[发明专利]高保密性的数据加密方法与装置

说明书

本发明涉及一种加密(scrambling)方法及其装置，一种解密(descrambling)方法及其装置和一个数据传输方法及其系统，该系统适合传输符合MPEG(动态图象专家组)规定的数据位流(或简化流)。MPEG标准(后面简称为MPEG)是数字动态图象编码(压缩)和声音信号编码的一个国际标准，同样也是多路复用与信号分离的国际标准。

图1.显示了一个传统的数据传输系统。

参照图1，数据传输系统包括一个摄像机1用于获得图象数据，一个麦克风2用于获得声音数据。还有一个MPEG编码器3，它把通过摄像机1获得的图象数据和通过麦克风2获得的声音数据，按时分复用处理过程进行编码以产生符合MPEG规格的数据位流。这里产生的数据位流包括一个数据组标题，它包含附加数据；数据位流还包含一个分组数据(packet data part)，它包含了图象数据和声音数据。

图1的传输信息还包含一个加密电路4，用于对MPEG编码器3输出的数据流进行加密，这样的数据流就成为一个分组数据已加密流。

加密电路4包括一个随机数发生器5，用于依照一个密钥信号的规定来产生一串随机数；还包括一个异或电路6，它对MPEG编码器3输出的分组数据数据流与随机数发生器5产生的随机数两者进行异或操作。

加密电路4还包括一个选择电路7，用于对MPEG编码器3输出的分组数据数据流和异或电路6输出的数据流进行有选择的输出，选择电路7输出加密电路4在传输媒介8上的数据流，传输媒介8可能是一个物理媒介如一个磁盘或磁带，或者是一个非物理媒介如卫星广播或有线电视广播。

图1的系统中还包括一个解密电路9，它对传输媒介8传送的，由加密电路4输出的数据流进行解密，使数据流成为其中的分组数据已解密的数据流。

需要注明的是，解密电路9包括一个与随机数发生器5结构相同的随机数发生器10，在随机数发生器5中使用的密钥信号也同样用于随机数发生器10。

解密电路9还包括一个异或电路11，它对传输媒介传送的，由加密电路4输出的分组数据流和随机数发生器10产生的随机数进行异或操作。

解密电路9还包括一个选择电路12，它在传输媒介8传送的，由加密电路4输出的数据流的组标题和异或电路11输出的数据流两者之中有选择地输出其中之一。

解密电路9输出的数据流送入一个MPEG解码器13，用来对其中的图象数据和声音数据进行分离，这样解密后的图象数据和声音数据便送入电视接收机14。

通过利用图1的数据传输系统，在传输过程中MPEG流的分组数据被加密，这就可以保护数据组不被非法拷贝。

图1的系统在图2所示的情况下会产生问题。MPEG编码器3输出了包括数据a1，a2，a3……的一个数据流，同时随机数发生器5和10输出了随机数c1，c2，c3……。这种情况下，异或电路6产生输出为：

a1c1，a2c2，a3c3……

上述结果经由选择电路7选择后输出到异或电路11。这样，异或电路11产生包括a1，a2，a3……的数据流。

这种情况下，要想恢复随机数c1，c2，c3……，只需加入另一个异或电路15，对输入异或电路11的数据流与异或电路11输出的数据流a1，a2，a3……两者进行异或操作a1c1，a2c2，a3c3……即可。

这意味着即便密钥信号秘密保存，图1的传输系统仍很容易被非法拷贝随机数发生器10产生的随机数。这样，加密的数据组很容易被解密。

相应地，本发明的总体目标就是提供一个新型有效的数据传输系统和传输方法，从而可以消除前述问题。

本发明的另一个更具体的目标是提供一个加密方法及其装置，一个解密方法及其装置，还有一个数据传输方法和传输系统，在该系统中提高了数据传输的安全性。

本发明的另一个目标是提供一个数据流加密方法，适用于包括一串连续的单元数据流的数据流，单元数据流包括一个第一数据流和一个位于第一数据流之后的第二数据流。第二数据流的加密方法是利用一个随机数发生器，该方法包括下面这个步骤：

把第一数据流中包含的有一个不定数值的预置的数据提供给每个第二数据流用于对其加密，同时也提供给随机数发生器作为初始值。

使用本发明的加密方法时，第一数据流中包含的有一个不定数值的预置的数据作为初始值提供给解密装置中的随机数发生器，以便解密使用。

相应于这一过程，解密一方的随机数发生器使用一个不确定的初始值对第二数据流的每一个解密。这样，分析随机数发生器产生的随机数模式就变得很困难，数据传输的安全性有了很大的提高。