126 International Journal of Commerce and Strategy 2011, Vol. 3, No. 2, An E-DRM Mechanism for Mobile Devices Jen-Ho Yang Kainan University Ch

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1 商略學報 2011 年,3 卷,2 期, 適用於行動通訊設備之企業數位權利管理機制 論文編號 :IJCS 楊仁和開南大學 孫崇軒開南大學 劉瑞榮開南大學 收稿 2010 年 10 月 19 日 第一次修正 2011 年 1 月 26 日 第二次修正 2011 年 3 月 1 日 第三次修正 2011 年 3 月 24 日 第四次修正 2011 年 4 月 19 日 正式接受 2011 年 6 月 7 日 企業數位權利管理機制是保護與管理數位內容之存取權限的一種技術, 它可以防止數位內容的資訊被未經授權的使用者所存取 為了降低傳輸與計算的成本,Chang et al. (2010) 提出了一個適用於行動網路上的企業數位權利管理機制 然而在他們的方法中, 當行動用戶的行動設備遺失或被竊時, 合法使用者的身份易被他人偽冒 ; 此外, 他們的方法缺乏使用上的彈性, 且對於行動設備的計算負擔仍舊太高 為了解決上述缺點, 本文提出了一個適用於行動通訊設備之企業數位權利管理機制, 不但解決了行動設備遺失所衍生的安全性問題, 且在設備之使用及驗證上更具彈性, 更大幅降低設備的計算成本 本文所提之方法不僅兼顧了企業數位權利管理的安全性與便利性, 同時對於電子商務的發展也有著極大的助益 關鍵字 : 企業數位權利管理 電子商務 數位內容 行動通訊設備 通訊作者楊仁和為開南大學資訊及電子商務學系助理教授, 地址 桃園縣蘆竹鄉開南路一號, 電話 轉 6069, jenhoyang@mail.knu.edu.tw 作者孫崇軒為開南大學資訊及電子商務學系研究生, 地址 桃園縣蘆竹鄉開南路一號, 電話 , syuan0212@gmail.com 作者劉瑞榮為開南大學資訊及電子商務學系系主任兼副教授暨所長, 地址 桃園縣蘆竹鄉開南路一號, 電話 轉 2601, jjliu@mail.knu.edu.tw

2 126 International Journal of Commerce and Strategy 2011, Vol. 3, No. 2, An E-DRM Mechanism for Mobile Devices Jen-Ho Yang Kainan University Chung-Hsuan Sun Kainan University Jui-Jung Liu Kainan University Paper No.:IJCS Received October 19, 2010 First Revised January 26, 2011 Second Revised March 1, 2011 Third Revised March 24, 2011 Fourth Revised April 19, 2011 Accepted June 7, 2011 Enterprise Digital Rights Management (E-DRM) is a technology for protecting and managing the access rights of digital contents. To reduce the communication and computation costs of mobile users, Chang et al. (2010) proposed an efficient and reliable E-DRM scheme for mobile environments. However, we find that their scheme is insecure if the mobile device has been lost or stolen. Besides, their scheme is not efficient and flexible for mobile users. To solve the above problems, we propose a new E-DRM scheme for mobile devices in this paper. The proposed scheme can protect the digital content even if the mobile device has been lost or stolen. In addition, it is more flexible and efficient than the related works for mobile users. Therefore, the proposed E-DRM scheme provides high security and convenience for enterprises to protect digital contents. In addition, it also has lots of benefits in the development of electronic commerce. Key Words: Enterprise Digital Rights Management, Electronic Commerce, Digital Content, Mobile Device. The Corresponding Author, Jen-Ho Yang, is an Assistant Professor in the Department of Information and Electronic Commerce, Kainan University, Address: No. 1, Kannan Rd., Luzhu, Taoyuan County 33857, Taiwan, Tel: ext. 6069, jenhoyang@mail.knu.edu.tw Chung-Hsuan Sun is a Graduate student in the Department of Information and Electronic Commerce, Kainan University, Address: No. 1, Kannan Rd., Luzhu, Taoyuan County 33857, Taiwan, Tel: , syuan0212@gmail.com Jui-Jung Liu, is an Associate Professor in the Department of Information and Electronic Commerce, Kainan University, Address: No. 1, Kannan Rd., Luzhu, Taoyuan County 33857, Taiwan, Tel: ext. 2601, jjliu@mail.knu.edu.tw

3 2011 J.-H. Yang, C.-H. Sun and J.-J. Liu 127 緒論 近年來, 隨著無線網路技術的迅速發展, 透過行動通訊設備來連上網際網路的使用者越來越多, 也因為行動通訊設備運用無線網路的環境來上網, 在使用上具有無時間與地點限制的優勢, 使得行動通訊設備逐漸取代個人電腦, 成為現今使用者最熱門的上網工具 因此, 越來越多電子商務 (Electronic Commerce) 上的應用係針對行動通訊設備的用戶來開發 雖然行動通訊設備之上網功能提供了高度的便利性, 但因為行動通訊設備在計算能力上的限制 ( 如智慧型手機 筆記型電腦 ), 其在無線網路上所傳遞的訊息, 無法像一般有線網路可提供強大的加密演算法來保護 也因此當行動設備在無線網路上下載或上傳檔案時, 可能在無形中將機密訊息暴露給竊聽者或攻擊者 因此如何保護數位內容 (Digital Content) 在無線網路環境下傳輸的安全性, 成為了現今發展電子商務一個最重要的議題 數位權利管理 (Digital Rights Management, DRM) 機制 ( 例如 Microsoft (2006) 與 Adobe (n.d.) 之 DRM) 是保護與管理數位內容的使用權限 (Access Control) 的一種技術, 可以防止數位內容的資訊被未經授權的使用者非法使用, 如非法複製 瀏覽或編輯數位內容 此外, 數位權利管理也可以讓合法使用者轉移其權限給其他使用者 近年來, 有許多人開始重視並研究數位權利管理機制 (Arora et al., 2005; Li et al., 2008; Lin et al., 2008; Liu et al., 2003; Zhang et al., 2005) 尤其當企業員工利用行動設備下載或瀏覽存放在公司資料庫的檔案時, 由於其資訊可能涉及商業機密, 一旦被竊取, 將造成公司不可彌補的損失 而為了保護公司重要的資訊, 企業數位權利管理 (Enterprise Digital Right Management,E-DRM) 機制的導入 ( 例如 Adobe (n.d.) 與 EMC (2006)), 也受到很多企業的重視, 成為現今企業電子化過程中最重要的一環, 因此許多學者也投入了 E-DRM 機制的研究 (Chang et al., 2010; Chen, 2008; Lin et al., 2009) 在 E-DRM 機制的相關研究中,Chen(2008) 提出了一種低計算成本的企業數位權利管理機制, 它適合用於處理計算能力較差的行動通訊設備上 在 Chen (2008) 的方法中, 企業內的用戶可利用行動通訊設備, 從數位內容伺服器 (Content Server) 中下載加密後的數位內容 為了得到此數位內容的存取得權限, 行動用戶送出行動通訊設備的國際移動設備辨識碼 (International Mobile Equipment Identification, IMEI) 與相關認證資訊給授權中心 (Authorization Authority), 經過一連串身份確認的驗證後, 授權中心會將解密用的對稱式金鑰 (Symmetric Key) (Schneier, 1995) 回傳給行動用戶 最後, 行動用戶將可利用此對稱式金鑰來解密下載的數位內容 然而,Chang et al. (2010) 發現 Chen (2008) 所提出的 E-DRM 機制存在著下列缺點 : 首先, 攻擊者可由行動用戶與授權中心之間的無線通訊過程中, 竊取到加解密用的對稱式金鑰, 因此企業內的機密資訊有可能被解密並竊取 再者, 行動用戶在得到對稱式金鑰後, 並沒有對此金鑰做驗證, 倘若此對稱式金鑰在無線網路傳輸的過程中遭到竄改, 行動用戶可能會下載到其它不必要或是有害的訊息, 且可能會導致無法解密出正確的數位內容 此外,Chen (2008) 所提出的方法存在過多不必要的計算, 這將導致此方法並不適用於計算能力較小的行動設備上 為了解決上述問題,Chang et al. (2010) 提出了一個全新的 E-DRM 機制 該法利用單向雜湊函數 (Oneway Hash Function) (Menezes et al., 1996; Schneier, 1995) 來保護加解密用的對稱式金鑰, 因此攻擊者無法竊取此金鑰來獲得企業機密 再者, 此可以偵測到對稱式金鑰是否曾在無線網路傳輸的過程中遭到竄改 此外, 與 Chen (2008) 所提出的 E-DRM 機制做比較, Chang et al. (2010) 所提出的方法更有效地降低計算量, 使得它更適用於行動通訊設備上的企業數位權利管理 儘管 Chang et al. (2010) 所提出的 E-DRM 機制有許多優點, 然而我們卻發現它仍有一些安全性上的疑慮 此外, 該方法在認證行動用戶身分時, 其計算量過亦於龐大 而且, 其在認證身分時需綁定國際行動通訊設備識別碼 (IMEI), 因此在實際使用上缺乏彈性, 導致其實用性大大地降低 我們將上述的缺點詳述如下 第一, 在 Chang et al. (2010) 所提出的 E-DRM 機制中, 當使用者的行動設備遺失或被竊, 任何人只要取得行動設備, 都可以利用存放在行動設備中的身分認證資訊, 來下載數位內容並解密獲得企業的機密 第二, 行動用戶在要求存取權限前, 必須事先向憑證中心 (Certificate Authority, CA) 申請憑證, 才能讓授權中心透過憑證來認證其身份, 此舉增加使用者的處理時間, 也增加了授權中心認證時的計算量 第三, 行動用戶在要求存取權限前, 需利用行動設備內儲存之 IMEI 碼向授權中心註冊, 然而若用戶欲更換行動設備存取數位內容, 或臨時行動設備損壞時, 用戶則必須重新向授權中心申請註冊 IMEI, 導致其在實用上缺乏彈性 根據以上所述, 要利用行動通訊設備來實行企業數位權利管理機制, 仍然有相當大的改善空間 因此, 我們將在本文提出一個適用於行動通訊設備的企業數位權利管理機制 在本文所提出的方法中, 有以下的優點 :

4 128 International Journal of Commerce and Strategy June 第一, 每個使用者在向系統註冊時, 使用者自選匿名 ID (Anonymity Identity) 與密碼, 用來取代 IMEI 碼做身份認證的功能 使用者必須在要求存取權限前, 先在行動設備上輸入正確的匿名 ID 與密碼 因此, 利用匿名 ID 與密碼來做使用者身份認證, 不但能保有使用者的隱私權, 更可以在行動設備遺失時, 不至於被他人冒用身分進而獲得非法的存取權限 第二, 本文所提之方法結合單向雜湊函數與互斥或 (Exclusive OR) 的運算來做身份認證, 使用者無需向憑證中心申請憑證, 也由於雜湊函數與互斥或運算的計算成本非常低, 所以降低了使用者的處理時間及驗證的計算量 第三, 由於我們的方法利用匿名 ID 與密碼取代 IMEI 碼, 因此在使用上不會有綁定行動設備之問題, 使用者可以依照其需要來更換存取數位內容的行動設備, 增加了企業數位權利管理的實用性 根據上述的優點, 本文所提出的企業數位權利管理機制, 不僅對企業的行動用戶提供了高度的安全性及使用上的彈性, 也有效地降低了行動設備的計算成本 與 Chang et al. (2010) 的方法做比較, 我們的企業數位權利管理機制更適用行動通訊設備上 因此, 我們所提出的方法對於電子化企業的資訊安全有更安全的保護 此外, 對於電子商務在行動設備上的應用也有極大的助益 文獻探討 Chang et al. (2010) 的 E-DRM 機制 Chang et al. (2010) 所提出之 E-DRM 機制分為封裝階段 註冊階段與授權階段 其間總共有六個角色參與其中 : 數位內容的作者 (Author of the Digital Content) 封裝伺服器 (Package Server, PS) 數位內 容伺服器 (Content Server, CS) 執照伺服器 (License Server, LS) 授權中心 (Authorization Authority, AA) 以及企業行動用戶 (Mobile User, MU) 首先, 數位內容的作者製作數位內容 ( 如企業內部的機密檔案或公文 ) 完畢後, 將此數位內容傳送至封裝伺服器 接著封裝伺服器負責加密數位內容並包裝成 E-DRM 的檔案格式 ( 如圖 1 所示 ), 此檔案格式上的檔案標頭 (Content Header) 為 CH = {CID, DRM AP type,, KEY CID, Attributes, Sig C, URL}, 而 C 為加密後的數位內容 接著, 封裝伺服器將 E-DRM 格式的檔案傳送至數位內容伺服器, 並將對稱式金鑰傳送至執照伺服器 當行動用戶由數位內容伺服器下載檔案後, 將由授權中心負責認證用戶身份 行動用戶先向第三方之憑證中心 (Certificate Authority, CA) 申請數位憑證 (Menezes et al., 1996) 接著傳送此數位憑證, 讓授權中心認證其用戶身份 若使用者身份是合法的, 則授權中心將通知執照伺服器傳送對稱式金鑰給行動用戶 最後, 行動用戶將可利用此對稱式金鑰來解密並存取此數位內容 Chang et al. (2010) 所提出的 E-DRM 機制之詳細步驟與符號說明 ( 如表 1) 如下 : 表 1 Chang et al. (2010)E-DRM 機制之符號說明 符號 說明 T, τ 時間戳記與時間常數 Cert 行動用戶之數位憑證 第 i 次之使用者通行碼 P i N i IMEI msg req 授權中心所產生的第 i 個隨機亂數 國際移動設備識別碼 行動用戶的授權請求訊息 Type of the Content Identity of the DRM-enable Identity Decryption Key Application (CID) (KEY CID ) (DRM - AP type ) Signature of the Athorization Attributes Encrypted Content Authority (URL) (Sig C ) The Encrypted Digital Content (C) 圖 1 E-DRM 檔案格式資料來源 :Chang et al., 2010 CID Sig KEYCID V X ( ) / S X ( ) KEY CID E KEYX ( ) / D KEYX ( ) H( ), F( ) Sig C, Sig CH DRM - AP type 數位內容的識別碼 KEY CID 之數位簽章 利用 X 的公開 / 秘密金鑰計算之數位簽章驗證 / 簽署函數 數位內容 CID 之加解密對稱式金鑰 利用對稱式金鑰 KEY X 之對稱式加密 / 解密函數 公開的單向雜湊函數 數位內容 C 與其內容標頭 CH 的數位簽章 標示出可存取數位內容之應用程式的參數

5 2011 J.-H. Yang, C.-H. Sun and J.-J. Liu 129 封裝階段步驟一 數位內容作者在製作完數位內容後, 將此數位內容 (M) 上傳至封裝伺服器 步驟二 封裝伺服器產生一對稱式金鑰 KEY CID 並將內容加密為 C = E KEYCID (M) 接著製作出 E-DRM 的檔案格式之檔案標頭 (CH), 並將 C 與 CH 封裝成如圖 1 的檔案格式 封裝伺服器利用其私密金鑰 (Private Key), 分別產生出 C 與 CH 的數位簽章 :Sig C = S PS (C) 與 Sig CH = S PS (CH) 步驟三 封裝伺服器將 E-DRM 的檔案格式傳送至內容伺服器 內容伺服器利用封裝伺服器的公開金鑰 (Public Key) 來驗證簽章 Sig C 與 Sig CH 之正確性 若以上簽章都正確, 則內容伺服器將包含 C 與 CH 的 E-DRM 檔案格式儲存至其資料庫中, 且將此檔案公佈在企業內部的數位內容下載目錄中 步驟四 封裝伺服器利用其私密金鑰對 CID 與 KEY CID 做數位簽章 :Sig KEYCID = S PS (CID, KEY CID ) 接著將 (CID, KEY CID, Sig KEYCID ) 傳送至執照伺服器 執照伺服器利用封裝伺服器的公開金鑰 (Public Key) 來驗證簽章 Sig KEYCID 之正確性 若此簽章正確, 則執照伺服器將 (CID, KEY CID ) 儲存至其資料庫中 步驟五 行動用戶由數位內容下載目錄中選擇要下載之 E-DRM 檔案 再根據檔案標頭上的 URL 得知授權中心的網路位址, 以便於授權階段向授權中心要求存取權限 註冊階段步驟一 行動用戶透過ㄧ個安全通道傳送 IMEI 與 Cert 至授權中心 步驟二 授權中心驗證 IMEI 與 Cert 來確認行動用戶的身份 若行動用戶身份正確, 授權中心建立一個初始參數 N 1 = SEED, 並透過ㄧ個安全通道將其傳送至行動用戶端 步驟三 最後授權中心將 IMEI Cert 與 SEED 儲存至資料庫, 並將以上參數傳送至執照伺服器 以上步驟可簡單表示如圖 2 授權階段步驟一 在第 i 次授權時, 行動用戶利用 N i 產生第 i 次的一次性通行碼 :P i = H i (N i IMEI Cert T CID), 這裡 H i (x) 代表對訊息 x 做 i 次的單向雜湊函數運算 隨後行動用戶傳送訊息 (i, msg reg, T, CID, P i, Cert) 給授權中心 步驟二 當接收了 (i, msg reg, T, CID, P i, Cert) 後, 授權中心利用 T 來判斷此次傳送是否在合理的時間範圍 (τ) 內 若 T τ, 則授權中心從資料庫中載入 N i 與 IMEI, 並計算 H i (N i IMEI Cert T CID) 與 P i 是否相等, 若相等則代表用戶身分驗證正確 隨後授權中心隨機產生下一次的亂數 N i+1, 並計算 H F(N i) (IMEI T N i ) N i+1 與 H(IMEI N i N i+1 ) 再傳送給行動用戶 步驟三 授權中心產生數位簽章 Sig AA = S AA (IMEI, CID, i, T, Cert, H F(Ni) (IMEI T N i ) N i+1 ), 接著授權中心傳送訊息 (IMEI, CID, i, T, Cert, H F(N i) (IMEI T N i ) N i+1, Sig AA ) 給執照伺服器 Mobile User (MU) Authorization Authority (AA) License Server (LS) IMEI, Cert SEED IMEI, Cert, SEED 圖 2 Chang et al. (2010) 於註冊階段所提出的 E-DRM 機制

6 130 International Journal of Commerce and Strategy June 步驟四 當行動用戶接收了 H F(Ni) (IMEI T N i ) N i+1 與 H(IMEI N i N i+1 ) 後, 行動用戶計算 N' i+1 = H F(Ni) (IMEI T N i ) H F(Ni) (IMEI T N i ) N i+1 並比較接收的 H(IMEI N i N i+1 ) 是否等於 H(IMEI N i N' i+1 ) 如果相等, 則代表 N i+1 驗證正確, 行動用戶將 N i+1 儲存至手機內 步驟五 當執照伺服器收到了 (IMEI, CID, i, T, Cert, H F(Ni) (IMEI T N i ) N i+1, Sig AA ) 之後, 執照伺服器計算 N' i+1 = H F(Ni) (IMEI T N i ) H F(N i) (IMEI T N i ) N i+1 以求得 N i+1 隨後執照伺服器利用授權中心的公開金鑰計算 V AA (Sig AA ) = (IMEI, CID, I, T, Cert, H F(N i) (IMEI' T N i ) N i+1 ) 是否成立 如果上式成立, 執照伺服器利用資料庫內的 KEY CID 來計算 H F(Ni) (IMEI Cert T N i ) KEY CID 與 H(IMEI N i KEY CID ), 並將其傳送給行動用戶 步驟六 當行動用戶收到 H F(N i) (IMEI Cert T N i ) K E Y C I D 與 H ( I M E I N i K E Y C I D ) 後, 接著行動用戶則計算 KEY' CID = H F ( N i ) ( I M E I C e r t T N i ) H F ( N i ) (IMEI Cert T N i ) KEY CID 隨後行動用戶計算 H(IMEI N i KEY' CID ) 是否等於接收到 的 H(IMEI N i KEY CID ) 如果相等, 則表示 KEY' CID = KEY CID 最後, 行動用戶可利用求得的 KEY CID 來計算 M = D KEYCID (C) 以取得解密後的數位內容 以上步驟可簡單表示如圖 3 合法使用者身分易偽冒在 Chang et al. (2010) 所提的 E-DRM 機制中, 使用者透過儲存在行動設備內之 IMEI Cert 及 N i, 作為讓授權中心來辨識其身份的參數 這樣的作法固然可以得知道用戶存取過哪些數位內容, 也可輕易地追蹤其存取的檔案流向 然而, 若是行動用戶的行動設備遺失或被竊, 任何人只要利用存放在行動設備內的 IMEI Cert 及 N i, 即可輕易地通過授權中心的認證 由於該方法並沒有直接對用戶本身的身份做檢查, 因此容易發生上述的情況使得機密的企業訊息外流 使用上缺乏彈性在 Chang et al. (2010) 的 E-DRM 機制中, 行動用戶須在註冊階段時將 IMEI 註冊至授權中心, 以便於日後的使用者身分認證 但由於每個行動設備上的 IMEI 碼是獨一無二的, 若是用戶更換行動設備, 或是行動設備遺失或被竊, 則行動用戶必須向授權中心重新註冊, 造成使用上缺乏彈性 Mobile User (MU) Authorization Authority (AA) License Server (LS) P i = H i (N i IMEI Cert T CID) (i, msg req, T, CID, P i, Cert) M = D KEYCID (Content) P i = Ramdomly generate N i+1 (H F(N i) (IMEI T N i ) N i+1, H(IMEI N i N i+1 )) N i+1 = (H F(N i) (SEED IMEI T) (H F(N i) (SEED IMEI T) N i+1 H(IMEI N i N i+1 ) = H(IMEI N i N i+1 ) H i (N i IMEI Cert T CID) Sig AA = S AA (IMEI, CID, i, T, Cert, H F(N i) (IMEI T N i ) N i+1 ) (IMEI, CID, i, T, Cert, H F(N i) (IMEI T N i ) N i+1, SIG AA ) (H F(N i) (IMEI Cert T N i ) KEY CID, H(IMEI N i KEY CID )) KEY CID = H F(N i) (IMEI Cert T N i ) H F(N i) (IMEI Cert T N i ) KEY CID H(IMEI N i KEY CID ) = H(IMEI N i KEY CID ) N i+1 = H F(N i) (IMEI T N i ) (H F(N i) (IMEI T N i ) N i+1 V AA (SIG AA ) = (IMEI, CID, i, T, Cert, H F(N i) (IMEI T N i ) N i+1 ) 圖 3 Chang et al. (2010) 於授權階段所提出的 E-DRM 機制

7 2011 J.-H. Yang, C.-H. Sun and J.-J. Liu 131 計算成本過高 在使用者註冊與身份認證過程中, 行動用戶必須使 用數位憑證 Cert 來做驗證 然而, 數位憑證需要用戶事 先向憑證中心申請並註冊, 此舉造成用戶使用上的麻煩 再者, 憑證中心也必須對憑證簽署數位簽章, 因此在驗證憑證時必須驗證此數位簽章, 而驗證數位簽章需計算模指數運算 (Modular Exponentiation), 但模指數運算是一種相當耗時的運算, 這將增加伺服器處理的負擔 此外, 在授權階段時, 授權中心亦需建立其數位簽章 Sig AA 讓執照伺服器去驗證其身分, 然而依據上述之相同理由, 數位簽章的簽署與驗證是相當費時的, 導致計算成本過高, 尤其當行動用戶大量增加時, 將大大地降低伺服器處理的速度 根據以上所述, 我們得知 Chang et al. (2010) 的 E-DRM 機制仍有很大改善的空間 因此, 為解決上述的缺點, 我們將於下個章節中提出一個更適用於行動設備的企業數位權利管理機制 適用於行動通訊設備之企業數位權利管理機制 表 2 本文提出的 E-DRM 機制之符號說明 符號 T, τ X P i N i Req CID KEY CID msg req H( ) ID PW Anonymity_ID E KEYX ( ) / D KEYX ( ) DRM - AP 說明 由系統參予者 Y 所建立之時間戳記與時間常數 授權中心之秘密金鑰 第 i 次之行動用戶通行碼 授權伺服器所產生的第 i 個隨機亂數 行動用戶的註冊請求訊息 數位內容的識別碼 數位內容 CID 之加解密用的對稱式金鑰 行動用戶的授權請求訊息 公開的單向雜湊函數 行動用戶自選之身份識別碼 行動用戶自選之通行密碼 行動用戶自選之匿名識別碼 利用對稱式金鑰 KEY X 之對稱式加密 / 解密函數 可存取數位內容之應用程式 本文所提出之 E-DRM 機制分為封裝階段 註冊階段與授權階段, 其間總共有六個角色參與其中 : 數位內容的作者 封裝伺服器 (Package Server, PS) 數位內容伺服器 (Content Server, CS) 執照伺服器 (License Server, LS) 授權中心 (Authorization Authority, AA) 以及企業行動用戶 (Mobile User, MU) 在封裝階段中, 數位內容的作者製作出數位內容後, 將其傳送至封裝伺服器, 封裝伺服器則負責將數位內容封裝成 E-DRM 檔案格式 ( 如圖 1) 本階段的步驟與 Chang et al. (2010) 之封裝階段的步驟相同, 故不再贅述 在註冊階段中, 行動用戶將自己的 ID 匿名 ID 與通行密碼傳送至授權中心要求註冊, 授權中心根據上面接收到的訊息以建立此用戶的認證資訊, 並將相關認證資訊傳送至行動用戶端與執照伺服器 然而若將個人通行密碼洩露, 則本文所提出之方法將不安全 此處, 本文係合理地假設在正常情況下, 用戶不會主動告知密碼給他人, 而本文也將根據此假設來進行管理機制之設計 在授權階段中, 以匿名 ID 與密碼取代行動設備之 IMEI 碼來做身份認證, 藉此可改進行動設備被 IMEI 碼所綁定, 因此能在不同的行動設備上瀏覽或使用數位內 容, 增加使用上的彈性 與相關文獻相比較, 本階段無需利用數位簽章機制, 僅以單向雜湊函數與互斥或運算來達成身分認證, 因此計算成本將大大地降低, 將更適用於行動通訊的環境 表 2 為本文提出的 E-DRM 機制之符號說明, 以下將介紹註冊階段與授權階段之詳細步驟 註冊階段 步驟一 行動用戶透過安全傳輸通道傳送 ID PW Anonymity_ID 與 Req 至授權中心 步驟二 授權中心利用 ID 來確認行動用戶的身份, 若行動用戶身份正確, 則利用其秘密金鑰 X 計算出驗證資訊 H(Anonymity_ID X) 與 H(Anonymity_ ID X) PW, 並將 H(Anonymity_ID X) PW 傳送給行動用戶端, 用戶將 H(Anonymity_ ID X) PW 儲存至行動通訊設備中 步驟三 最後授權中心並將 Anonymity_ID 與 H(Anonymity_ID X) 傳送至執照伺服器 而執照伺服器接收後將上述資訊儲存至資料庫內 以上步驟可簡單表示如圖 4

8 132 International Journal of Commerce and Strategy June Mobile User (MU) Authorization Authority (AA) License Server (LS) ID, PW, Anonymity_ID, Reg H(Anonymity_ID X) PW Anonymity_ID, H(Anonymity_ID X) 圖 4 適用於註冊階段之企業數位權利管理機制 資料來源 : 本文整理 授權階段步驟一 行動用戶利用 E-DRM 之應用程式 (DRM AP) 來下載數位內容, 當用戶要使用或瀏覽數位內容時,DRM AP 向授權中心要求存取權限, 且同時要求行動用戶輸入 Anonynity_ID 與 PW 行動用戶輸入完成後,DRM AP 計算 H(Anonymity_ID X) PW PW 以求得認證資訊 H(Anonymity_ID X) 步驟二 DRM AP 隨機產生一個亂數 N i (N i 為整數 ), 並計算此次行動用戶的身份驗證密碼 P i = H(H i (Anonymity_ID X) T MU CID) N i 以及 C MU = H(N i IMEI) 最後,DRM AP 傳送以下訊息 (i, msg req, T MU, CID, P i, C MU, Anonymity_ ID, IMEI) 至授權中心 步驟三 授權中心利用其資料庫內的資訊計算 N' i = P i H(H i (Anonymity_ID X) T MU CID), 隨後並計算 H(N' i IMEI) 是否等於接收到的 C MU, 如果相等則代表身份正確 授權中心計算 S AA = H(H i (Anonymity_ID X) T AA CID) N i 與驗證用的訊息 C AA = H(N i IMEI Anonymity_ID), 最後傳送訊息 (CID, Anonymity_ID, IMEI, T AA, S AA, C AA ) 給執照伺服器 步驟四 當執照伺服器接收到授權中心所傳送的 (CID, Anonymity_ID, IMEI, T AA, S AA, C AA ) 後, 執照伺服器計算 S AA H(H i (Anonymity_ID X) T AA CID) 而得到 N' i, 再計算 H(N' i IMEI Anonymity_ ID) 是否等於 C AA 若兩者相等, 則代 表驗證正確, 隨後執照伺服器計算 S LS = H(H i (Anonymity_ID X) T LS N i ) KEY CID 與驗證用的 (i, msg req, T MU, CID, P i, C MU, Anonymity_ ID, IMEI), 最後將 (Anonymity_ID, S LS, C LS, T LS ) 傳送給行動用戶 步驟五 當行動用戶接收到 (Anonymity_ID, S LS, C LS, T LS ) 後,DRM AP 計算 S LS H(H i (Anonymity_ ID X) T LS N i ) 以求得 KEY' CID, 隨後計算 H(CID KEY' CID N i ) 是否等於 C LS 如果兩者相等, 則代表 KEY' CID = KEY CID 是正確的解密金鑰 最後行動用戶可利用 KEY CID 解開被加密的數位內容 以上步驟可簡單表示如圖 5 關於本文所提出的 E-DRM 機制之優點, 茲條列說明如下 行動用戶身份不易偽冒在我們所提出的方法中, 行動用戶需輸入 Anonymity_ID 與 PW 作為身分驗證的依據, 接著 DRM-AP 根據使用者輸入的 PW 及儲存在記憶卡內之 H(Anonymity_ID X) PW 計算 :PW (H(Anonymity_ ID X) PW) 若行動用戶所輸入之 Anonymity_ID 與 PW 正確,DRM-AP 才可求得正確的 H(Anonymity_ ID X), 最後根據 H(Anonymity_ID X) 計算相關資訊並傳送至授權中心通過驗證 若密碼輸入錯誤, 則 DRM- AP 將會計算出錯誤的 H(Anonymity_ID X)', 與授權中心計算的正確之 H(Anonymity_ID X) 相比較, 我們可得知 H(Anonymity_ID X)' H(Anonymity_ID X), 所以非法的使用者將無法通過授權中心的身分認證 也因此

9 2011 J.-H. Yang, C.-H. Sun and J.-J. Liu 133 Mobile User (MU) Authorization Authority (AA) License Server (LS) P i = H(H i (Anonymity_ID X) T MU CID) N i C MUi = H(N i IMEI) (i, msg reg, T MU, CID, P i, C MU, Anonymity_ID, IMEI) N i = P i H(H i (Anonymity_ID X) T MU CID) H(N i IMEI) = S AA = H(H i (Anonymity_ID X) T AA CID) N i C AA = H(N i IMEI (Anonymity_ID) (CID, Anonymity_ID, IMEI, T AA, S AA, C AA ) N i = S AA H(H i (Anonymity_ID X) T AA CID) = H(N i IMEI (Anonymity_ID) S LSi = H(H i (Anonymity_ID X) T LS N i ) KEY CID C LSi = H(CID KEY CID N i ) (Anonymity_ID, S LSi, C LSi, T LS ) KEY CID = S LSi H(H i (Anonymity_ID X) T LS N i ) H(CID KEY CID N i ) = C LSi C MUi C AA 圖 5 適用於授權階段之企業數位權利管理機制 資料來源 : 本文整理 若合法使用者的行動通訊設備遺失或遭竊, 也可保護企業內的數位內容不被非法的使用者所存取 使用上更具彈性與先前 Chen (2008) 和 Chang et al. (2010) 的方法不同, 本文所提之方法只用 IMEI 碼來記錄行動用戶目前使用何種設備來存取數位內容, 不作為驗證用戶身份的依據 因此當行動用戶更換設備時, 只需將存有 H(Anonymity_ID X) PW 之記憶卡轉移至新的行動設備上, 無須利用 IMEI 碼向授權中心重新要求註冊 在我們的方法中, 使用者僅需記住 Anonymity_ID 與 PW, 即可透過 DRM-AP 向授權中心要求存取權限, 並可依其需求更換行動設備來存取數位內容, 因此提高企業數位權利管理之行動用戶使用上的彈性 計算成本降低本文所提出之 E-DRM 機制只利用單向雜湊函數與互斥或的運算, 來達成行動用戶的身分認證 而先前學者所提出的 E-DRM 機制, 均須利用高計算量的數位憑證與數位簽章來達成 兩相比較之下, 因單向雜湊函數與互斥或之計算成本較低, 故本文所提出的方法可大幅降低行動設備的計算時間, 讓行動用戶與授權中心的驗證速度加快 此外, 本文所提之方法也去除了行動用戶 申請數位憑證所花費的時間與麻煩 根據以上的說明, 本文所提之 E-DRM 機制更適用於低計算能力之行動通訊設備的環境 討論與分析 在這個章節中, 我們將分析本文所提出之 E-DRM 機制之安全性 我們將針對本文所提出之方法, 模擬數個可能會遭遇到的攻擊來分析其安全性並分析其計算成本, 說明如下 中間人攻擊 (Man-in-the-middle Attack) 假設有一個攻擊者, 欲由行動用戶與授權中心的通訊之間攔截訊息 (i, msg req, T MU, CID, P i, C MU, Anonymity_ ID, IMEI), 並將此訊息內的 Anonymity_ID 與 IMEI 更改為攻擊者自己的 Anonymity_ID' 與 IMEI', 藉此造成授權中心誤以為此攻擊者為合法的行動用戶 然而, 此種攻擊無法成功, 因為一次性密碼 P i = H(H i (Anonymity_ ID X) T MU CID) N i 以及驗證碼 C MU = H(N i IMEI) 包含了正確的授權中心之密鑰 X 與隨機亂數 N i, 且被單向雜湊函數保護, 因單向雜湊函數的特性, 當訊息經過雜湊函數的運算, 攻擊者無法反向推得原始訊息, 並且攻

10 134 International Journal of Commerce and Strategy June 擊者無法將正確的 Anonymity_ID 與 IMEI 替換成自己的 Anonymity_ID' 與 IMEI', 並且攻擊者也不曉得授權中心之密鑰 X 與隨機亂數 N i, 最後授權中心將可透過驗證 C MU 的正確與否得知遭受攻擊 根據上述的理由, 本文所提出之方法可抵擋上述之中間人攻擊 重送攻擊 (Replay Attack) 假設有一攻擊者在無線網路傳輸的過程中, 擷取行動用戶傳給授權中心的驗證訊息 :(i, msg req, T MU, CID, P i, C MU, Anonymity_ID, IMEI), 再重新傳送上述訊息給授權中心來偽裝成合法的行動用戶 然而此種攻擊方式將無法成功, 因為訊息內的 P i = H(H i (Anonymity_ID X) T MU CID) N i 包含了時間戳記 T MU 因此當攻擊者將之前所收集到的 (i, msg req, T MU, CID, P i, C MU, Anonymity_ID, IMEI) 傳遞給授權中心時, 授權中心會檢查 T MU 與目前的時間來判斷傳輸時間是否合理, 而在授權中心將會透過 T MU 發現此為攻擊者傳送的訊息 根據上述的原因, 本文所提出之方法可抵擋上述之重送攻擊 外部攻擊 (Outsider Attack) 假設有一攻擊者想要取得數位內容解密金鑰 KEY CID, 所以他必須要由執照伺服器與行動用戶的傳輸之間擷取訊息 (Anonymity_ID, S LS, C LS, T LS ), 接著由訊息 S LS = H(H i (Anonymity_ID X) T LS N i ) KEY CID 中求得 KEY CID 但是由於攻擊者不知道 H(H i (Anonymity_ ID X) T LS N i ), 因此他無法利用互斥或的特性由 S LS 求得 KEY CID 若是此攻擊者欲由 C LS = H(CID KEY CID N i ) 求得 KEY CID, 此種攻擊也無法成功, 因為 KEY CID 被單向雜湊函數 H( ) 所保護, 並且攻擊者無法得知隨機亂數 N i 以及 KEY CID, 所以攻擊者無法由 C LS 破解 KEY CID 根據上述的原因, 本文所提出之方法可抵擋上述之外部攻擊 偽裝攻擊 (Impersonation Attack) 假設有一攻擊者收集行動用戶與授權中心之間所傳遞的訊息 (i, msg req, T MU, CID, P i, C MU, Anonymity_ID, IMEI), 想要利用這些訊息來假裝他是一個合法的行動用戶, 進而騙過授權中心的驗證 然而, 雖然攻擊者可以取得 (i, msg req, T MU, CID, P i, C MU, Anonymity_ID, IMEI), 卻沒有辦法從這些訊息中, 去計算出更多的資訊來假裝他是一個合法的行動用戶 因為傳送給授權中心的 P i = H(H i (Anonymity_ID X T MU CID) N i 與 C MU = H(N i IMEI) 被單向雜湊函數保護 ; 而且攻擊者不 曉得伺服器的秘密金鑰 X 與儲存在使用者的驗證資訊 H(Anonymity_ID X), 因此就算攻擊者收集到合法使用 者的驗證訊息, 因單向雜湊函數的特性, 攻擊者也無法 反向推得所需訊息, 也因此沒辦法偽造出一個合法的行 動用戶驗證訊息 根據上述的原因, 本文所提出之方法 可抵擋上述之偽裝攻擊 計算成本分析 我們分別分析 Chang et al. (2010) 與本文所提出 的方法之計算成本 ( 如表 3) 在他們的方法中, 行動 用戶每次都必須計算數位簽章 ( 需計算大量的資訊 ) 給授權中心驗證, 而授權中心也必須計算數位簽章給 執照伺服器, 也因此每位使用者或授權中心都必須計 算第 i 次的數位簽章, 若是使用者量龐大, 可能會造成 使用者與伺服器間的負擔 而我們所提出的方法則不 需要使用者計算數位簽章, 授權中心也不必計算龐大 的數位簽章資訊給執照伺服器, 故使用者亦不用去驗 證每一個授權者所產生的數位簽章 ( 也就是 0 次 ), 所以我們的方法比 Chang et al. (2010) 的方法更加有 效率, 也更適合運用在行動設備上 結論 方法 計算成本 數位簽章 ( 簽署 / 驗證函數 ) 對稱式密碼系統之加解密 表 3 兩種方法之計算成本比較 Chang et al. (2010) 行動用戶 的方法 授權中心 結論與管理意涵 我們的方法 行動用戶 授權中心 ( 數字代表兩種方法之計算成本次數 ) 本文提出了一個適用於行動通訊設備之企業數位權 利管理機制 在本文所提出的方法中, 若行動通訊設備 遺失或被竊, 非法使用者也無法瀏覽或存取數位內容, 因此可以解決當行動通訊設備遺失時所產生的安全問

11 2011 J.-H. Yang, C.-H. Sun and J.-J. Liu 135 題 此外在行動用戶 授權中心與執照伺服器間, 三方 的身份驗證僅利用單向雜湊函數與互斥或來計算, 降低 了驗證所需的計算成本, 並且加快驗證時的處理速度 因此, 本文所提出的企業數位權利管理機制, 將更適用 於計算能力較差之行動通訊設備上, 對於電子化企業的 資訊安全也提供了更佳的防護 管理意涵 因網路技術與硬體的性能提昇, 越來越多的網路 使用者利用行動通訊設備來使用或轉傳數位內容 然 而網路上所轉傳的數位內容, 有許多都是未經原創造者 許可, 或是遭到破解而不需付費即可瀏覽使用, 因此數 位內容的管理與保護將更為重要 此外, 目前許多企業 朝向電子化的方向發展, 期望能利用數位內容的便利性 經由網路來擴展其客源 ; 也希望透過數位內容的使用, 讓員工隨時隨地都能處理工作來應付突發狀況, 以增加 自身產能 而對於電子化企業來說, 公司內部許多數位 內容如 : 員工資料 新產品企劃書 財務報表 等, 均 屬於極為重要的商業機密, 若讓員工任意地存取上述機 密的數位內容, 卻無良好的保護措施來保護與管理公司 之機密檔案, 這無疑是將商業機密暴露在外, 將造成企 業莫大的損失! 故一個安全且有效率企業數位內容管理 機制, 將可降低電子化企業中管理與保護數位內容的成 本 針對於此, 本文所提出之數位權利管理機制, 提供 了電子化企業之數位內容一個安全且有效率的管理與保 護機制 與先前的相關文獻 (Chang et al., 2010; Chen, 2008; Lin et al., 2009) 相比較, 本法不僅加強了數位權 利管理的安全性, 也有效降低了數位內容管理所要支付 的成本 此外, 企業內的數位內容使用者亦可利用行動 設備上網的便利性, 隨時隨地存取所需的數位內容, 以 提高數位內容的使用率, 進而增加數位內容於電子化企 業中的實用價值 參考文獻 Adobe Lifecycle Document Security, n.d.. available securityserver/ Arora, G., Hanneghan, M. and Merabti, M., P2P Commercial Digital Content Exchange, Electronic Commerce Research and Applications, 4(3), Chen, L. C., A Secure and Traceable E-DRM System Based on Mobile Device, Expert Systems with Applications, 35(3), Chang, C. C., Yang, J. H. and Wang, D. W., An Efficient and Reliable E-DRM Scheme for Mobile Environments, Expert Systems with Applications, 37(9), EMC Corporation Acquired Authentica on February 27, available authentica/ Li, Q., Zhang, J., Gong, X. and Zhang, Z., A Novel License Distribution Mechanism in DRM System, 22nd International Conference on advanced Information Networking and Applications -Workshops, Lin, C. C. and Chiang, P. H., A Mobile Trading Scheme for Digital Content Based on Digital Rights, Proceedings of the Eighth International Conference on Intelligent Systems Design and Applications, 3, Lin, C. C., Wu, S. C., Chiang, P. H. and Chen, C. C., Enterprise-oriented Digital Rights Management Mechanism: edrm, Proceedings of International Conference on Availability, Reliability and Security, Liu, Q., Reihaneh, S. N. and Sheppard, N. P., Digital Rights Management for Content D i s t r i b u t i o n, P ro c e e d i n g s o f A u s t r a l a s i a n Information Security Workshop Conference on ACSW frontiers 2003, 21, Menezes, A. J., Van Orschot, P. C. and Vanstone, S. A., Handbook of Applied Cryptography, CRC Press. M i c r o s o f t W i n d o w s R i g h t M a n a g e m e n t S e r v i c e s S y s t e m, a v a i l a b l e h t t p : / / aspxfamilyid= f-e a5bd- 901B2720F068 Schneier, B., Applied Cryptography: Protocols, Algorithms and Source Code in C, 2nd Edition, New York: John Wiley & Sons, Inc. Zhang, J., Li, B., Zhao, L. and Yang, S. Q., License Management Scheme with Anonymous Trust for Digital Rights Management, Proceedings o f I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e re n c e o n Multimedia and Expo,

12 136 International Journal of Commerce and Strategy June 楊仁和為開南大學資訊及電子商務學系助理教授, 國立中正大學資訊工程研究所博士 主要研究領域為 : 資訊安全 電子商務 密碼學 數位權利管理以及電腦運算 其學術論文曾發表於 Applied Mathematics and Computation (SCI, EI) IET Computers and Digital Techniques (SCI, EI) Computers & Security (SCI, EI) Journal of Systems and Software (SCI, EI) Wireless Personal Communication (SCI, EI) 等期刊 Jen-Ho Yang is an Assistant Professor in the Department of Information and Electronic Commerce, Kainan University. He received his Doctoral degree in Computer Science and Information Engineering from National Chung Cheng University. His main research areas include Information Security, Electronic Commerce, Cryptography, Digital Right Management and Computer Arithmetic. His research papers have been published at Applied Mathematics and Computation (SCI, EI), IET Computers and Digital Techniques (SCI, EI), Computers & Security (SCI, EI), Journal of Systems and Software (SCI, EI), Wireless Personal Communication (SCI, EI) and others. 孫崇軒為開南大學資訊及電子商務學系研究生, 研究領域為數位權利管理 資訊安全及電子商務應用 Chung-Hsuan Sun is a Graduate student in the Department of Information and Electronic Commerce, Kainan University. His main research areas include Digital Rights Management, Information Security and e-commerce Applications. 劉瑞榮為開南大學資訊及電子商務學系擔任副教授兼系主任暨所長, 英國雪菲爾大學自動控制及系統工程研究所博士 主要研究領域為無線射頻辨識應用 系統模式化與模擬 人工智慧 其學術論文曾發表於 Journal of the Chinese Institute of Engineers Asian Journal of Control Journal of Marine Science and Technology Journal of Franklin Institute 等期刊 Jui-Jung Liu is an Associate Professor and Director in the Department of Information and Electronic Commerce, Kainan University. He received his Doctoral degree in Automatic Control and Systems Engineering from Sheffield University, UK. His main research areas include RFID Applications, Modeling and Simulation System and Artificial Intelligence. His research papers have been published at Journal of the Chinese Institute of Engineers, Asian Journal of Control, Journal of Marine Science and Technology, Journal of Franklin Institute and others.