第二节 密钥与硬件绑定技术

密钥与硬件绑定技术是数字版权保护领域比较成熟的技术，类似于身份认证，通过将密钥信息和硬件设备编号唯一绑定，来确认硬件设备的身份，保证受版权保护的数字内容作品不被非法拷贝，或者非法拷贝后难以正常使用。目前，密钥与硬件绑定的方法有硬加密和软加密两种。围绕该技术的专利申请发轫于20世纪90年代末期，于2008年达到顶峰，之后经历短暂回落和反弹，2013年后专利年申请量开始持续走低。这意味着该技术发展已比较成熟。

一 专利检索

（一）检索结果概述

以密钥与硬件绑定技术为检索主题，在“九国两组织”范围内共检索到相关专利申请2170件，具体数量分布如表3-13所示。

表3-13 “九国两组织”密钥与硬件绑定技术专利申请量

（二）“九国两组织”密钥与硬件绑定技术专利申请趋势

表3-14和图3-10展示了1994～2017年密钥与硬件绑定技术专利在“九国两组织”申请的情况，可以看出，美国从2003年开始专利年申请量超过20件，且总体呈现上升趋势；中国从随后的2004年开始有较多的专利申请；其他国家的申请量较美国和中国少，但大多呈现上升的专利申请趋势。2013年后，专利年申请量开始持续走低，这说明密钥与硬件绑定技术处于成熟期。

表3-14 1994～2017年“九国两组织”密钥与硬件绑定技术专利申请量

图3-10 “九国两组织”密钥与硬件绑定技术专利申请趋势

注：“90”指1994～2000年的专利申请总量。

（三）“九国两组织”密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

1994～2017年“九国两组织”密钥与硬件绑定技术专利申请人排名情况如表3-15 ～表3-24所示。法国在该技术领域暂无专利申请公开。

1.美国申请人排名

表3-15 美国密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

2.中国申请人排名

表3-16 中国密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

3.日本申请人排名

表3-17 日本密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

4.韩国申请人排名

表3-18 韩国密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

5.英国申请人排名

表3-19 英国密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

6.法国申请人排名

法国在密钥与硬件绑定技术领域暂无专利申请公开。

7.德国申请人排名

表3-20 德国密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

8.俄罗斯申请人排名

表3-21 俄罗斯密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

9.澳大利亚申请人排名

表3-22 澳大利亚密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

10.欧洲专利局申请人排名

表3-23 欧洲专利局密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

11.世界知识产权组织申请人排名

表3-24 世界知识产权组织密钥与硬件绑定技术专利申请人排名

二 专利分析

（一）技术发展趋势分析

从图3-11可以看出密钥与硬件绑定技术的发展趋势。20世纪90年代，计算机网络出现爆炸式发展，在人们几乎全方位地依赖计算机网络的同时，网络环境下的信息安全问题再次出现在人们面前。在此阶段，各行业都有意识地学习和积淀信息安全知识，但又认为信息安全很神秘，不知从何入手，因此相关专利申请量很少。1999年出现了第一件专利申请，此后，直至2007年专利申请数量总体呈现快速上升的态势。2000年1月克林顿政府发布了“信息系统保护国家计划V1.0”。2001年10月16日布什政府意识到“9·11”事件后信息安全的严峻性，宣布成立“总统关键基础设施保护委员会”（PCIPB），代表政府全面负责国家的网络空间安全工作。该委员会成立以后，系统地总结了美国的信息网络安全问题，提出了多个问题向国民广泛征求意见，于2003年2月发布了《保护网络空间的国家战略》^[7]。世界各国的宏观政策导向使信息安全相关技术得到了持续发展。2006～2007年密钥与硬件绑定技术专利申请量出现较大幅度增长，并在2008年达到年度申请量最大值。2006年4月美国信息安全研究委员会发布的《联邦网络空间安全及信息保护研究与发展计划》（CSIA）确定了14个技术优先研究领域和13个重要投入领域，包括认证、协议和安全软件等。2006年5月中国国家密码管理局批准成立“商用密码应用技术体系研究总体工作组”，提出了一些安全体系标准。这个阶段信息安全成为企业IT建设的重中之重。在某种意义上，信息安全市场的需求爆发可以说是多年来企业在安全方面的“欠债”造成的。2008年后密钥与硬件绑定技术专利申请呈现平稳发展态势，2013年后专利年申请量则有走低的趋势，这说明该技术进入成熟阶段。

图3-11 密钥与硬件绑定技术专利申请量年度分布

（二）技术路线分析

图3-12展示了密钥与硬件绑定技术的发展路线。1998年美国国家安全局（NSA）发布了《信息保障技术框架》（IATF），这是一部对信息保障系统的建设有重要指导意义的文献。IATF将信息系统的信息保障技术划分成了4个技术框架焦点域：网络和基础设施、区域边界、计算环境和支撑性基础设施^[8]。在每个焦点域范围内，IATF都描述了其特有的安全需求和相应的可供选择的技术措施。IATF提出这4个框架焦点域的目的，就是让人们理解网络安全的不同方面，以全面分析信息系统的安全需求，考虑恰当的安全防御机制。1999年4月12日，微软申请了一件关于按照指定许可权限访问加密数字内容的专利，这是“九国两组织”范围内第一件密钥与硬件绑定技术领域的专利。2003年5月27日，有关使用密钥变量加密计算机硬件信息的认证方法的核心专利被申请，这种认证方法不提供用户的个人信息，可以防止用户的信息被泄露。

图3-12 密钥与硬件绑定技术发展路线

密钥与硬件绑定技术通过将计数器密钥信息和计数器编号唯一绑定，来保证计数器本身的可信。密钥与硬件绑定技术类似身份认证技术，通过计数器的密钥以及编号信息来确认计数器的身份。在计算机系统和计算机网络的数字世界中，无论是用户还是计数器的信息，都是用一组特定的数字来标示的，计算机也只能识别用户或计数器的数字身份。从这个层面来讲，两个技术是类似的。在信息系统中，用户的身份认证手段从认证需要验证的条件来看，可以分为单因子认证和双因子认证。仅通过一个条件的符合来证明一个人的身份被称为单因子认证。由于仅使用一种条件判断用户的身份容易被仿冒，可以通过组合两种不同条件来证明一个人的身份，这称为双因子认证。因此，具体来讲，密钥与硬件绑定技术更类似身份认证中的双因子认证。

（三）主要专利申请人分析

1994年至2017年，在密钥与硬件绑定技术领域专利申请量排名前三的申请人分别为三星电子（311件）、微软（309件）和飞利浦（84件）。

1.申请量排名第一的专利申请人——三星电子

（1）专利申请量

图3-13展示出三星电子密钥与硬件绑定技术专利申请数量的发展趋势。从2003年开始三星电子在该技术领域申请的专利逐年增加，于2006年达到专利年申请量的顶峰。2006年韩国的电子商务销售总额从1998年的55万亿韩元增长到413万亿韩元，电子商务的迅速发展一定程度促进了数字信息安全技术的发展，刺激了相关专利的申请。从2007年开始三星电子的专利年申请量持续走低，至2012年降到10件以下。未检索到2015年后申请的专利。

图3-13 三星电子密钥与硬件绑定技术专利申请量年度分布

（2）专利申请量区域分布

图3-14展示出三星电子密钥与硬件绑定技术专利在“九国两组织”的申请情况。三星电子在韩国、中国、美国、欧洲专利局和日本的专利申请量较多，在英国和俄罗斯等国的申请量较少。

从20世纪90年代起，三星电子预见到数字时代的到来，确立了单一品牌的发展战略，放弃原来的多个品牌，全力打造三星电子品牌，并将核心品牌“Samsung”定位为“数字技术的领先者、高价值和时尚”。三星电子的全球化战略是借助在一线市场的成功，以建设生产基地的方式全面拓展二线和三线国际市场。三星电子在占据了美国和欧洲等一线市场后，借助在一线市场的成功，开始进入二线和三线国际市场，并将制造重心向低成本国家倾斜，在这些地区建立加工和生产基地以降低制造成本。

图3-14 三星电子密钥与硬件绑定技术专利在“九国两组织”的申请量

（3）技术构成分布

图3-15是三星电子密钥与硬件绑定技术专利的热力地图，从中可以看出三星电子在这一技术领域的研究热点为密钥信息、密钥认证和存储设备，综合来看更侧重硬加密技术。目前主要的硬加密方案是加密锁技术，根据加密锁所用CPU的不同分为普通加密锁和智能卡加密锁。加密锁的接口类型有并口和USB口两种，加密锁的CPU类型也有两种，一种是使用单片机作CPU，另一种是使用智能卡芯片作CPU。单片机硬件本身容易被破解和复制，因此中高端的加密锁越来越多地使用智能卡芯片作CPU，以防止硬件被破解。但智能卡加密锁被破解得也越来越多，一是因为芯片分析技术和仪器越来越先进；二是智能卡程序写好后要交给芯片厂制造，在这个环节程序有可能被泄露，造成大批量复制。硬加密拥有加密强度高、加密性能好和加密方式灵活等优点，这也使得硬加密成为目前广泛使用的加密手段。

图3-15 三星电子密钥与硬件绑定技术构成分布

2.申请量排名第二的专利申请人——微软

（1）专利申请量

图3-16展示出微软密钥与硬件绑定技术专利申请数量的发展趋势。从1999年开始微软专利年申请量逐年增长，于2004年达到峰值。这有一部分要归功于政府宏观政策的激励，2000年1月克林顿政府发布了“信息系统保护国家计划V1.0”，2001年10月16日布什政府成立“总统关键基础设施保护委员会”，都一定程度促进了该技术领域的专利申请。从2005年开始，微软在这一技术领域的专利申请量持续走低，这是由于缺少了宏观政策的刺激，微软的研发投入减少。从2010年以来，微软的专利年申请量已经降到5件以下，这意味着该技术发展进入成熟期。

图3-16 微软密钥与硬件绑定技术专利申请量年度分布

（2）专利申请量区域分布

图3-17为微软密钥与硬件绑定技术专利在“九国两组织”的申请情况。微软是一家总部位于美国的跨国电脑科技公司，是世界PC机软件开发的先行者，公司总部设立在华盛顿州的雷德蒙德市，以研发、制造、授权和提供广泛的电脑软件服务业务为主。微软在美国的专利申请量最多，在欧洲专利局、日本、中国、世界知识产权组织、韩国和澳大利亚的专利申请量依次次之。微软在发展壮大的过程中不断进入新领域，产品线几乎覆盖了计算机软件的所有领域。

图3-17 微软密钥与硬件绑定技术专利在“九国两组织”的申请量

（3）技术构成分布

图3-18是微软密钥与硬件绑定技术专利的热力地图，从等高线可以看出微软研究侧重点为软加密技术。其中一种软加密方式是软件授权不与计算机硬件特征绑定。这种方式具体分为两种：一是采用与一个软信息（如用户名等）绑定的方式，一般用于个人用户授权；二是不绑定任何信息，只要序列号或授权文件验证通过，软件就可以在任何机器上使用，通常用于大客户批量授权。授权的验证方式有直接比较和算法变换比较等。另一种软加密方式是软件授权与计算机硬件特征绑定，绑定的计算机硬件特征主要有CPU序列号、硬盘序列号和网卡MAC地址等。这种保护方式的许可证文件是在获得了计算机的硬件特征以后，由授权服务器将硬件特征与授权内容绑定后生成的。这种绑定计算机硬件的加密方式，如果使用类似网银数字证书的公私钥保护机制，是很难被破解的。

图3-18 微软密钥与硬件绑定技术构成分布

3.申请量排名第三的专利申请人——飞利浦

（1）专利申请量

图3-19是飞利浦密钥与硬件绑定技术专利申请数量的发展趋势。从2001年开始飞利浦专利年申请量逐年增长，于2005年达到专利年申请量的峰值。从2006年开始专利年申请量持续走低，2010年以来已经降到5件以下，且在2013年、2015年和2016年暂无相关专利申请公开。但是根据专利申请和公开的一般原则，即一般专利从申请到公开需要18个月的时间，因此，2016年可能有专利申请，2017年的实际申请量可能比图3-19所示数据高一些。

图3-19 飞利浦密钥与硬件绑定技术专利申请量年度分布

（2）专利申请量区域分布

飞利浦是世界上最大的电子公司之一，中国、美国、法国、德国、意大利、荷兰和英国等是其主要市场。2001～2017年飞利浦在中国、世界知识产权组织、欧洲专利局和美国的密钥与硬件绑定技术专利申请量较多，在韩国和日本的申请量依次次之（见图3-20）。可见，其在主要市场还是有一些相应专利布局的。

（3）技术构成分布

图3-21是飞利浦密钥与硬件绑定技术专利的构成分布，从中可以看出，飞利浦的研究热点为驱动器、授权、对称加密密钥与解密密钥。软件授权与互联网上的授权服务器绑定也是软加密的一种方式，安全强度非常高，甚至比加密锁还要高。这是因为加密锁随软件卖出后是无法跟踪和监测的，黑客可以花任意长的时间去破解它，而且一旦破解便可以大批量复制。而授权服务器有防火墙和完善的入侵检测技术，任何非法的访问和异常情况都可以监测到，安全性要高得多。此外，服务器授权也便于实现授权软件的跟踪管理、破解补救和升级更新。

图3-20 飞利浦密钥与硬件绑定技术专利在“九国两组织”的申请量分布

图3-21 飞利浦密钥与硬件绑定技术构成分布

三 总结

（一）专利申请总体趋势

1999年出现密钥与硬件绑定技术领域第一件专利申请后，直至2008年专利申请量总体呈逐年增长态势，于2009年进入平稳发展的阶段，直至2013年。2014年以来专利年申请量则有走低的趋势，说明该技术进入成熟阶段。

（二）主要国家技术发展现状及趋势

1.美国

2003～2014年，随着密钥与硬件绑定技术不断发展，技术吸引力突显，介入的企业增多，专利申请数量急剧上升，属于技术的发展期。2015年后属于技术成熟期，专利申请量和申请人数量都有所下降。

2.日本

2003～2014年为日本密钥与硬件绑定技术的发展期，专利申请量与专利申请人数量都处于高位。2015年以来为该技术的成熟期，经过市场淘汰，申请人的数量大幅减少，每年申请的专利数量较前几年也有较大幅度的下降。

3.韩国

2007～2014年属于韩国密钥与硬件绑定技术的发展期，专利申请量和申请人数量都较为稳定且处于高位。2015年以来企业在此项技术上的收益减少，选择退出市场或减少专利申请量的企业增多。

4.中国

2002～2013年为中国密钥与硬件绑定技术的发展期，专利申请量与专利申请人数量都急剧上升，越来越多的企业开始进行相关技术开发和研究。2013年后专利年申请量下滑，企业在此项技术上的收益减少，选择退出市场或减少专利申请量的企业增多。

（三）主要申请人对比分析

通过对密钥与硬件绑定技术领域的宏观分析，本项目得出行业内的三个主要申请人是三星电子、微软和飞利浦。下面结合微观分析模块具体解读主要申请人的专利现状。

1.专利申请量比较

通过将三个主要申请人在专利申请量维度进行横向比较，我们发现：从专利申请量来看，三星电子拥有相关专利申请311件，微软和飞利浦在这一技术领域的专利申请量分别是309件和84件。

2.专利资产地域布局分析

从三个主要申请人的专利资产地域布局情况，我们可以看出：三星电子在一线市场国家如韩国、美国、中国和日本的申请量较多，在俄罗斯等市场的申请量较少。微软在美国的申请量最多，在欧洲专利局、日本、中国、世界知识产权组织、韩国和澳大利亚的申请量依次次之。飞利浦在中国、世界知识产权组织、欧洲专利局和美国的密钥与硬件绑定技术专利申请量较多，在韩国和日本的申请量依次次之。

3.技术热点分析

在密钥与硬件绑定技术领域，三个主要申请人关注的技术热点各有侧重。三星电子主要关注硬加密技术，微软更侧重软加密技术，飞利浦则主要关注硬加密、软件授权与服务器绑定等技术。