устройство и способ шифрования данных

Формула изобретения

1. Способ считывания данных, закодированных преобразованием информации пользователя в цифровые данные, записыванием в качестве первого набора данных в оптическую среду записи данных и второго набора данных в голографическую среду записи данных, разделения цифровых данных таким образом, что часть информации пользователя содержится только в первом наборе данных и другая часть информации пользователя содержится только во втором наборе данных, и выбора относительной пропорции информации пользователя в наборах данных так, что информация, содержащаяся в любом наборе данных, недостаточна для восстановления полной информации пользователя, содержащейся в обоих наборах данных, при котором первый набор данных из оптической среды записи данных считывают одновременно со считыванием второго набора данных из голографической среды записи данных, и восстановление информации пользователя производят непрерывно в режиме реального времени во время считывания.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее первый канал считывания и/или записи, предназначенный для считывания информации из первой оптической среды записи данных и/или для записи в нее, и второй канал считывания и/или записи, предназначенный для считывания информации из голографической среды записи данных и/или для записи в нее, а также средство управления работой первого канала считывания и/или записи и второго канала считывания и/или записи, выполненное с возможностью

a) разделения информации пользователя, преобразованной в цифровые данные, на первый и второй набор данных, передаваемых соответственно в первый и второй каналы,

и/или

b) выделения разделенных первого и второго набора данных из первого и второго каналов, восстановления выделенных частей в информацию пользователя, и передачу восстановленной информации пользователя на выход данных.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство управления содержит микропроцессор с соответствующим запоминающим устройством и запоминающее устройство содержит программные средства, формирующие инструкции для средства управления для выполнения этапов способа по п.1.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство управления содержит микросхему, в которой алгоритм по п.1 закодирован с использованием аппаратных средств.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство управления содержит средство для выполнения алгоритма дешифрирования, предназначенного для восстановления информации пользователя из зашифрованных данных, записанных в первый набор данных и ключей шифрования, записанных во второй набор данных.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство управления содержит Ц/А преобразователь для формирования аналогового выходного сигнала из восстановленных цифровых данных.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью считывания данных с носителя информации, где доступ к первой и второй среде записи данных обеспечивается с одной стороны носителя информации.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что считывание из первой и второй сред записи данных и запись в них обеспечивается с использованием общей оптической головки.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оптическая головка содержит первый оптический канал для считывания из первой среды записи данных и второй оптический канал для считывания из второй голографической среды записи данных.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что первый и второй оптический каналы имеют общую оптическую ось, по меньшей мере, в месте, где оптическая ось пересекает оптические слои данных носителя информации.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оптическая головка содержит оптические элементы, которые содержат оптические преломляющие поверхности, которые пересекает оптическая ось оптической головки, где части оптических поверхностей расположены в непосредственной близости к оптической оси, формируют часть первого оптического канала, в то время как части оптических поверхностей, расположенные на некотором расстоянии в радиальном направлении от оптической оси, формируют часть второго оптического канала.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно содержит первый источник света, имеющий первую длину волны, и второй источник света, имеющий вторую длину волны, и первый оптический канал выполнен с возможностью передачи света, имеющего первую длину волны, и второй оптический канал выполнен с возможностью передачи света, имеющего вторую длину волны.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что распространение света вдоль одного оптического канала отделено от распространения света вдоль другого оптического канала с помощью слоев, избирательных к длине волны.

14. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит средство генерирования опорного луча во втором канале считывания и/или записи и дополнительно содержит средство генерирования фазового кода в опорном луче.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно содержит средство ввода идентификатора в средство управления и средство управления содержит средство назначения соответствия фазового кода идентификатору.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что оно содержит средство считывания идентификатора по одному из каналов считывания из одного или обоих выделенных наборов данных.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение, вообще, относится к голографической системе, обеспечивающей защиту данных, с помощью которой цифровые данные, записанные на оптический носитель информации традиционного типа, такой как CD (компакт-диск) или DVD (универсальный цифровой диск), могут быть защищены от несанкционированного считывания и копирования.

Защита от несанкционированного считывания и копирования требуются для цифровых данных разных типов (музыкальные данные, видеоданные, цифровое кино, программные средства). Распространение цифровых данных на используемых в настоящее время носителях информации (CD, DVD, гибкие диски и т.д.) с математическим шифрованием данных не обеспечивает защиту от несанкционированного копирования. Взлом данных, зашифрованных математическими способами, представляет собой вопрос стоимости аппаратных средств. Кроме того, шифрование данных может быть не очень удобным, когда эти данные предназначены для обработки в режиме реального времени (например, цифровые музыкальные данные, считываемые с CD диска). При этом, устройство считывания данных законопослушного пользователя должно быть оборудовано соответствующими процессорными системами, осуществляющими дешифрование. Постоянно работающий алгоритм дешифрования не может быть достаточно надежным, поскольку для дешифрования данных отводится не достаточно времени. Кроме того, необходимость формирования ключа для дешифрования и обеспечение доступа к нему законопослушного пользователя, который желает воспроизвести данные, всегда создает существенные неудобства. Такое дополнительное неудобство не всегда приемлемо для пользователей, в частности, когда данные не представляют собой особый "секрет" для потребителя, а только для производителя данных, как, например, в случае CD диска с аудио записью. Поэтому потенциальные потребители, вероятно, склонны к отказу от использования каких-либо систем защиты цифровых данных, которые требуют от пользователя выполнять какие-то дополнительные действия, например, вводить персональный код доступа и т.п.

Ранее было предложено комбинировать традиционные оптические носители информации с голограммами. В документах WO 01/57863 и WO 01/20605 описаны различные способы, с помощью которых на оптическом носителе информации типа CD может быть сформирована статическая голограмма. Присутствие видимой голограммы может указывать пользователю, что покупаемый CD не является пиратской копией, а аутентичным оригинальным продуктом. Однако такой подход не может предотвратить нелегальное копирование содержания CD с использованием доступного оборудования записи компакт-дисков.

В документе WO 02/11081 предложено использовать оптический носитель информации типа CD или оптический носитель информации голографического типа в комбинации микросхемой, установленной на оптическом носителе информации. Данные пользователя в зашифрованном виде записывают на оптический носитель информации. Микросхема содержит ключ для дешифрования, который используют для декодирования содержания, записанного на оптический носитель информации. Само декодирование может происходить только внутри микросхемы, а также за пределами этой микросхемы. В любом случае, для считывания информации необходимо использовать, по меньшей мере, два аппаратных интерфейса данных. Один интерфейс данных обеспечивает обмен информации с микросхемой, в то время как другой интерфейс данных обеспечивает считывание информации с оптического носителя информации. Аналогичный подход описан авторами Akkermans и др. в Technical Digest of the "Joint International Symposium on Optical Memory and Optical Data Storage", проведенном в городе Уаикола, Гавайи 7-11 июля 2002 г., см. стр.3-5. При таком подходе в CD диск внедряют микросхему, которая содержит ключи для шифрования и, в случае необходимости, алгоритм шифрования. Микросхема обеспечивает обмен данными с устройством считывания по радиочастотному каналу. Однако такая микросхема может иметь только ограниченную емкость, которая может быть достаточной для записи только идентификационных данных цифровых авторских прав. Декодирование должно происходить за пределами микросхемы, и поэтому ключ может быть перехвачен хакером. В американском патенте №5917798, выданном авторам Horimai и др., и в документе ЕР 1065658 А1 описан оптический диск с двумя слоями записи данных. Один слой записи представляет собой голографический слой записи данных, и другой слой записи представляет собой традиционный слой записи данных, такой как используется на CD или DVD. В этой системе предусмотрена возможность записи данных пользователя, по существу, полностью в топографическом слое записи, в то время как на слой типа CD может быть физически записана управляющая информация и информация дорожки. Оба слоя считывают с использованием общей комбинированной оптической головки, которая позволяет считывать данные как с топографического оптического слоя, так и с оптического слоя типа CD. В публикации ЕР 1065658 А1 описана возможность записи определенной информации, такой как управляющая информация и информация дорожки на другие слои, кроме слоя, используемого для записи собственно информации содержания пользователя, что используется для предотвращения копирования информации пользователя. Однако в этой известной системе предусмотрена запись информации содержания пользователя в голографический слой и не указана возможность разделения информации пользователя между двумя слоями записи. Соответственно, в этом известном устройстве предложено использовать топографическую систему записи большой емкости (которая является сложной и дорогостоящей).

Настоящее изобретение направлено на способ, предотвращающий возможность несанкционированного считывания данных с оптических носителей информации типа CD или DVD, который позволяет получить носитель информации и устройство нового типа, которые поддерживают способ предотвращения копирования в соответствии с настоящим изобретением, и в котором устройство является совместимым с традиционными носителями записи типа CD или DVD.

В соответствии с этим способом информацию пользователя преобразуют в цифровые данные и цифровые данные записывают в виде первого набора данных и второго набора данных, причем первый набор данных записывают на первую, оптическую среду записи данных носителя информации, и второй набор данных записывают во вторую, голографическую среду записи данных носителя информации. Несанкционированное считывание информации предотвращается в результате выполнения следующих этапов.

Цифровые данные разделяют между первым и вторым наборами данных таким образом, что часть информации пользователя содержится только в первом наборе данных, и другая часть информации пользователя содержится только во втором наборе данных, и относительную пропорцию информации пользователя в наборах данных выбирают так, что информация, содержащаяся в любом из наборов данных, не достаточна сама по себе для восстановления полной информации пользователя, содержащейся в обоих наборах данных. Другими словами, данные пользователя разделяют на два набора данных так, что полное содержание информации пользователя в виде цифровых данных может быть восстановлено только если будет скомбинировано содержание обоих наборов данных.

Таким образом, исключается возможность считывания данных несанкционированным пользователем при наличии доступа только к одному набору данных. С другой стороны, легко реализуется восстановление полных данных пользователя, если обеспечивается доступ к обоим наборам данных, поскольку комбинация или реконструкция полных данных пользователя не требует применения особого декодирования или алгоритмов дешифрования. Такое дешифрование может быть труднореализуемым для данных, которые обычно воспроизводят непрерывно, как, например, в случае аудио- или видеоинформации, считываемой с диска CD или DVD. Для дешифрования трудно использовать достаточно сложные шифровальные ключи (из-за требования обеспечения непрерывности восстановления данных), в результате чего код может быть относительно легко взломан, или, в случае использования сложных шифровальных ключей, для восстановления данных требуется применять электронные средства воспроизведения с высокой мощностью обработки.

В возможном варианте выполнения на носитель информации на голографическом слое записан ключ большой длины, используемый для дешифрования основных цифровых данных. В качестве альтернативы, на голографический слой могут быть записаны некоторые случайные части данных пользователя, в то время как основная часть этих данных может быть записана традиционным образом в первом наборе данных. Для реализации этого способа в настоящем изобретении предложено голографическое устройство записи данных, которое позволяет записывать данные без шифрования или кодирования, или устройство, которое позволяет записывать физически зашифрованные данные с использованием технологии голографической записи данных с фазовым кодированием. Голографическое шифрование делает невозможным считывание и копирование данных, записанных на голографический носитель для лиц, которые не знают ключ шифрования. Благодаря смешению технологии голографической записи с любым другим типом цифровой оптической записи данных (например, CD, DVD и т.д.), цифровые данные могут быть защищены от копирования и считывания несанкционированными лицами.

Более конкретно, устройство, в соответствии с настоящим изобретением, содержит первый оптический канал считывания и/или записи, предназначенный для считывания информации из первой оптической среды записи данных и и/или записи в нее, и второй канал считывания и/или записи, предназначенный для считывания информации из голографической среды записи данных и/или записи в нее. Устройство также содержит средство управления, предназначенное для управления работой первого канала считывания и/или записи и второго канала считывания и/или записи. В соответствии с настоящим изобретением средство управления выполнено с возможностью разделения данных пользователя, поступающих от источника данных пользователя в первый и второй каналы считывания и/или записи так, что часть информации пользователя содержится только в первом наборе данных, который записывают на первую оптическую среду записи данных через первый канал считывания и/или записи. Другая часть информации пользователя содержится только во втором наборе данных, который записывают во вторую голографическую среду записи данных через второй канал считывания и/или записи. Относительную пропорцию информации пользователя в наборах данных выбирают так, что информация, содержащаяся в любом одном из наборов данных, недостаточна для восстановления полной информации пользователя, содержащейся в обоих наборах данных.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением, также позволяет получать разделенные части данных пользователя из первого и второго каналов считывания и/или записи или восстанавливать полученные части данных пользователя, а также подавать восстановленные данные пользователя на выход данных при выполнении этапов считывания первого набора данных из первой среды записи данных, и, по существу, одновременного считывания второго набора данных из голографической среды записи данных. Устройство позволяет восстанавливать данные пользователя в ходе воспроизведения, по существу, постоянно в режиме реального времени.

В устройстве считывания могут быть установлены две различные считывающие головки, причем одна из них считывает цифровые данные и другая считывает информацию, записанную в виде голограммы. Однако существует возможность интегрировать обе головки в один оптический блок. Поскольку области качания двух головок при считывании могут существенно различаться, шаг дорожки записи голограммы может быть значительно больше, чем шаг дорожки цифровых битов. Таким образом, две головки могут быть либо установлены на различных механизмах приводов головок или размещены на одном механизме привода головок, и считывание голографической головки периодически выполняют после прохода определенного количества цифровых дорожек. Синхронизация между цифровым и голографическим слоями может быть реализована с помощью специально разработанной интегральной схемы. Такое техническое решение может быть реализовано на основе элементов существующей технологии CD-DVD и соответствующим образом адаптированной технологии голографической записи.

В качестве альтернативы, между голографическим слоем и цифровым слоем может быть установлена физическая связь. В данном варианте выполнения сама голограмма работает, как средство искажения фазы луча считывания цифрового слоя. Луч считывания, искаженный голограммой, не может быть сфокусирован до размера пятна, сравнимого с размером бита на цифровом слое, до тех пор, пока на голограмму не будет подан опорный луч с правильным фазовым кодированием. Такой вариант выполнения потребовал бы использовать сложную цифровую голографическую головку, в которой выходной голографический луч используется для считывания цифровых данных. Также можно использовать комбинацию вышеуказанных технологий связывания данных.

В настоящем изобретении можно использовать предпочтительное свойство голографического слоя защиты, который может автоматически разрушаться после определенного количества попыток считывания. Это свойство реализуется путем простого выбора соответствующего голографического материала для записи и при этом не требуется использовать какие-либо программные или специальные электронные средства, так, что вероятность отключения функции автоматического разрушения минимальна или практически отсутствует.

Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 показана блок-схема устройства, предназначенного для записи данных пользователя в соответствии с настоящим изобретением,

на фиг.2 показана блок-схема устройства, предназначенного для считывания данных пользователя, в соответствии с настоящим изобретением,

на фиг.3 показана схема, иллюстрирующая принцип разделения данных между оптическим и голографическим слоями записи,

на фиг.4 схематично показан вид в перспективе носителя информации в соответствии с настоящим изобретением и соответствующая ему головка считывания,

на фиг.5 показан с увеличением вид в разрезе носителя информации по фиг.4, соответствующий детали, обозначенной буковой V,

на фиг.6 схематично показано изображение оптической головки, используемой в более простой версии устройства считывания по фиг.2,

на фиг.7 показано изображение части, аналогичной представленной на фиг.6, содержащей только один оптический канал, связанный с одним каналом считывания устройства по фиг.2,

на фиг.8 показано изображение взаимодополняющей части, аналогичное фиг.7, содержащей только другой оптический канал, связанный с другим каналом считывания устройства по фиг.2,

на фиг.9 показана блок-схема модифицированного варианта выполнения устройства, представленного на фиг.1, и

на фиг.10 показана блок-схема модифицированного варианта выполнения устройства, показанного на фиг.2, адаптированного для считывания данных, записанных с помощью устройства по фиг.9.

На фигурах 1 и 2 показаны функциональные блоки, из которых построено устройство 10 считывания и/или записи, которое позволяет считывать или записывать данные пользователя с использованием источника 20 данных пользователя. Хотя на фигурах 1 и 2 показаны два различных варианта выполнения, а именно отдельно устройство считывания и устройство записи, следует понимать, что на практике оба варианта выполнения, показанные на фигурах 1 и 2, могут быть выполнены в виде единого устройства. Множество функциональных блоков являются общими для обоих вариантов выполнения, и эти общие блоки можно использовать как при считывании, так и при записи.

Устройство 10 содержит первый оптический канал считывания и/или записи, предназначенный для считывания данных с первого оптического носителя информации и/или записи данных на него, который может представлять собой слой 12 CD. Слой 12 CD может представлять собой слой типа CD или DVD на носителе 14 информации, который более подробно поясняется ниже со ссылкой на фиг.4. В представленных вариантах выполнения первый оптический канал считывания и/или записи устройства 10 представляет собой канал CD. Устройство 10 также содержит второй канал считывания данных с голографического носителя информации и/или записи данных на него. Голографический носитель информации может представлять собой голографический слой 16 записи на носителе 14 информации. Второй канал считывания и/или записи представляет собой голографический канал устройства 10, который поясняется ниже со ссылкой на фигуры 1, 2, 5 и 6.

Как показано на фиг.1, канал CD устройства 10 содержит аналого-цифровой (А/Ц) преобразователь 22 блока 24 разделения данных, буфер 26 и схему 28 коррекции ошибок, а также головку 29 CD. А/Ц преобразователь 22 можно не использовать, если источник 20 данных пользователя уже формирует информацию в цифровом виде. Блок 24 разделения данных разделяет данные, принимаемые от источника данных пользователя на две части, как поясняется ниже со ссылкой на фиг.3. Одну часть данных пользователя записывают через канал CD на слой 12 CD. Эту часть информации передают от блока 24 разделения данных в буфер 26 и из буфера 26 в схему 28 коррекции ошибок. Буфер 26 обеспечивает запись данных на слой 12 CD с правильной синхронизацией и расположением по отношению к данным, записанным через голографический канал.

Голографический канал устройства 10 также содержит А/Ц преобразователь 22 и блок 24 разделения данных так, что эти секции голографического канала являются общими с каналом CD. После этого данные поступают по голографическому каналу в блок 24 разделения данных через буфер 36, схему 38 коррекции ошибок и голографическую головку 39. Как указано выше, блок 24 разделения данных разделяет данные, принимаемые от источника данных пользователя, на две части, и часть данных пользователя записывает через канал CD на слой 12 CD. Другая часть данных проходит через голографический канал, как поясняется со ссылкой на фиг.3. Обе схемы 28 и 38 коррекции ошибок выполняют кодирование для коррекции ошибок данных так, что при физической записи данных обеспечивается возможность коррекции на некотором уровне физических ошибок считывания или записи. Буфер 36 также обеспечивает правильную синхронизацию и расположение данных, записываемых на голографический слой 16, по отношению к данным, записываемым по каналу CD.

Устройство содержит средство 40 управления, предназначенное для управления работой первого канала считывания и/или записи и второго канала считывания и/или записи, то есть канала CD и голографического канала. Средство 40 управления выполнено с возможностью разделения данных пользователя, подаваемых в средство 40 управления от источника 20 данных пользователя в канал CD и голографический канал.

Средство 40 управления содержит микропроцессорное устройство (ЦПУ) 42 и соответствующее запоминающее устройство 44. В некоторых вариантах выполнения средство 40 управления также включает входной интерфейс 46 идентификации, роль которого поясняется ниже. Запоминающее устройство 44 содержит программные средства, вырабатывающие инструкции для ЦПУ 42, средство 40 управления для координации записи данных пользователя, поступающих от источника 20 данных, на слой 12 CD и на голографический слой 16, в соответствии с разделением данных между слоями, как поясняется со ссылкой на фиг.3. В ходе считывания ЦПУ 42 управляет считыванием и восстановлением данных. Для выполнения этих операций ЦПУ 42 также осуществляет управление системами 27 и 37 сервопривода головки 29 CD и голографической головки 39, соответственно, и, кроме того, приводом 48 двигателя, который осуществляет привод во вращение двигателя 49, обеспечивающего вращение носителя 14 информации. Однако вместо ЦПУ 42 и запоминающего устройства 44 средство 40 управления может содержать специализированную микросхему, в которой аппаратным способом закодирован соответствующий алгоритм управления.

Как показано на фиг.3, источник 20 данных пользователя непосредственно или через АЦ преобразователь 22 формирует, по существу, непрерывный поток цифровых данных пользователя, подаваемый на вход блока 24 разделения данных. Поток данных обычно разделяют на блоки 50 данных так, что каждый блок содержит собственно блоки UD цифровых данных пользователя и связанные с ними заголовки UH. Как известно, заголовки UH необходимы для обработки блоков UD данных пользователя. На фиг.3 показаны только три блока 50 данных, обозначенные как n-1, n, n+1, образованные, по существу, из непрерывного потока данных, но при этом следует понимать, что как перед этими блоками 50 данных, так и после них следуют другие блоки 50 данных.

Блок 24 разделения данных разделяет содержание блоков UD данных пользователя в блоках 50 данных на первый поток данных, обозначенный как поток данных CD, показанный на фиг.3, и второй поток данных, который ниже обозначается как поток голографических данных, показанный на фиг.3. Поток данных CD содержит блоки CD данных CD и заголовки СН данных CD, обозначенные в соответствии с данными UD пользователя. Как можно видеть на фиг.3, каждый блок данных CD соответствует части блока UD данных пользователя. Остальные части блока UD данных пользователя направляют в блок 24 разделения данных в направлении голографического канала и их соединяют в блоке HD голографических данных. Блок 24 разделения данных также формирует поток данных CD и поток топографических данных с соответствующими заголовками СН и НН данных. Поток данных CD записывают на слой CD - слой 12 CD носителя 14 информации, в то время как поток топографических данных записывают на топографический слой 16 носителя 14 информации.

Как показано выше, блок 24 разделения данных разделяет цифровые данные на поток данных CD и поток топографических данных так, что часть блоков UD данных пользователя каждого блока 50 данных содержится только в потоке данных CD, и остальная часть блоков UD данных пользователя содержится только в потоке топографических данных.

Относительную пропорцию информации, содержащейся в блоках UD данных пользователя в потоке данных CD и в потоке топографических данных выбирают так, что информация, содержащаяся в любом из потоков данных, не достаточна сама по себе для восстановления полной информации пользователя, содержащейся в обоих потоках данных. Это означает, что полное содержание информации пользователя исходных блоков UD данных пользователя может быть восстановлено только, если скомбинировать содержание обоих наборов данных.

Соотношение количества информации, записанной в топографической и цифровой среде записи, следует определять по техническим параметрам, таким как емкость записи данных и скорость считывания двух носителей записи. Предпочтительно соотношение при разделении данных должно находиться между соотношением значений емкости записи данных и соотношением значений скорости считывания данных для этих двух сред записи.

Например, для носителя 14 информации, который содержит как топографический слой записи, так и слой записи CD (или DVD), соотношение разделения данных может составлять 1:4 относительно общей емкости. При выборе относительно надежной топографической технологии записи, которая обеспечивает умеренную емкость записи, но с отношением сигнал-шум, обеспечивающим надежную запись и воспроизведение, плотность данных на слой 16 топографической записи может быть в четыре раза меньше, чем плотность данных, записываемых на диск CD или DVD. Например, значения плотности данных при использовании технологии голографической записи и технологии записи DVD могут составлять 1 бит/мкм ² и 4 бит/мкм², соответственно. В соответствии с этим, отношение плотности записи данных может быть равно пропорции разделения потоков информации. В одном из возможных вариантов разделения данных записывают 2 некоторых бита из каждого байта (например, 3-й и 6-й биты) на голографический носитель, а остальные 6 битов байта - на носитель CD или DVD. При этом восстановление исходного содержания данных невозможно, если в каждом байте будут отсутствовать два бита. Однако байты можно восстановить с использованием очень простых схем, если отсутствующие биты снова станут доступными. Вышеприведенное соотношение представляет собой только пример. Для большинства вариантов применения отбор даже еще меньшей пропорции исходных данных пользователя, например, в пропорции 1:10, будет достаточным для исключения возможности восстановления исходного содержания.

Считывание данных с носителя 14 информации выполняют в обратном порядке по сравнению с представленным на фиг.3.

Для считывания данных с носителя 14 информации устройство 10 также содержит два канала, канал считывания CD и голографический канал считывания. При считывании канал CD устройства 10 включает головку 29 CD и схему 62 коррекции ошибок, буфер 64 и блок 56 комбинирования/декодирования данных. Схема 62 коррекции ошибок исправляет ошибки считывания физически считанного сигнала известным способом и восстанавливает поток данных CD (см. также фиг.3). Буфер 64 обеспечивает поступление потока данных CD на вход блока 56 комбинирования/декодирования данных с соответствующей синхронизацией по отношению к воспроизводимому потоку голографических данных. Последний считывают с голографического слоя 16 носителя 14 информации по каналу голографического считывания устройства 10. Канал голографического считывания включает голографическую головку 39, схему 52 коррекции ошибок, буфер 54, а также блок 56 комбинирования/декодирования данных. Соответствующее управление этими блоками выполняют с помощью ЦПУ 42 средства 40 управления. Во время считывания разделенные части данных UD пользователя, то есть части CD данных CD и части HD голографических данных, выделяют из канала считывания CD и голографического канала считывания и выделенные части данных пользователя восстанавливают с помощью блока 56 комбинирования/декодирования данных. После этого восстановленные данные UD пользователя подают на выход 60 данных пользователя. Благодаря этому, на выход 60 данных пользователя поступает информация, точно соответствующая исходному потоку данных пользователя. При выполнении этого процесса данные CD считывают со слоя 12 CD, по существу, одновременно со считыванием голографических данных HD с голографического слоя 16. Данные пользователя также восстанавливают в ходе воспроизведения, по существу, непрерывно, в режиме реального времени. Это означает, что нет необходимости содержать значительное количество данных в буферах 64 и 54, и система считывания может быть выполнена относительно простой.

Предпочтительно средство 40 управления также содержит цифроаналоговый (Ц/А) преобразователь 58, который формирует аналоговый выходной сигнал на основе восстановленных цифровых данных пользователя. Этот аналоговый сигнал затем подают на выход 60 данных пользователя. Если средство 40 управления устройства 10 выполнено на основе одной микросхемы, исходное содержание цифровых данных в виде блоков UD данных пользователя нельзя будет восстановить. На выход микросхемы в этом случае поступает только аналоговый сигнал. Восстановленные цифровые данные никогда не выходят за пределы микросхемы, так что обеспечивается очень надежная защита от считывания и копирования. Поскольку неизвестные участки цифровых данных записаны голографическим способом, полные цифровые данные никогда не могут быть считаны или скопированы. Единственный способ несанкционированного копирования записанного материала состоит в повторной оцифровке аналогового сигнала с соответствующей потерей качества. Таким образом записанные в цифровом виде аналоговые сигналы (например, музыкальные данные, видеоданные, фильмы) могут быть эффективно защищены от незаконного считывания и копирования.

Как показано на фигурах 1, 2 и 9, 10, средство управления не содержит электронные компоненты голографической головки 39, что подразумевает, что в голографической головке выполняют обработку аналогового оптического сигнала голограммы, а именно, распределение интенсивности, детектируемое с помощью голографического детектора, такого как набор 106 детекторов, показанный на фигурах 6-8. В этом случае между голографической головкой 39 и средством 40 происходит передача цифрового сигнала, который, возможно, может быть перехвачен. Однако средство 40 управления также можно интегрировать непосредственно в набор 106 детекторов общей оптической головки, такой как головка 100, показанная на фигурах 6-8. Выделение цифровой информации из аналогового сигнала, а именно из распределения интенсивности света объектного луча 111, является достаточно сложной задачей, что на практике требует определенных знаний о способах обработки оптического сигнала. Это означает защиту данных дополнительным уровнем "кодирования". Поэтому, когда такой алгоритм обработки сигналов также интегрирован в средство 40 управления, реализованное в виде одной микросхемы, обеспечивается отсутствие возможности отбора цифрового сигнала, соответствующего цифровым данным, записанным на голографический слой 16.

Однако также можно выводить восстановленные данные UD пользователя на выход 60 данных пользователя в цифровой форме. Кроме того, в устройстве 10 по фиг.2 можно считывать традиционные оптические носители информации, такие как компакт-диски или диски DVD, на оптический слой которых записаны полные данные пользователя, и в которых отсутствует голографический слой 16. С этой целью устройство 10 может содержать известный декодер 66 CD/DVD, на который подают сигнал так, что он не проходит через буфер 64 и блок 56 комбинирования/декодирования данных. Декодер 66 CD/DVD передает поток данных пользователя из канала CD непосредственно в ЦА преобразователь 58 или на выход 60 данных пользователя.

На фигурах 1 и 2 голографическая головка 39 и головка 29 CD показаны как отдельные блоки. Однако в предпочтительном варианте выполнения эти две головки могут быть интегрированы в виде единого оптического блока. Это означает, что первый и второй носители записи, то есть слой 12 CD и голографический слой 16, считываются с использованием общей оптической головки.

Фактически одно из основных преимуществ разделения данных между слоем типа CD или DVD диска и голографическим слоем состоит в возможности использования одной головки воспроизведения, которая имеет простую конструкцию и может быть не дорогой в производстве, и поэтому может быть установлена в относительно не дорогостоящие устройства конечного пользователя, такие как известные плееры CD или DVD. Такая комбинированная головка будет описана со ссылкой на фигуры 6-8. Однако также возможно использовать комбинированную головку для записи информации.

На фигурах 4 и 5 показан оптический носитель 14 информации, который, в частности, можно использовать для записи данных в соответствии со способом разделения данных, описанным выше. Носитель 14 информации, показанный на фиг.4, по существу, представляет собой оптический диск, который содержит слой 12 типа CD или типа DVD. Слой 12 CD работает как первый оптический носитель информации, доступ к которому осуществляется через верхнюю поверхность 72 в варианте выполнения, показанном на фиг.4. Слой 12 CD на практике выполнен в виде тонкого слоя алюминия, на котором способом тиснения сформированы углубления. Слой CD покрывают с одной стороны защитным слоем 74 лака и с другой стороны от него находится прозрачная подложка 76, имеющая достаточную толщину. Таким образом, слой 12 CD предназначен для оптической записи с использованием луча света, имеющего первую длину волны, например, 780 нанометров, как для обычного CD, или от 655 до 635 нанометров, как для дисков DVD. Предусматривается также возможность использования света с еще более короткой длиной волны, например, 405 нанометров, для так называемых дисков типа голубой луч (blue-ray). Носитель 14 информации также содержит вторую, голографическую среду записи, а именно голографический слой 16. Доступ к топографическому слою 16 также обеспечивается со стороны поверхности 72, аналогично слою 12 CD, и этот слой приспособлен для оптической записи с использованием луча света, имеющего вторую длину волны, например, 650 нанометров или 780 нанометров. Запись на голографический слой 16 может быть выполнена с использованием света с длиной волны, существенно отличающейся от рабочей длины волны для слоя 12 типа CD. Важность использования двух разных длин волн поясняется со ссылкой на фигуры 6-8. Голографический слой 16 отделен от слоя CD слоем 78 зеркала, избирательного к длине волны. Такой слой 78 зеркала, избирательного к длине волны, по существу, является прозрачным для света на рабочей длине волны слоя 12 CD и, по существу, является отражающим для света на рабочей длине волны голографического слоя 16. Голографический слой 16 покрыт со стороны поверхности 72 защитным слоем 80, который выполнен прозрачным для света на обеих рабочих длинах волн.

Основную часть данных пользователя записывают на цифровой слой, то есть на слой 12 типа CD. На голографический слой 16 данные записаны с относительно не высокой плотностью, он содержит только информацию, которая обеспечивает возможность считывания цифровых данных пользователя, записанных на слой 12 типа CD. Связь между голографическим слоем и слоем типа CD может быть реализована в нескольких вариантах выполнения.

В предпочтительном варианте выполнения устройство 10 выполнено с возможностью считывания данных с носителя 14 информации, где доступ к первому и второму слоям записи осуществляют с одной стороны носителя 14 информации. Это означает, что головка 29 CD и голографическая головка 39 могут быть интегрированы в единую оптическую головку 100, как показано на фиг.4. В возможном варианте компоновки, показанном на фигурах 6-8, головка 100 выполнена как головка, предназначенная только для считывания.

В данном варианте выполнения оптическая головка 100 содержит первый оптический канал, предназначенный для считывания информации с первого оптического носителя информации, то есть со слоя 12 CD, и второй оптический канал, предназначенный для считывания информации со второго голографического носителя информации, то есть голографического слоя 16. Оба оптических канала показаны на фиг.6, в то время как на фиг.7 показаны лучи света только для канала CD и лучи света только для голографического канала показаны на фиг.8. Как можно видеть на чертежах, первый и второй оптические каналы имеют общую оптическую ось А, причем, оптическая ось А пересекает, по меньшей мере, слои оптической записи носителя 14 информации.

Оптическая головка 100 содержит множество оптических элементов, которые являются общими для обоих оптических каналов. Такие общие элементы также включают расщепитель 82 луча, коллиматор и объектив 84 на основе линзы Фурье, пластину 86 /4 и объектив 86 фокусирования на основе линзы Фурье. Эти общие оптические элементы содержат преломляющие оптические поверхности, которые пересекают оптическую ось А оптической головки 100, которая является общей для обоих оптических каналов. Один из способов разделения двух оптических каналов друг от друга реализован с помощью пространственного разделения в пределах общих оптических элементов. Это означает, что некоторые оптические поверхности, расположенные в непосредственной близости к оптической оси А, формируют часть второго оптического канала, то есть голографического канала, в то время как некоторые оптические поверхности, расположенные на некотором расстоянии по радиусу от оптической оси А, формируют часть первого оптического канала, то есть канала CD. Например, коллиматор и объектив 84 на основе линзы Фурье и объектив 86 фокусирования на основе линзы Фурье могут быть изготовлены как асферические линзы, где относительно небольшая центральная область предназначена для формирования изображения голографического канала на голографическом слое 16, в то время как внешние части линз предназначены для формирования изображения канала CD на слое 12 CD.

Таким образом, канал CD оптической головки 100 начинается от лазерного диода 90 CD, который работает как первый источник света, имеющий первую длину волны, например, 780 нанометров, для слоя 12 типа CD. Голографический канал оптической головки 100 содержит второй источник света, а именно второй лазерный диод 96, который работает на второй, существенно отличающейся длине волны, например, 655 нанометров. Оптические элементы первого оптического канала, то есть канала CD, разработаны для света с первой длиной волны, и второго оптического канала, то есть голографического канала, разработаны для света со второй длиной волны. Это означает, что преломляющие поверхности и просветляющие слои оптических элементов рассчитаны для соответствующих длин волн.

Однако пространственное разделение вдоль оптических поверхностей дополняется разделением по длине волны. Это означает, что распространение света вдоль одного оптического канала разделяют от распространения света вдоль другого оптического канала с помощью слоев, избирательных к длине волны. Один из таких избирательных к длине волны слоев представляет собой зеркало 78 избирательное к длине волны на носителе 14 информации. Другой избирательный к длине волны слой представлен другим избирательным к длине волны зеркалом 98 расщепителя 82 луча.

Оптический канал CD, который начинается от лазерного диода 90, проходит через расщепитель 82 луча, коллиматор и объектив 84 на основе линзы Фурье, и свет, проходящий по этому каналу, фокусируется на слой 12 CD через объектив 88 фокусирования и на основе линзы Фурье. Свет, отраженный от слоя 12 CD, проходит обратно через те же объективы 88 и 84 и отражается в направлении детектора 94 CD с помощью расщепителя 82 луча, поскольку зеркало 98, избирательное к длине волны, передает свет на длине волны первого лазерного диода 90. Этот свет падает на детектор 94 CD через цилиндрическую линзу 92 известным образом, передавая сигнал фокусирования и отслеживания дорожки. Пластины 99 и 86 /4 не влияют на распространение света по каналу CD.

Как лучше всего видно на фиг.8, топографический оптический канал начинается от второго лазерного диода 96, который формирует поляризованный опорный луч 101, с использованием соответствующих оптических средств формирования луча (не показаны). Опорный луч распространяется через специальный расщепитель 102 луча, который содержит слой 103 разделения луча, выполненный с центральным отверстием 104. Слой 103 расщепителя луча пропускает опорный луч 101 через центральное отверстие 104. После этого опорный луч 101 проходит через объектив 105 на основе линзы Фурье и расщепитель 82 луча. Затем опорный луч 101 отражается от зеркала 98, избирательного к длине волны, так, что он дважды проходит через пластину 99 /4, что поворачивает плоскость поляризации опорного луча 101, который теперь отражается расщепителем 82 луча в направлении голографического слоя 16. Затем на голографическом слое 16 формируют изображение опорного луча, который направляют через коллиматорные линзы и объектив 84 на основе линзы Фурье и объектив 88 фокусирования на основе линзы Фурье также через другую пластину 864. Плоскость 108 изображения и плоскость 110 линзы Фурье голографического канала также обозначены на чертеже.

Опорный луч 101 подвергается дифракции на голографическом слое 16, в результате чего формируется отраженный объектный луч 111. Объектный луч 111 отражается назад в направлении расщепителя 102 луча и проходит по тому же каналу, что и опорный луч 101. И снова, так же, как и опорный луч 101, объектный луч 111 отражается от зеркала 98, избирательного к длине волны, которое является отражающим на длине волны лазерного диода 96. Использование пластин 86 и 99 /4 обеспечивает правильную поляризацию объектного луча 111 для соответствующего отражения и передачи луча через расщепитель 82 луча.

Поскольку объектный луч 111 падает на слой 103 расщепителя 102 луча, из-за дифракции на голографическом слое 16, он попадет за пределы центрального отверстия 104, и поэтому он отражается в направлении набора 106 голографического детектора. Набор 106 голографического детектора детектирует информацию о распределении интенсивности объектного луча 111, и, таким образом, информацию, записанную на голографический слой, то есть поток голографических данных по фиг.3 будет воспроизведен известным образом. Данные, выделенные из сигналов детектора 94 CD и набора 106 голографических детекторов, затем комбинируют в данные пользователя, как описано выше.

Защита системы может быть улучшена благодаря использованию идентификатора в виде дополнительно вводимого кода. Вводимый код может быть представлен в нескольких формах. Этот код можно вводить в виде ключевого слова, например, в случае множества пользователей, которым предоставлен доступ к общей базе данных. В случае необходимости входной код пользователя может быть основан на биометрическом свойстве. Это ограничивает использование данных одним пользователем, но обеспечивает очень высокий уровень защиты. Наконец, входной код может быть введен с использованием некоторого оптического или электронного аппаратного средства. Предпочтительно, такой идентификатор комбинируют с фазовым кодированием данных в голографическом канале, как описано ниже.

Голографическое считывание части данных пользователя позволяет обеспечить дополнительную степень защиты от копирования, если данные, записанные в голографический слой 16, будут записаны с фазовым кодированием. Фазовое кодирование данных, записанных в голограмму, описано, среди прочих, в документе WO 02/05270 А1. Как известно, голограммы с фазовым кодированием могут быть правильно восстановлены только, если считывание выполняют с использованием того же фазового кода, который использовали при записи. С этой целью предусматривается включить в устройство 100 средство генерирования фазового кода в опорном луче. Это средство обычно воплощено в виде фазового массива SLM 120, который схематично показан в голографической головке 39 на фигурах 1 и 2. Управление фазовым массивом SLM 120 может осуществляться с помощью ЦПУ 42, а также непосредственно интерфейсом 46 ввода идентификатора.

Интерфейс 46 ввода идентификатора работает как средство ввода идентификатора средства 40 управления. В этом случае средство 40 управления также содержит средство назначения фазового кода идентификатору, например, ЦПУ 42 или сам интерфейс 46 ввода идентификатора может содержать алгоритм, который генерирует на основе идентификатора уникальный фазовый код. Идентификатор может быть связан с данными управления цифровыми правами, относящимися к данным пользователя. Таким образом, доступом к данным пользователя, записанным на носитель информации, можно управлять путем предоставления идентификатора и воспроизводить голографические данные HD с носителя 14 информации смогут только те устройства 10, которые получат такой идентификатор. Таким образом, не только голографические данные HD, но также и поток данных CD будут бесполезными для несанкционированных лиц.

В результате, большие объемы информации, такие как все данные CD или DVD, будут полностью защищены от несанкционированного считывания, практически с тем же уровнем защиты и таким же образом, как если бы все данные пользователя были записаны в виде голограммы с фазовым кодированием. При этом, однако, используется только умеренная емкость голографической записи, которая составляет только часть общей емкости системы накопления информации. Поэтому голографический канал и голографический слой 16 не должны быть слишком сложными и их реализация может быть достаточно дешевой. При этом для устройства считывания требуется только минимальная способность обработки информации. Поэтому предложенная система обеспечивает возможность эффективной защиты с низкими затратами относительно больших объемов информации.

В вышеприведенных примерах голограмма носителя 14 информации записана с помощью устройства 10. Однако устройство 10 также позволяет считывать голограмму, которая постоянно записана на диске, то есть сформирована с помощью штампа в верхнем слое носителя 14 информации. Такая голограмма может быть изготовлена просто и с малыми затратами. Этот способ относится к вариантам применения, в которых не требуется изменять данные вообще, таким как аудио- и видеодиски.

И снова, как показано на фигурах 1 и 2, считывание данных, закодированных с помощью фазового кодирования во время записи голограммы с использованием фазовой матрицы SLM 120, требует ввода правильного идентификатора на входе 122 интерфейса 46 ввода идентификатора. Ввод идентификатора также может выполняться с помощью средства 40 управления, в случае, когда сам идентификатор также записан на слой 12 CD или голографический слой 16. Поэтому устройство 10 может содержать средство восстановления идентификатора по одному из каналов считывания из одной или обеих выделенных частей данных пользователя. Однако эта схема, в принципе, является менее надежной, поскольку идентификатор может быть более легко найден хакерами. Однако ее применение требует использовать устройство считывания, оборудованное средством кодирования фазы, таким как фазовая матрица SLM 120. При этом считывание данных с использованием более простых головок считывания, таких как оптическая головка, описанная со ссылкой на фигуры 6-8, становится невозможным.

Однако для вариантов применения, требующих обеспечения более высокого уровня защиты, предполагается, что, по меньшей мере, часть данных пользователя зашифрована с помощью алгоритма, имеющего, по меньшей мере, один ключ шифрования. Предпочтительно, зашифрована часть данных пользователя, которую записывают на слой 12 CD. Зашифрованная часть данных пользователя и соответствующий ключ шифрования записывают в разных наборах данных, что означает, что ключи шифрования записывают в голографический слой 16. Также удобно разделять данные пользователя на блоки данных, так, что каждый блок данных шифруют с использованием различного ключа шифрования. Однако это требует существенных мощностей обработки средства 40 управления, в частности, если требуется обеспечить, по существу, непрерывное воспроизведение и дешифрование данных. Большое количество ключей шифрования может быть записано на другой носитель информации вместе с небольшой частью данных пользователя. С этой целью предполагается включать средство 40 управления, предназначенное для выполнения алгоритма дешифрования, в котором алгоритм дешифрования позволяет реконструировать данные пользователя из зашифрованных данных, записанных в первый набор данных, например, на слой 12 CD. В этом случае средство 40 управления также может содержать средство восстановления ключей шифрования, которые записаны во второй набор данных, например, в голографический слой 16. На фигурах 9 и 10 представлены такие варианты выполнения устройства 10 для записи и считывания данных. Устройство, показанное на фигурах 9 и 10, содержит все функциональные элементы, которые пояснялись со ссылкой на фигуры 1 и 2, так, что нет необходимости их повторного описания. В качестве дополнительных функциональных элементов, устройство 10 записи, показанное на фиг.9, оборудовано генератором 130 ключа шифрования, который может генерировать случайные ключи шифрования, или ключи, детерминируемые на основе идентификатора, вводимого через интерфейс 46 ввода идентификатора. Ключи, генерируемые генератором 130 ключа шифрования, используют в блоке 132 шифратора для кодирования данных, записанных в голографический канал. Ключи шифрования подмешивают в поток данных CD с помощью схемы 134 добавления ключа.

Устройство считывания по фиг.10 содержит схему 136 восстановления ключа, которая выделяет ключи шифрования из потока данных CD, поступающего от схемы 62 коррекции ошибок. Выделенные ключи шифрования подают через дополнительный буфер 138 с правильной синхронизацией в схему 140 дешифрования, которая выполняет дешифрование данных в потоке голографических данных. После этого поток данных CD и поток голографических данных комбинируют в блоке 56 комбинирования/декодирования данных, как описано выше со ссылкой на фиг.2.

Данные во втором наборе данных или также в первом наборе данных, в конечном счете, могут быть дополнительно зашифрованы с использованием дополнительного программного шифрования, или кодирования данных для других целей. Например, для обеспечения относительно равномерного освещения голограммы в наборах данных можно использовать известный код RLL (кодирование с ограничением длины поля записи).

Возможная область применения настоящего изобретения представляет поставки дорогостоящих программных средств (например, систем CAD - автоматизированное проектирование). Часть программы установки может быть записана в виде нескольких зашифрованных голограмм, в каждой из которых используют разные ключи. Программу установки записывают в нескольких голограммах без шифрования. Ключи шифрования других голограмм компилируют в программу установки. Только программа установки позволяет считывать данные с зашифрованных голограмм и позволяет выполнить процесс установки. Голографическое шифрование предотвращает как считывание, так и копирование установленного носителя, что существенно затрудняет нелицензированное распространение программных средств. Определение всех ключей шифрования путем анализа программы установки весьма затруднено просто из-за большого количества ключей. Этот способ позволяет эффективно защищать другие типы ценных компьютерных данных, таких как, например, цифровые книги, карты, изображения и т.д.

Значение некоторых позиций на чертежах

Фиг.1

20. Источник данных пользователя

22. ЦА/АЦ преобразователь

24. Блок разделения данных

26. Буфер

27. Блок сервопривода

28. Блок ввода коррекции ошибок

29. CD

36. Буфер

37. Блок сервопривода

38. Блок ввода коррекции ошибок

39. Голографическая головка

42. ЦПУ

44. ПЗУ, ОЗУ

46. Ввод идентификатора

48. Привод двигателя

49. Двигатель

Фиг.2

27. Блок сервопривода

29. CD/DVD

37. Блок сервопривода

39. Голографическая головка

42. ЦПУ

44. ОЗУ, ПЗУ

46. Ввод идентификатора

48. Привод двигателя

49. Двигатель

52. Блок ввода коррекции ошибок

54. Буфер

56. Блок комбинирования/декодирования данных

58. ЦА/АЦ преобразователь

60. Выход данных пользователя

62. Блок ввода коррекции ошибок

64. Буфер

66. Блок декодирования CD/DVD

Фиг.3

50. Блок n-1

50. Блок n

50. Блок n+1

Фиг.9

20. Источник данных пользователя

22. ЦА/АЦ преобразователь

24. Блок разделения данных

26. Буфер

27. Блок сервопривода

28. Блок ввода коррекции ошибок

29. CD

36. Буфер

37. Блок сервопривода

38. Блок ввода коррекции ошибок

39. Голографическая головка

42. ЦПУ

44. ПЗУ, ОЗУ

46. Ввод идентификатора

48. Привод двигателя

49. Двигатель

130. Генератор ключа

132. Блок шифрования

134. Блок добавления ключа

Фиг.10

27. Блок сервопривода

29. CD/DVD

37. Блок сервопривода

39. Голографическая головка

42. ЦПУ

44. ОЗУ, ПЗУ

46. Ввод идентификатора

48. Привод двигателя

49. Двигатель

52. Блок ввода коррекции ошибок

54. Буфер

56. Блок комбинирования/декодирования данных

58. ЦА/АЦ преобразователь

60. Выход данных пользователя

62. Блок ввода коррекции ошибок

64. Буфер

66. Декодер CD/DVD

136. Блок восстановления ключа

138. Буфер

140. Блок дешифрования