تشفير الفيديو

الموسوعة الحرة
مثال على حقول فيديو PAL مشفرة بواسطة VideoCrypt I 

VideoCrypt هو نظام تشفير تلفزيوني يعتمد على البطاقات الذكية للوصول المشروط ، ويقوم بتشفير إشارات التلفزيون التناظري المدفوع . تم تقديمه في عام 1989 من قبل شركة News Datacom ، واستُخدم في البداية من قبل Sky TV، ثم من قبل العديد من المحطات الأخرى على أقمار SES الصناعية Astra عند خط طول 19.2 درجة شرقًا .

المستخدمون

المذيعسوقواسطة
هيئة الإذاعة البريطانية سكايالمملكة المتحدة ، أيرلنداأقمار أسترا الصناعية التابعة لشركة SES
قناة الكبارأوروباقمر أسترا الصناعي التابع لشركة SES
JSTVأوروباقمر أسترا الصناعي التابع لشركة SES
شبكة سكاي التلفزيونيةنيوزيلنداالبث الأرضي فائق التردد (انتهى في 10 مارس 2010)
سكاي فيجيفيجينطاق التردد العالي جدًا الأرضي
اختيار من متعددأفريقيا ، أوروباقمر أسترا الصناعي التابع لشركة SES (التشفير المرئي II)
فوكستيل (حتى عام 2005)أسترالياشبكة الاتصالات اللاسلكية الأرضية من شركة Telstra
BBC Select على BBC1 و BBC2 (1992-1994)المملكة المتحدةUHF الأرضي (تطبيق VideoCrypt-S)
ANTV (1994-1998)أندونيسياقناة بالابا الفضائية (الرياضة وبرامج أجنبية مختارة فقط)
TPI (1994-1999)أندونيسياقناة بالابا الفضائية (الرياضة وبرامج أجنبية مختارة فقط)
إندوسيار (1995-1999)أندونيسياقناة بالابا الفضائية (الرياضة وبرامج أجنبية مختارة فقط)

الإصدارات

تم نشر ثلاثة إصدارات من نظام VideoCrypt في أوروبا: VideoCrypt I للسوق البريطانية والأيرلندية، وVideoCrypt II لأوروبا القارية. أما الإصدار الثالث، VideoCrypt-S، فقد استُخدم في خدمة BBC Select التي لم تدم طويلاً . ويختلف نظام VideoCrypt-S عن تطبيق VideoCrypt التقليدي في استخدامه لتقنية إعادة ترتيب الخطوط.

  • قد تستخدم شركتا Sky NZ و Sky Fiji إصدارات مختلفة من معيار VideoCrypt.
  • استخدمت شركة Sky NZ نظام NICAM ستيريو لسنوات عديدة حتى تخلت عنه عندما بدأت تقنية Sky DTH تحل محل تقنية Sky UHF.

مبدأ التشغيل

يقوم النظام بتشويش الصورة باستخدام تقنية تُعرف باسم "قص وتدوير الخطوط". يُقص كل خط من خطوط الصورة (إطار الفيديو) عند إحدى نقاط القص الـ 256 الممكنة، ثم يُبدّل نصفي كل خط قبل الإرسال. تُحدد سلسلة نقاط القص بواسطة تسلسل شبه عشوائي. وقد فُكّت رموز القنوات باستخدام تسلسل مولد أرقام شبه عشوائي (PRNG) مُخزّن على بطاقة ذكية ( تُعرف أيضًا ببطاقة العرض).

لفك تشفير قناة ما، يقرأ جهاز فك التشفير البطاقة الذكية للتحقق من صلاحيتها للقناة المحددة. إذا لم تكن البطاقة مصرحًا لها، تظهر رسالة على الشاشة. أما إذا كانت مصرحًا لها، فيقوم جهاز فك التشفير بتعبئة مولد الأرقام العشوائية الزائفة (PRNG) الخاص بالبطاقة ببيانات أولية مُرسلة مع إشارة الفيديو لتوليد التسلسل الصحيح لنقاط القطع.

تضمن النظام أيضًا عنصرًا تشفيريًا يُسمى اختبار فيات شامير للمعرفة الصفرية. كان هذا العنصر عبارة عن إجراء روتيني في البطاقة الذكية يُثبت للمفكك أن البطاقة أصلية. كانت الفكرة الأساسية هي أن يُقدم المفكك للبطاقة حزمة بيانات (السؤال أو التحدي) تقوم البطاقة بمعالجتها، ثم تُعيد النتيجة (الإجابة) إلى المفكك، مُثبتةً بذلك أنها بطاقة أصلية دون الكشف عن أي معلومات حساسة. كان من المفترض أن يتوقف المفكك عن فك تشفير الفيديو إذا تلقى نتيجة خاطئة من البطاقة. إلا أن التنفيذ غير الآمن تقنيًا لهذا العنصر التشفيري القوي جعله غير ضروري.

اعتمدت نسخة VideoCrypt-S، المستخدمة في خدمة BBC Select، على تشفير تبديل الخطوط. يُغيّر هذا النوع من تشفير الفيديو ترتيب إرسال الخطوط، بحيث يُمكن إرسال الخط 20 على أنه الخط 32. استخدمت نسخة VideoCrypt-S ستة كتل، كل كتلة تضم 47 خطًا. تضمنت ثلاثة أنماط تشفير: التبديل الكامل، حيث تأثر 282 خطًا؛ والتبديل الجزئي، حيث تم تشفير كل حقل بديل؛ وتشفير تأخير الخط، حيث تم تأخير موضع بداية الفيديو في كل خط بشكل شبه عشوائي. اختارت BBC استخدام تشفير تبديل الخطوط بدلًا من تقنية قص وتدوير الخطوط، لأن الاختبارات أظهرت أن تقنية قص وتدوير الخطوط أكثر عرضة لتدهور جودة الصورة عند تعرضها لظاهرة التظليل وتداخل القنوات المشتركة، وهي ظاهرة شائعة في البث الأرضي. [ 1 ]

الهجمات

كان نظام VideoCrypt بعيدًا كل البعد عن الأمان، وقد تم استخدام عدد من عمليات الاختراق.

هجمات البطاقات

  • اكتشف المخترقون طرقًا لمنع شركة سكاي من تعطيل بطاقاتها الذكية. اعتمدت أبسط هذه الهجمات على استخدام سكاي لتقنية ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا (EPROM) في بطاقاتها الذكية آنذاك. وبالتالي، من خلال تعديل وحدة فك التشفير لتقييد جهد الكتابة على البطاقة، أمكن منع إيقاف تشغيل البطاقات لاسلكيًا. أما هجوم "شريحة كنتاكي المقلية" (KENtucky Fried Chip)، فقد اعتمد على استبدال وحدة التحكم الدقيقة التي تتحكم في واجهة البطاقة الذكية مع وحدة فك التشفير. اعتمد هذا الهجوم على حجب الحزم التي تحمل رقم تعريف البطاقة الذكية. وقد فشل هذا الهجوم القائم على الجهد بعد أن تحولت سكاي إلى استخدام بطاقات ذكية تعتمد على تقنية ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا (EEPROM).
  • قام قراصنة تجاريون بهندسة عكسية كاملة لبطاقة Sky الذكية، وأزالوا إجراءات التحكم في الوصول، وأنشأوا بطاقات ذكية مقرصنة تعمل باستخدام أنواع مختلفة من المتحكمات الدقيقة (عادةً PIC16C84 ) عن تلك التي تستخدمها Sky.
  • اكتشف المخترقون (بعد نشر شفرة القرصنة التجارية) طرقًا لتفعيل البطاقات "المعطلة" باستخدام جهاز كمبيوتر وواجهة بطاقة ذكية، وذلك بإرسال حزمة تفعيل مُنسقة ومُعنونة بشكل صحيح إلى البطاقة. كما سمحت بعض التعديلات على هذا الهجوم بترقية بطاقات المشتركين الحاليين إلى باقات اشتراك أغلى. عُرف هذا الهجوم باسم "اختراق العنقاء" نسبةً إلى الطائر الأسطوري الذي كان يُعتقد أنه قادر على إعادة نفسه إلى الحياة.

هجمات تدفق البيانات

  • تضمنت عمليات الاختراق الناجحة الأخرى أخذ عينات من تدفق البيانات بين البطاقة وجهاز فك التشفير، فعلى سبيل المثال، كان بالإمكان تسجيل فيلم وتخزين معلومات جهاز فك التشفير ليتمكن المستخدمون من استخدامها لاحقًا لفك تشفير الفيلم نفسه الذي سجلوه مسبقًا باستخدام جهاز فك تشفير وبطاقة "وهمية" (كانت البطاقة الذكية الوهمية عبارة عن واجهة تستقبل بذور فك التشفير المتزامنة من جهاز كمبيوتر). عُرف هذا الهجوم باسم اختراق نقل البيانات المؤجل، وقد نجح لأن بيانات الوصول المشروط وعناوين جهاز فك التشفير والمفاتيح المشفرة كانت موجودة على خطوط الفيديو التي تسجلها أجهزة الفيديو العادية، وكان معدل نقل البيانات، على عكس معدل نقل بيانات التليتكست ، بطيئًا بما يكفي للسماح بتسجيل البيانات مع الفيديو المشفر.

هجمات تدفق بيانات بطاقة فك التشفير

  • يُعدّ اختراق "مكورماك" الذي ابتكره جون مكورماك أنجح اختراق لنظام VideoCrypt. يتضمن هذا الهجوم بثّ مفاتيح فك التشفير من بيانات بطاقة فك التشفير مباشرةً، ما يسمح لأجهزة فك التشفير الأخرى باستخدامها لمشاهدة القنوات المشفرة، وبالتالي مشاركة البطاقة مع عدة أجهزة. وتُعدّ مشاركة البطاقة تطبيقًا عمليًا لاختراق مكورماك.

القوة الغاشمة

  • مع ازدياد قوة الحوسبة المكتبية، كان هذا النظام البسيط عرضة بطبيعته لهجمات "معالجة الصور" بالقوة الغاشمة.
  • حتى بدون أي معلومات على الإطلاق حول تسلسل نقطة القطع، يمكن "ربط" الخطوط المتجاورة في الصورة للعثور على أفضل تطابق، وإعادة بناء الصورة.
  • لن تنجح طريقة القوة الغاشمة مع جميع الصور، لكنها بمثابة إثبات مثير للاهتمام للمفهوم.
  • يعد برنامج Antisky.c الخاص بماركوس كون من عام 1994 مثالاً مبكراً على هذا النوع من الهجمات.
  • وقد تبين مؤخراً أنه باستخدام المعرفة التفصيلية لطريقة نقل الألوان في أنظمة التلفزيون التناظرية، يمكن تحقيق إعادة بناء "مثالية" للعديد من المشاهد.
  • كانت بطاقات التلفزيون الرخيصة لأجهزة الكمبيوتر (حوالي 40 جنيهًا إسترلينيًا) المزودة بشرائح معينة (مثل Brooktree) قادرة على فك تشفير الصورة في وقت شبه فوري (مع تأخير الصوت ليتوافق مع ذلك). وقد تحقق ذلك بفضل برامج مثل MoreTV أو hVCPlus وجهاز كمبيوتر سريع نسبيًا. وكانت جودة الصورة مماثلة لجودة شريط فيديو VHS قديم، مع بعض التشوه اللوني الذي يعتمد على أداء الكمبيوتر.

مراجع