Otseülekande võtmete roteerimine

Määra, kui tihti sisuvõti muutub, kui palju vaatajaid on ja kui palju nende mängijate esitusjärjed otseedastusest maha jäävad. See leht loendab võtmeid, nendest tulenevaid litsentsipäringuid ja koormust, mille need päringud litsentsiserverile võtme muutumisel panevad. Seda kõike kolme erineva viisi puhul, kuidas mängija iga võtme saab.

Näidisarvutus — Otseülekande võtmete roteerimine

Krüptoperioode edastuses	262 800
Sisuvõtmeid	262 800
Võtmematerjal, 16 baiti võti	4,20 MB
Litsentsipäringuid vaatajale	262 800
Litsentsipäringuid kokku	2,628×10¹¹
Litsentsiserveri keskmine koormus	8333 /s
Tippkoormus	100 000 /s
Tippkoormus üle keskmise	12,0×

Need on väärtused, mida kalkulaator lehe avamisel näitab. Muuda ülal mõnda sisendit, et need ümber arvutada.

Interaktiivse simulatsiooni laadimine...

Õppetund

Teooria — Otseülekande võtmete roteerimine

Sisuvõti on meediat krüptiv AES-võti. Mängija saab selle litsentsiserverist pärinevas litsentsis, mis on väljastatud just sellele konkreetsele seadmele. Võtmevahetus asendab otseülekande käigus sisuvõtme iga krüptoperioodi järel, seega vajab mängija iga kord uut võtit. Võtmehierarhias kannab litsents sisuvõtme asemel juurvõtit. Sisuvõtmeid nimetatakse seal lehevõtmeteks ning need liiguvad voo enda sees ja on kasutatavad ainult koos juurvõtmega.

Mida iga sümbol tähendab

T: krüptoperiood ehk aeg sekundites, kui kaua üht sisuvõtit kasutatakse
N: samal ajal vaatavate inimeste arv
w: nende esitusjärgede mahajäämuse hajuvus otseedastusest, mis moodustab akna, mille sees nad kõik võtmepiiri ületavad
R: kui kaua juurvõti hierarhias kestab, tundides

Eeldab: Eeldatakse üht litsentsipäringut vaataja kohta igal võtmepiiril, mis kannab kõiki antud perioodi võtmeid, ning et iga vaataja jälgib kogu edastust. Muutumisel küsides hajuvad päringud ühtlaselt w sekundi peale pärast piiri ületamist. Ette laadides hajuvad need ühtlaselt üle kogu perioodi. Tegelikud päringud kogunevad ja hajuvad nende keskmiste ümber, mistõttu serveri suuruse määramisel arvestatakse varuga. Seega on siinsed tippkoormused vaid miinimum, mida server peab kandma. Arvestamata on jäetud vaatajate liitumine ja lahkumine, nurjunud päringute korduskatsed ning algne litsents, mille iga mängija käivitumisel alla laadib.
Ei kehti, kui: Mudel murdub siis, kui lekib seadme enda võti. Roteerimine piirab seda, mida üks sisuvõti avab. Hierarhia piirab seda, mida avab üks juurvõti. Kui aga mängija seadmevõti on välja eraldatud, saab ta jätkata kõikide teenuse poolt väljastatud võtmete küsimist ja lahtipakkimist. Siis ei aita enam ükski krüptoperiood. Seadmele tuleb litsentside andmisest keelduda. Kui aga puudub litsentsiserver, mis saaks keelduda, tuleb seade tühistada. Just seda seadmete tühistamise leht loendabki.

262 800 võtit on asja lihtsam osa 🖖

Vajuta Aasta kahe minutiga. Üks aasta on 31 536 000 sekundit ja üks võti iga 120 sekundi tagant tähendab 262 800 sisuvõtit. Kui iga võti on 16 baiti, siis kogu aasta võtmematerjal on 4,20 MB. Ükski võtmehoidla ei tee sellest väljagi. See arv mõõdab tegelikult küsimust, mille iga vaataja peab esitama. See teeb 262 800 litsentsipäringut igaühelt, mis miljoni vaataja peale on kokku 2,628×10¹¹ päringut. Otseülekande kestel teeb see keskmiselt 8 333 päringut sekundis. Vajuta Neli võtmestatud rada. Heli ja kolm videokvaliteeti on siin igaüks omaette võtme all. DASH-IF-i võtmevahetuse vorming nimetab SD, HD ja UHD eraldi krüptimist üheks põhjuseks, miks voog sisaldab mitut võtit. Võtmete arv tõuseb tasemeni 1 051 200, aga päringute arv jääb samaks. Seda seetõttu, et üks litsents suudab kanda kõiki nelja.

Tippkoormuse määrab see, millal mängijad küsivad, mitte see, kui tihti võti muutub 🖖

Kui Aasta kahe minutiga on endiselt valitud, vaata päringute graafikut. Perioodi piiril jõuab iga mängija uue võtme ID-ni ja küsib siis võtit. Kuna nende esituspead paiknevad 10 sekundi ulatuses, saabub miljon päringut nende 10 sekundi jooksul: 100 000 sekundis ehk 12,0 korda keskmisest rohkem. DASH-IF-i juhendis öeldakse selle lahenduse kohta otse: „kõik mängijad esitavad litsentsipäringu samal ajal“. Vajuta Varem hangitud. Samad päringud tehakse nüüd perioodi jooksul juhuslikel hetkedel ning neid saabub 8 333 sekundis. Päringumüür kaob. Tabelialune astmestik näitab asja teist külge. Olenemata sellest, kas võtit vahetatakse iga 10 sekundi järel või kord päevas, on vahetushetke tipp ikka 100 000 päringut sekundis. Lühem periood tähendab üksnes rohkem tippe: 10-sekundilise perioodi korral 8 640 päevas, kaheminutilise korral 720. Kõrgemaks need ei muutu.

Võtmehierarhia vahetab päringud riski vastu üks ühele 🖖

Vajuta Võtmehierarhia. Üks kord päevas alla laaditav juurlitsents avab iga kaheminutilise lehevõtme kohe, kui see meediasegmentide sees saabub. Seega teeb vaataja 262 800 päringu asemel 365 päringut aastas, mis on 720 korda vähem. DASH-IF kirjeldab seda lahendust olukordades, „kus litsentsipäring tehakse ainult kord päevas“. Selle hind peitub viimases reas. Üks lekkinud sisuvõti avab kaks minutit seda materjali, mida ta krüptib. Üks lekkinud juurvõti avab aga kõik lehevõtmed kuni juurvõtme muutumiseni ehk 24 tundi voogu, mis teeb kokku 720 perioodi. See tegur, mis vähendab litsentsiserveri koormust, suurendab samavõrra lekke ulatust. Mõlemad on juurvõtme eluiga jagatuna krüptoperioodiga. Juurvõtme vahetumine kujutab endast endiselt 100 000 päringust koosnevat seina sekundis. Seda juhtub nüüd 720 korra asemel kord päevas, välja arvatud juhul, kui ka juurlitsentsid ette laaditakse. Ükski neist meetoditest ei muuda ühtegi võtit raskemini murtavaks. Samad suunised ütlevad otse, et sisuvõtmete vahetamine „ei suurenda sisukaitse krüptograafilist turvalisust“.

Ülesanne täielikult lahendatud

Kas üks litsentsiserver suudab kanda finaalikoormust? 4 sammu
Kui lühike saab krüptoperiood olla? Vajuta Karikafinaal. Numbrid on 3 000 000 vaatajat, võtmed roteeruvad iga kahe minuti tagant ja laaditakse ette, mis teeb 25 000 päringut sekundis. Litsentsiserveri jõudlus on 20 000. Leia lühim krüptoperiood, mida server suudab ette laaditud võtmetega kanda. Seejärel leia, mida nõuaks serverilt muutumisel küsimine ning mis oleks ette laaditud igapäevase juurvõtme hind.

Ava see ülesanne tööriistas
1. Ette laadides küsib iga vaataja korra perioodi jooksul ja päringud hajuvad ühtlaselt. Seega on koormus N/T. See peab jääma serveri võimekuse ehk 20 000 piiresse.
  
  $\frac{N}{T} \leq C = 20, 000 / s$
2. Kahe minuti puhul on koormus 1,25 korda üle jõudluse. Avaldame valemist hoopis T, mis annab tulemuseks mitte vähem kui 150 sekundit.
  
  $\frac{3 , 000 , 000}{120} = 25, 000 / s = 1.25 C T \geq \frac{N}{C} = \frac{3 , 000 , 000}{20 , 000} = 150 s$
3. Muutumisel küsides esitab kogu vaatajaskond päringu nende 10 sekundi sees, millele on hajutatud nende esitusjärjed. See teeb 300 000 päringut sekundis ehk viisteist korda üle serveri jõudluse, ja seda igal võtmepiiril. Muutuja T ei esine valemis N/w, seega ei paranda seda olukorda ükski krüptoperiood. Ainus lahendus oleks see, kui esitusjärjed asuksid üksteisest 150 sekundi kaugusel.
  
  $\frac{N}{w} = \frac{3 , 000 , 000}{10} = 300, 000 / s = 15 C$
4. Igapäevase juurvõtmega hierarhias, kus litsentsid laaditakse alla eelmise päeva jooksul juhuslikel hetkedel, tehakse päringuid ainult juurvõtmetele. Päringute arv on N hajutatuna päeva 86 400 sekundi peale.
  
  $\frac{N}{86 , 400} = \frac{3 , 000 , 000}{86 , 400} = 34.72 / s$
Vastus

Vähemalt 150 s ette laadides, 300 000 päringut sekundis muutumisel ja 34,72 päringut sekundis ette laaditud igapäevase juurvõtmega. Kaheminutiline roteerimine ei sobi sellele serverile, ükskõik kummalki viisil sisuvõtmeid ükshaaval kätte jagatakse. Kaks ja pool minutit sobib ilma igasuguse varuta. Hierarhia sobib aga tervelt 576-kordse varuga, mille eest makstakse kolmandas tähelepanekus mainitud hinda: üks lekkinud juurvõti avab terve päeva jagu finaali.

$\frac{20 , 000}{34 . 72} = 576$

Allikad (2)

The three delivery modes the page compares, and its three quotations: key rotation signalled in-band so every player asks at once (§9.3), the key hierarchy with a root licence once a day (§9.4), and rotation's purpose stated as re-authorisation rather than security (§9.2): DASH Industry Forum, DASH-IF Interoperability Points, Part 6: Content Protection. DASH-IF IOP-6 V5.0.0, January 2022, clause 9 Key rotation.
How a packager is handed one content key per crypto period, why a stream carries several keys at once, and the two-level root and leaf hierarchy: DASH Industry Forum, DASH-IF Implementation Guidelines: Content Protection Information Exchange Format (CPIX), version 2.2, §6.2 Key Rotation Support and §6.3 Hierarchical Keys.

42Mathi meeskond · Kontrollitud avaldatud allikate põhjal. Parandused on teretulnud.