ディスキレツト 11、80 年代のフランス・テレビ放送における暗号化技術

2020 年 6 月 7 日
Discret 11：1980 年代のフランス テレビ放送暗号化

子供の頃の私はフランスで過ごし、サッカーを熱心にプレイしながら、あまりにも多くのテレビ番組を見ていました。1980 年代当時利用できたのは三つのチャンネルのみでした。アンターヌ 2（Antenne 2）と FR3 は国営資金により運営され退屈でしたが、TF1 は民営化されており大勢の視聴者を惹きつける日本発のアニメを多数放映していました。私たちが成長したのは『キャプテン翼』、『聖闘士星矢』、『マクロス F：カプリコリアン』、『グレンダイザー』などの作品からでした。

その当時、ケーブルテレビやインターネットは存在せず、地上波で放送されていた信号を屋根に設置されたアンテナを通じて受信し、そこには『空手武術・かめはめばい』という名前の波が満ち溢れていました（※注：原文の「Kame-hame-has」は「カメハメハ」という名称への言及か誤植の可能性あり。文脈上「波」と解釈しました）。

状況が変わったのが 1984 年です。第四チャンネルが開始され、最近上映された映画や国際スポーツ中継といった新鮮なコンテンツに加え、コマーシャルなしという条件でテレビの風景を革命させました。「カナルプラス（Canal Plus）」は、月額会費を払う購読者からの収益によってその野望を実現しようとしていました。

技術的な課題は一見すると極めてシンプルです。「信号をすべての家庭へ放送しながら、どうすれば支払いをした人だけが見られるようにできるか？」という問題に対する答えは、「Discret 11」という暗号化方式を導入することで迎えることができました。

セカム（SECAM）方式の信号

フランスのテレビシステムでは NTSC を採用する代わりに SECAM が用いられていました。これは PAL と非常に類似しています。

• ビデオ部分は、25Hz の周波数で伝送されるフレームのストリームによって構成されています。各フレームは 625 ブロックからなり（したがって 1 ブロックには 64μ秒が割り当てられます）。
• オーディオストリームはこれらのブロックの末尾に交互に入力されます。

各ブロックには、テレビの電子銃が画面の左上から右下へ向かって走査する一スキャンライン分の描画データが含まれています。電子銃が縦方向に再位置を調整するため（VSYNC）およびメタデータを挿入するため必要があるため、625 ブロックのうち実際に表示されるのは 576 のみとなっています。

縦解像度は完全に離散的ですが、横解像度则是アナログ的であり [1]。走査ラインの開始と終了を管理するホリゾンタルシンク（HSYNC）のため、1 ライン当たりの 64μ秒のうち実際に有効なのは 52μ秒のみとなり、これが 704 ピクセルの解像度に対応しています。

後で役立つのは、すべてのテレビが最高品質とは限らないという点です。一部の機種は画像を切り取っており、704×576 の全域を表示できなかった場合があります。以下のような概念があります：

• 非表示領域（▮）：表示されることがない。
• アクションセーフ領域（▮）：表示される可能性がある。
• タイトルセーフ領域（▮）：すべてのテレビで確実に表示される。

暗号化

Discret 11 はフレーム単位ではなく、ライン単位での暗号化を行いません。実際には「暗号化」というよりは、ラインデータを右へシフトさせて左側を黒色で埋めるという操作を行っています。これは信号がアナログであるという性質を活用しているものです。ラインデータを遅延させ、代わりに空白（黒）を入れることでこの処理を実現し、高価な数値系システムなしに安価なアナログハードウェアで達成することが可能というのがこの方式の美点です。

どの程度ラインを遅らせるかを決めるために、Discret 11 は秘密鍵として 11 ビットのキーを使用しています（それが名称の由来です）。このキーは線形フィードバックシフトラジスタル（LFSR）の種値として用いられ、疑似乱数列を生成します（同様の技術は『ウルフエンシュタイン 3D』のフェイザー効果 [2] でも採用されています）。

576 ラインの各ラインに対して、LFSR から数値を取得し、それを 3 で割った余り（0～2 の範囲）によって、右側に埋め込む量が決まります。つまり「ピクセル単位で 0、13、または 26」のいずれかの遅延を行います。

それだけです。シンプルでありながら極めて効率的です。以下に例示します。

ラインを右へ遅延させ、左側を黒色で埋めることにより、一部のデータが失われます。しかし復号化時にもう一度画像を完璧に再構築できるのはどうしてでしょうか？その答えは前述の領域概念にあります。テレビ信号は 576×704 の全域を使用しておらず、タイトルセーフ領域内に収まるよう黒色のボーダーで埋められていたのです。つまり、左側に加えた分が右側で失われた分と正確に一致していました。

暗号画像 [3] の開発者であるマンニックス氏より、Discret 11 の内部機構に関する詳細情報を提供いただきました：

• 遅延量（0 ns、902 ns、1804 ns）の選択は、そのラインに割り当てられた LFSR の値と、6 フレーム周期内の現在のフレーム番号によって決定されます。6 フレームごとに LFSR は初期種値へリセットされます。
• 復号装置はまた、テレビの 2 ライン（310 と 622）の輝度値も監視します。これらのラインは「全黒」または「全白」へ点滅することで、復号装置に以下の情報を伝達します：
  • 復号プロセスの同期
  • オーディエンス階層の選択（ライン 622 が担う）
  • LFSR の種値の初期化
• 復号装置内の EEPROM チップには、正しい種値を計算するために 16 ビットのコードが格納されています。
• 復号装置内部には、メインプログラムを含むインテル MCS48 シリーズの 8 ビットマイクロコントローラ（インテル 8048）が搭載されています。-- マンニックス氏

待った、ライン 310 が同期のために全白または全黒に点滅するそうですが、それは画面中央にあるはずではありませんか？ いいえ、そうではありません。実際には 1 フレームは偶数ラインと奇数ラインからなる 2 フィールドに分かれており、電子銃はまず偶数スキャンラインをリフレッシュし、次に奇数スキャンラインをリフレッシュします。これが 25Hz の信号で 50Hzのリフレッシュレートを実現する仕組みです。ライン 310 は実際には画面下部に位置し、表示されないものです。

音声信号についてはどうでしょうか？ おそらく破られたとしてもそれほど問題にならなかったためか、音声信号に対してはビデオほど高度な加工は行われていません。これは「隠密によるセキュリティ（security by obscurity）」の例です。

• 通常の SECAM 信号では、6MHz の搬送波上に FM モデレーションが用いられます。
• Discret 11 では、音声信号を 12.8kHz の搬送波で AM 方式により変調し、低周波フィルターを用いてエイリアシングを防ぎます [4]。 このアイデアは、音を 12.8kHz を中心に 2 バンドに分け、高周波バンドを下へ、低周波バンドを上へトランスポート（シフト）することにあります。これはキーを必要とせず、洞察のみで実現できる完全に可逆的な「ハードウェア固定」プロセスです。

復号化

Canal+ のエンジニアたちは、タワーから送出される暗号化された SECAM 信号を受信した購読者が簡単に見られるようにするための解決策を考案する必要がありました。

その答えは、「デコードュール（decodeur）」と呼ばれるデバイスを消費者に配送することでした。この装置はアンテナからの暗号化信号を入力とし、テレビに接続するための SCART [5] 出力を備えていました。Canal+ を視聴するにはテレビをチャンネル 4 にではなく、SCART インポート入力に設定する必要がありました。

不正利用防止システムと LEET キー

• マンニックス氏より提供されたメールコード。

ここで問題となります。システムの不正利用を防ぐための仕組みです。議論の中心にあるのは「秘密鍵」のシステムです。最終的には漏洩されるため、毎月キーを回転させています。ユーザーはデコードュールの上部にあるパッドを通じて新しいキーを入力する必要がありました。キーの回転計画は事前に 4 ヶ月前から決定され、郵便で送信されました。

11 ビットのキーの場合、4 桁の数字を入力させるのが自然ですが、これには 2 つの弱点が生まれました：ブルートフォース攻撃が可能になること、および友人のキーを使用して会員の契約をキャンセルできるようにしてしまうこと。

その代わりとして決定されたのは、4 桁ではなく 8 桁のコードを提供するというものでした。この数はチップに入力され、デコードュールのシリアル番号と組み合わせてハッシュ化され、ブルートフォース攻撃や鍵共有攻撃を防ぐことができました。さらにマンニックス氏が指摘した他の利点もあります：

• ユーザーが入力する 8 桁の数値は実際に 1 つではなく 6 つのキーを生成します。これはシステム内に利用者向けの階層（未使用）機能があったためです。これを Cinema、スポーツ、ドキュメンタリーなどに細分化するために導入されました。
• EEPROM のシリアル番号と 8 桁の数字が組み合わさって 16 ビットキーとなり、これが各階層に対して 6 つの 11 ビットキーを生成します。
• 番組がどの階層に属するかを示すため、ライン 622 の点滅パターンにエンコードされています。

また、月末（翌月へ移行するための 3 日のうち 2 日間）に使用される第 7 オーディエンス階層という特殊モードがあります。これは「無料モード」で、ユーザーが支払いを行っていなくてもすべての復号装置が復号化できます。第 7 オーディエンス階層は常にこの 11 ビットキーを使用します：1337。-- マンニックス氏

エピローグ

そのシンプルさと効果性にもかかわらず、Discret 11 は長くは運用できませんでした。「Canal」が 1984 年 11 月 4 日に放送を開始しました。それからわずか 2 時間後、『ベルモンド』の最新映画が放映中に、システムと互換性のないテレビが 2% に達することが判明しました [6]。これは 180,000 の非常に不満なユーザーでした。

1984 年 12 月には、『Radio Plans』誌が Discret 11 の回路図をほぼ印刷しようとしたものの、裁判所による決定により法的に禁止されました。しかしそれでも図面は漏洩し、広くコピーされました。やがて、ベルギー、ルクセンブルク、モナコの人々がコンテンツにアクセスできるようにするという疑わしい動機で、『Le quotidien de Paris』誌は計画書を公開しました [7]。

海賊版問題が深刻化しました。「TBA 970」遅延チップを電子部品店で購入しようとすると、従業員から「pirate decodeur」を構築するための全リストが提供されました。1992 年に暗号化システムは Nagravision に更新され、Discret 11 は 1995 年までに退役しました。

これらの問題にもかかわらず、第四チャンネルは莫大な成功を収め、1996 年に CanalSatellite を開始し、ヨーロッパにおける主要な衛星放送局の一つになりました [8]。