Курс "Защита информации", кафедра радиотехники, Московский физико-технический институт (МФТИ)

2010: Главная Экзамен Лекции Семинары Проекты Эссе | Преподаватели Литература | Архив: 2009 2008-fall 2008 2007 2006 2005 2004 2003 | English
HTML-версия эссе "Data Protection On Super Audio CD", Chudnovets, 2004, сгенерированная из pdf/rtf.
Конвертация не вcегда корректна. Смотрите исходный pdf.

Защита музыкальной информации на SACD.

Эссе подготовил студент 012гр. Чудновец Андрей

Super Audio CD (SACD) – новый формат, который был разработан фирмами Sony и Philips. Основные его отличия от CD - это улучшенное качество звука и лучшая защищённость от копирования и ошибок .

аналогового сигнала (DSD). По мнению меломанов, именно PCM-кодирование, которое используется в CD и DVD-Audio, делает звучание искусственным, непохожим на магнитную ленту и винил. С помощью такого формата можно бы было скопировать имеющиеся магнитные ленты в студиях на цифровой носитель, не разрушающийся со временем, абсолютно без потери качества.

звуковых форматов

Audio

диска, GB Динамичес

диапазон, db Частота

дискретиРазрядность, бит

Основной

аудиосигнаВоспроизводим

диапазон, Гц Цифровой вых

000 да

Защита данных

Да

мног

нет

коррекции ошибок и модуляция и та же файловая система (UDF плюс ISO 9660).

SACD содержит

сделатьSACD двойной плотности или так называемые гибридные диски. Один слой – SACD звук, другой – обычный CD. Такие диски могут играться на обычных приводах, но будет качество обычного CD, так как

D

Основное отличие SACD от

информации – DSD. Главная идея DSD – убрать промежуточные этапы, использующиеся в PCM – кодировании, потенциально ухудшающие качество звука (интерполяция и прореживание). Основными преи

- Прямая запись на диск информации, полученной из аналогового сигн

представленной в виде 1-битных сэмплов. - Частота дискретизации 2.8224 MHz приво

характеристике и большему динамическому диапазону, чем были возможны на

Р

1.Защита от нарушения целостности – т.е. как происходит кодирова

корректировать ошибки. Ошибки могут возникнуть, например, при каком то физическом воздействии на диск, например царапины. 2.Защита от несанкционированного копи

П

структуру её записи на диск. Область данных на диске

адресуемая часть дорожки, к которой можно обращаться независимо. Группу секторов также называют ECC-блок. Длина сектора – 2064 байт. Из них 2048 – музыкальные данные, 12 байт – ID – идентификационные данные, и 4 байта – EDC- Error Detection Code – дополнительный код для обнаружения ошибки. После записи такого сектора к каждой группе из 1

байты кода Рида Соломона, нужные для восстановления ошибок (Reed-Solomon error correcting codes). В итоге формируются ECC-блоки с добавочными байтами чётности PI (inner-code parity) и PO (outer-code parity). Секторы, которые реально записываютс

диск, получаются перемешиванием PO-строк в ECC-блоке и разбиением снова на 16 секторов. В конце ещ

Как показано в табличке, первая часть сектора содержит ID, а также 2 дополнительных

байта для восстановления ошибки в ID. Identification Data (ID) 4 bytes

etection (IED) 2

ровано 6 b

данные

s

ection Code (EDC)

мате использовались ещё д

ые синх

В

слой. Тут этого не надо, благодаря синхронизации, которая присутствует в EFM-модуляции. EDC поддерж

уровне сектора.

S

можно применить к большому объёму данных с большими возможностями восстановления. Это уменьшает избыточность ECC-кода примерно до 13 %, что примерно в 2 раза меньше, чем на CD.

После вычисления EDC над секторами, ECC применяется к 16 секторам данных, или одному ECC-блоку. (33024 байта).

Представим данные ECC-блока в виде матрицы 192 строки на 172 столбца. Добавляются 16 байт PO-чётности к каждому столбцу. Потом 10 байт PI-чётности добавляются к каждой из получившихся 208 строк. Получается Reed-Solomon Product Code – RSPC.

Такой код может восстановить как минимум 5 ошибок байта в каждой строке и как минимум 8 ошибок байта в каждом столбце.

Применяя несколько чередующихся вычислений над строками и столбцами, можно восстановить гораздо большие объёмы ошибок!

Далее, PO-строки перемешиваются с обычными строками. А именно идут 12 обычных, одна PO, и т.д. Потом всё разбивается на 16 секторов. Каждый уже будет содержать 2366 байт.

Данный метод кодирования эффективнее и менее избыточен, чем тот, что используется в CD-формате.

2.Защита от копирования.

Для начала кратко рассмотрим систему водяных знаков, которая применяется на SACD – Digital Watermarking.

Водяные знаки – это некоторые данные, встроенные в полезные звуковые данные. Был разработан способ, как включить в знаки информацию о защите прав, так, чтобы их трудно было убрать, и чтобы это не повлияло ни на сами исходные данные, ни на коды ECC. Т.е. фактически придуман полностью прозрачный Digital Watermarking.

Его суть – в модуляции ширины углублений, составляющих дорожки на поверхности SACD. Чтобы сделать копию такого диска, надо иметь специальное оборудование, умеющее это делать. Такое оборудование предусмотрительно лицензировано.

Кроме того, модуляция ширины углублений может быть сделана так, что можно сформировать некоторый видимый рисунок.(Отсюда название – водяные знаки):

Это тоже можно использовать, например для лейбла фирмы, выпустившей диск.

Защита содержимого SACD обеспечивает :

-Защиту против пиратов, копирующих коммерческие диски, и подделок.

-Защиту против нелегального копирования потребителем, т.е. побитовых копий например на DVD-R

-Возможность записи SACD в студиях и авторских системах.

Для начала, надо знать, что полезные данные на диске – заскремблированы специальным синхронным потоковым шифром. Выбор ключей для него основан на сдвиговых регистрах, контролируемых часами. Этот алгоритм оптимизирован так, чтобы он быстро выполнялся в аппаратуре. Рассмотренный код для восстановления ECC добавляется уже к заскремблированным данным.

A.Защита содержимого диска

Защита данных на SACD – пятисторонняя. Каждая сторона ставит различные препятствия против нелегального копирования.

Эти средства защиты до некоторой степени независимы, т.е. если одну из них сломать, то остальные будут продолжать работать.

Первое. Существующие дисковые приводы для ПК не смогут прочесть SACD.

Логическая структура диска такова:

Видно, что есть некоторая область Lead-in area. Она, как и обычные данные, использует ECC. Но в качестве данных в некоторых байтах используются нули, а в некоторых –заскремблированная скрытая информация, параметры, которые необходимы для инициализации чтения.

Эта область недоступна на программном уровне, а читается и расшифровывается незаметно внутри привода SACD. Ключ для расшифрования (дескремблирования) зашит в аппаратуре. Приводы, которые не лицензированы для чтения SACD, не смогут прочесть SACD и отвергнут его. Эта технология называется “SACD mark”. Лицензированные приводы могут читать SACD, но должны выполнять правила защиты, которые определены в лицензионном соглашении.

SACD mark – это значительное препятствие для хакеров, имеющих целью сломать скремблирующую систему в SACD, т.к. они не могут получить образ диска – его не читают даже новейшие DVD+-RW приводы.

Второе. Если даже и скопировать данные с SACD, их нельзя будет использовать.

Наиболее серьёзной дырой в защите от копирования является случай, когда потребители делают побитовое копирование в образ или на болванку. Такой диск можно бы было проигрывать на обычном оборудовании, если копия содержит ключи, нужные для дескремблирования.

На SACD система защиты основана на ключах, которые расположены в lead-in. Хотя эта область и недоступна обычным программам, теоретически возможно модифицировать записывающее устройство так, что можно будет прочесть и записать данные в эту область. Тогда можно будет безгранично делать любые копии.

Против этого недостатка были приняты меры так, чтобы побитовая копия была нечитаема на SACD-плеере. Для этого и используется Digital Watermarking, а именно невидимые водяные знаки. Система называется “Pit Signal Processing Physical Disc Mark”, или “PSP-PDM”, ). Информация, содержащаяся в PSP-PDM, содержит часть ключа для дескремблирования аудио-информации на диске. Другая часть содержится в аппаратуре.

Потребительские рекордеры НЕ МОГУТ писать PSP-PDM. Мастеринг таких знаков делается только на специальном лицензированном оборудовании. Отсутствие этого знака делает невозможным проигрывание диска, полученного полным побитовым копированием, так как теперь отсутствует часть ключа, нужного для дескремблирования.

Кроме того, PSP-PDM содержит некоторую информацию о защите прав. Если её нет, или она видоизменена, то сделано так: Диск начнёт проигрываться, но через несколько секунд просто открывается привод SACD и всё. Такая система уже доказала свою эффективность.

И ещё, PSP-PDM просто должно присутствовать в каком-то виде, иначе даже заскремблированные данные просто не будут читаться!

Третье. Взлом скремблирования заголовка является очень дорогим.

Пусть заскремблированные данные могут быть прочтены. Поиск ключа полным перебором занял бы слишком много времени даже на супер-современных компьютерах.

Для дескремблирования нужен 80-битный ключ. Кроме как перебором, эти биты трудно получить, т.к. они никогда не появляются ни на какой шине и ни на каком проводе связи в приводе, даже в заскремблированном виде. Некоторые биты скрыты в “железе” в приводе, другие содержатся в PSP-PDM на самом диске.

Поиск ключа требуется повторять для каждой отдельной области данных на SACD, т.к.он каждый раз разный.

На диске нет какого-нибудь поля типа media-key-block или album-id , которое можно бы было прочесть, а потом взломать с помощью специального программного обеспечения.

Четвёртое. Детали скремблирующей системы являются закрытыми.

Дескремблирующий алгоритм заложен в железе. Лицензия не позволяет встроить его в программу. Таким образом, нет смысла передавать ключи для скремблирования из привода в программу. Это устраняет общую утечку в защите. Более того, этот алгоритм доступен лицензированным производителям только в виде защищённого блока в железе – некоторой платы.

Пятое. Сложная защита против подделок.

Средства форматирования SACD и PSP-PDM- кодеры не будут доступны на открытом рынке. Следовательно, будет невозможно нелицензированным производителям пересоздать SACD, просто оцифровав аналоговые данные на выходе. Форматеры и кодеры будут даваться в аренду только лицензированным производителям, а продаваться – никогда. Т.о. не будет рынка, где можно будет купить хотя бы уже использованное устройство.

B.Защита содержимого CD-DA.

CD слой на гибридном диске защищён обычным способом, как защищаются все CD. Но для дополнительной защиты можно сделать сильный водяной знак сигнала, использующий схему SDMI, препятствующую нелегальному использованию.

C.Хорошее решение для шин для защиты цифровых сигналов высокого разрешения. – дополнительная защита DTCP.

SACD – привод имеет только аналоговый выход. Стандартный цифровой интерфейс возможен, но не будет позволен до тех пор, пока не будет достигнуто соглашение о надёжной защите передаваемых по этому интерфейсу данных.

Сейчас - в версии SACD 1.2 передача цифровых данных между приводом и ЦАП происходит с помощью некоторого интерфейса IEEE 1394, который защищён патентом, разрешающим использовать его, только если передаваемые данные нигде не записываются.

D.Управление копированием в системах творческой деятельности и студиях.

Это управление можно осуществлять по разному, но важно то, SACD формат можно записать с помощью профессионального студийного программного обеспечения. Такие инструменты могут быть сделаны только в кооперации между лицензерами SACD и музыкальной индустрией. Такая лицензия должна гарантировать, что эти инструменты ни в коем случае не будут использоваться для пиратства.

E.Развитие системы защиты SACD.

Система защиты SACD содержит заготовки на будущее. Примеры улучшений, которые ещё можно ввести – Водяные знаки сигналов (signal watermarks) и дополнительные знаки на диске (physical disc marks).

SACD – яркий пример того, что можно соединить эффективную систему защиты от копирования с высокотехнологичным аудио-форматом, который никак не изменяется этой системой, и таким образом, может передавать оригинальную музыку в тончайших деталях.

The end.

Использованные источники:

1.Super Audio CD Web Site.

http://www.superaudio-cd.com/

2.SACD web sites of Sony.

http://www.sonymusic.com/sacd/

http://interprod5.imgusa.com/son-637/technology.asp

3.Digital Audio Industrial Supply (DAISy) web site.

http://www.daisy-laser.com/technology/techsacd/techsacd.htm

4.SACD web site of Philips.

http://www.sacd.philips.com/d_technology.php

5. Deluxe Global Media Services web site

http://www.disctronics.co.uk/technology/dvdaudio/dvdaud_sacd.htm

6. “Super Audio CD Moves Ahead” by Richard Elen, August 24, 2000

http://www.ambisonic.net/sacd0800.html

7.Сайт “Super Audio CD в России”

http://www.sacd.ru/format.htm


Page last update: Fri Jun 10 10:11:33 2005 MSD.
Website last update:
Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru