Νέες μέθοδοι για τον διαμοιρασμό και οργάνωση μυστικότητας κρυπτογραφικών κλειδιών, κατά της παράνομης υποκλοπής ψηφιακού περιεχομένου data-audio-video στις έξυπνες κάρτες smart card των δορυφορικών συνδρομητικών συστημάτων ψηφιακής τηλεόρασης DVB-S και DVB-S2, με βάση την ανακατασκευή μυστικών πολυωνύμων με τους αλγόριθμους Lagrange και Newton

Abstract

In this thesis, firstly, an overview of the Digital Satellite Pay-Tv Systems which adopt the standards of DVB is presented. Then, some of the Conditional Access Systems (CAS) which are proposed in the literature are surveyed and the parameters which affect the security of the CAS proposed in the literature and that of the market are analyzed. Aiming to increase the security of the CAS, two new methods were proposed: the method for the refreshment of the Master Key and the method of Group Key delivery. Those methods were implemented by 3 different algorithms and it was examined if their adaptation is possible by the existing CAS (CAS presented in the literature or commercial CAS). In order to ascertain if the 2 methods which were presented can be adopted by the modern CAS, they were assessed: the computational cost that each method imposes to the smart card (SC) of the subscriber, their bandwidth overhead, and the increase in the security of the CAS that they incur. Moreover, as there are no publicly available measurements related to the bandwidth demands of the existing CAS of the market, in this thesis the bandwidth that certain CAS of the market consumes was measured. As a use case 26 satellite channels of the satellite Hobird 13 at 130 were employed. The assessment proved that the adoption of the proposed methods is easily achievable by modern CAS and that the computation cost that they impose to the subscriber and their demand in bandwidth are limited. Furthermore, the adoption of these methods render the CAS and in general the Satellite Pay-Tv systems resistant to a large group of known attacks.

Στην παρούσα Διδακτορική διατριβή, αρχικά, έγινε μία ανασκόπηση των Ψηφιακών Δορυφορικών Συστημάτων Συνδρομητικής Τηλεόρασης που υιοθετούν τα πρωτόκολλα της DVB (Digital Video Broadcasting). Στη συνέχεια, εξετάστηκαν ορισμένα από τα Συστήματα Πρόσβασης Υπό Όρους (Conditional Access Systems, CAS) που έχουν προταθεί στην βιβλιογραφία και αναλύθηκαν παράγοντες που επηρεάζουν την ασφάλεια των συστημάτων CAS της βιβλιογραφίας αλλά και της αγοράς. Με σκοπό να αυξηθεί η ασφάλεια των συστημάτων CAS, δύο νέες μέθοδοι προτάθηκαν: η μέθοδος ανανέωσης του κλειδιού Μaster Κey (MK) και η μέθοδος παράδοσης του ομαδικού κλειδιού (Group Key, GK). Οι μέθοδοι αυτοί υλοποιήθηκαν με τρεις διαφορετικούς αλγόριθμους και εξετάστηκε αν είναι δυνατή η ενσωμάτωση τους σε υπάρχοντα συστήματα CAS (παρουσιασμένα στην βιβλιογραφία ή χρησιμοποιούμενα στην αγορά). Για να διαπιστωθεί αν οι δύο μέθοδοι που παρουσιάστηκαν μπορούν να υιοθετηθούν από τα σύγχρονα συστήματα CAS, αξιολογήθηκε το υπολογιστικό κόστος με το οποίο επιβαρύνουν τις έξυπνες κάρτες (smart card, SmC) των συνδρομητών του συστήματος, η ανάγκη τους σε εύρος ζώνης καθώς και η αύξηση στην ασφάλεια που επιφέρουν. Επιπλέον, καθώς δεν υπάρχουν δημοσιευμένες διαθέσιμες μετρήσεις σχετικές με τις ανάγκες σε εύρος ζώνης των υπαρχόντων συστημάτων CAS της αγοράς, στα πλαίσια της Διδακτορικής Διατριβής πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις του εύρους ζώνης που καταναλώνουν τα συστήματα CAS της αγοράς. Ως δείγμα χρησιμοποιήθηκαν τα δορυφορικά κανάλια του Hotbird 13C στις 130 E. Η αξιολόγηση απέδειξε ότι η υιοθέτηση των προτεινόμενων μεθόδων είναι εύκολα πραγματοποιήσιμη από τα σύγχρονα CAS καθώς το υπολογιστικό κόστος που επιφέρουν στο συνδρομητή και η απαίτησή τους σε εύρος ζώνης είναι περιορισμένα. Επιπλέον, η υιοθέτηση των μεθόδων καθιστά ικανά τα CAS και κατ’ επέκταση στα Δορυφορικά Συστήματα Συνδρομητικής Τηλεόρασης να ανθίστανται σε ένα μεγάλο σύνολο γνωστών επιθέσεων.