比特流是將媒體部分加密，這是二者在媒體加密方式上的最大區別。下面用實驗對比安全MPEG-2、標準MPEG-2和全加密標準MPEG-2在解碼過程中所用的時間。三者的解碼時間比較如圖3所示。

　　將一個QCIF格式的視頻序列作為實驗序列，分別比較在標準MPEG-2算法、安全MPEG-2算法和全加密MPEG-2算法下的解壓縮視頻解碼所需時間。經過實驗可知，通過DES-Triple算法，解密256b的數據平均占用0.5ms，解密全加密MPEG-2比特流每幀約為8ms（包括解密圖像、宏塊頭）。而由于安全MPEG-2比特流只加密序列頭（共136b）、每一圖像的圖像頭（共48b），以及緊隨其后的一定數量的比特（一般不超256b），因此相對于全加密MPEG-2算法，解密時間將大大縮短，實驗表明大約每幀的平均解密時間為1.0ms，即為全加密時的1/8。
　　通過對OMA框架的研究，分析了其主要思想，即將內容對象和權限對象一起分發。本文還指出了該策略可能存在的問題并設計了一種在分發內容對象的同時分發權限對象的策略及其基于MPEG-2的實現。通過和OMA標準的對比，該策略除解決了OMA將內容對象和權限對象一起分發的策略可能帶來的問題外，還提高了解密效率。
參考文獻
1   Open Mobile Alliance.DRM Architecture Draft Version 2.0.    2003
2   Open Mobile Alliance.DRM Content Format Draft Version   2.0.2004
3   International Organization for Standardization (ISO).Generic   Coding of Moving Pictures and Association Audio Information： Video.ISO/IEC International Standard 13818-2，1994
4   Bretl W E，Fimoff M.MPEG-2 Tutorial Introduction and   Contents.http：//www.bretl.com，2000-01-15
5   鐘玉琢，王琪，趙黎等.MPEG-2運動圖像壓縮編碼國際標 準及MPEG的新進展.北京：清華大學出版社，2002