Προστασία πολυμεσικού περιεχομένου σε δίκτυα με επίκεντρο την πληροφορία

Abstract

The advances of the Information and Communication Technologies have enabled the provision of multimedia content using Internet protocols. Today, we witness the rapid convergence of linear (broadcast) and non-linear (broadband) services and terms such as Video on Demand, Over-The-Top content, Connected TV enter our everyday life and shape the market. Video streaming dominates the Internet traffic, a trend that is expected to increase in the next years.However, the provision of such services is very challenging, due to a number of factors. End users expect to access high quality video content, regardless of their device, connection type and location. On the other hand, Content Providers set strict security and quality requirements in order to license their content, making up an overall difficult and challenging context for Over-The-Top (OTT) Service Providers. The heterogeneity of underlying networks, the variety of user devices (hardware and software), the high volumes and other characteristics of network traffic combined with the lack of standardization compose a domain highly fragmented by proprietary solutions and overlay networks.The paradigm of Information-Centric Networking (ICN), which has emerged as a promising Future Internet Architecture, is being driven by the realization that the current Internet architecture cannot meet the demands posed by content provision. In ICN content is treated as first-class citizen, through the introduction of name-based routing and the extensive use of in-network caching. At the same moment, issues including content protection and privacy are open. This Thesis targets the protection of multimedia content in the context of ICN. The Thesis proposes an architecture that utilizes ICN in order to provide scalable and efficient video distribution, and Attribute-Based Encryption (ABE) to securely distribute this content in the ICN environment. ABE is incorporated into Digital Rights Management (DRM) schemes. The video license acquisition process is presented, with a focus on orchestrating multiple authorities; subsequently, the video distribution over ICN is demonstrated, and finally, user revocation techniques are investigated in the ABE and ICN context and an appropriate mechanism one is adopted.Extensive effort is put towards the compliance of the proposed solution with the principles of Service Oriented Architectures (SOA). After providing arguments about the benefits of SOA for the OTT Service Providers, detailed implementation blueprints are provided towards the seamless introduction of ABE in the OTT architectures.The performance of ICN is compared against the popular Content Delivery Network (CDN) solution using extensive simulations. Using standard metrics, we show that ICN composes an alternative for both users and Internet Service Providers. Finally, the Thesis is concluded, by discussing the main findings and highlighting open issues and future work.

Η πρόοδος των Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών έχει δώσει ώθηση στη διανομή πολυμεσικού περιεχομένου μέσω Διαδικτύου. Σήμερα γινόμαστε μάρτυρες της ταχύτατης σύγκλισης στον τρόπο κατανάλωσης οπτικοακουστικού περιεχομένου —είτε μέσω κλασσικής τηλεόρασης ευρείας εκπομπής, είτε μέσω διαδικτυακών υπηρεσιών— σε μια συσκευή. Όροι όπως έξυπνη (υβριδική) τηλεόραση, βίντεο κατά παραγγελία, διαδικτυακά κανάλια εισέρχονται με γοργούς ρυθμούς στην καθημερινότητά μας.Ωστόσο, η παροχή υπηρεσιών διανομής πολυμεσικού περιεχομένου παρουσιάζει δυσκολίες και ιδιαιτερότητες, καθώς τόσο οι παραγωγοί, όσο και οι καταναλωτές του περιεχομένου έχουν ιδιαίτερα υψηλές απαιτήσεις αναφορικά με την ποιότητα, την προσβασιμότητα και την προστασία του διανεμόμενου υλικού. Η πολυπλοκότητα του περιβάλλοντος διανομής —ετερογενή δίκτυα, μη διαλειτουργικές συσκευές, απουσία προτυποποίησης— έχει συμβάλει στην επικράτηση μη συμβατών, ιδιόκτητων λύσεων και επικαλυπτικών δικτύων. Το παράδειγμα των Δικτύων με Επίκεντρο την Πληροφορία (ICN), που αποτελεί μία υποψήφια αρχιτεκτονική για το μελλοντικό Διαδίκτυο, έχει βασιστεί στη διαπίστωση ότι το παρόν Διαδίκτυο, που έχει δομηθεί στις αρχές της επικοινωνίας δύο απομακρυσμένων κόμβων, είναι εγγενώς ακατάλληλο για να ικανοποιήσει τις ανάγκες της διανομής περιεχομένου. Το περιεχόμενο έρχεται στο προσκήνιο, καθώς η δρομολόγηση πραγματοποιείται με χρήση του ονόματός του και όχι την τοποθεσία των πελατών και εξυπηρετητών, κάτι που επιτρέπει την εύκολη ενδοδικτυακή αποθήκευση.Ωστόσο, στα Δίκτυα ICN, θέματα όπως η ασφάλεια και η ιδιωτικότητα είναι ανοιχτά.Η Διατριβή έχει σαν αντικείμενο την προστασία του πολυμεσικού περιεχομένου κατά τη διάρκεια της διανομής του, μέσω της σχεδίασης και ανάπτυξης μιας πρωτότυπης λύσης η οποία ενσωματώνει την τεχνολογία της Κρυπτογραφίας βάσει Χαρακτηριστικών (ABE) σε Δίκτυα ICN. Η Κρυπτογραφία ABE ενσωματώνεται σε συστήματα Διαχείρισης Ψηφιακών Δικαιωμάτων (DRM). Η διαδικασία απόκτησης άδειας χρήσης πολυμεσικού περιεχομένου παρουσιάζεται αναλυτικά, με έμφαση στην ενορχήστρωση πολλαπλών αρχών πιστοποίησης. Εν συνεχεία επιδεικνύεται η διανομή αδειών χρήσης και πολυμέσων μέσω ICN, και, τέλος, προτείνεται μια τεχνική ανάκλησης χρήστη στο πλαίσιο της συνέργειας της Κρυπτογραφίας ABE και των Δικτύων ICN.Η προτεινόμενη λύση είναι σύμφωνη με τις αρχές της Αρχιτεκτονικής Προσανατολισμένης σε Υπηρεσίες (SOA). Αφού αιτιολογηθεί η καταλληλότητα του παραδείγματος SOA για τους παρόχους υπερκείμενων υπηρεσιών OTT, παρουσιάζεται λεπτομερώς η ενσωμάτωση της Κρυπτογραφίας ABE σε μια τέτοια αρχιτεκτονική.Ακολούθως πραγματοποιείται αξιολόγηση των Δικτύων ICN σε αντιπαραβολή με τα Δίκτυα CDN —εξετάζοντάς τα βάσει μετρικών, που καθορίζουν την ποιότητα της παρεχόμενης υπηρεσίας και την εξοικονόμηση δικτυακής κίνησης. Τέλος, η Διατριβή ολοκληρώνεται, με την παράθεση των συμπερασμάτων και μελλοντικών επεκτάσεων.