حماية النسخ على الأقراص المدمجة وأقراص الفيديو الرقمية

تستخدم معظم أقراص CD-ROM نظام الملفات ISO9660 لتنظيم مساحة التخزين المتاحة للاستخدام من قِبل الحاسوب أو مشغل الأقراص. ويؤدي ذلك إلى إنشاء مجلدات (دلائل) وملفات داخلها. عادةً ما يتم تعديل نظام الملفات لاستخدام امتدادات تهدف إلى التغلب على قيود تصميم نظام ISO9660، مثل امتدادات Joliet و Rock Ridge و El Torito . مع ذلك، تُعد هذه الامتدادات إضافات متوافقة مع بنية ISO9660 الأساسية، وليست بدائل أو تعديلات كاملة. أما أبسط طريقة لإضافة ميزة مميزة فهي تزييف بعض المعلومات داخل نظام الملفات عمدًا. في الأجيال الأولى من البرامج، كان يتم نسخ كل ملف على حدة من الوسيط الأصلي، ثم إعادة إنشاء نظام ملفات جديد على الوسيط المستهدف.

القطاع هو بنية البيانات الأساسية على قرص CD-ROM التي يمكن الوصول إليها بواسطة البرامج الخارجية (بما في ذلك نظام التشغيل). في قرص CD-ROM من النوع Mode-1، يحتوي كل قطاع على 2048 بايت من بيانات المستخدم (المحتوى) و304 بايت من المعلومات الهيكلية. تتضمن المعلومات الهيكلية، من بين أمور أخرى، ما يلي:

• رقم القطاع، والموقع المنطقي النسبي والمطلق للقطاع
• رمز اكتشاف الأخطاء (EDC)، وهو عبارة عن مجموع اختباري متقدم يُستخدم لاكتشاف أخطاء القراءة (إن أمكن).
• رمز تصحيح الأخطاء (ECC)، وهو أسلوب متقدم لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها

باستخدام معلومات EDC و ECC، يمكن للمحرك اكتشاف وإصلاح العديد من أنواع أخطاء القراءة (ولكن ليس جميعها).

يمكن لأنظمة الحماية من النسخ استخدام هذه الحقول كميزة مميزة عن طريق تصميم قطاعات تحتوي على حقول تصحيح الأخطاء (EDC/ECC) غير صحيحة أثناء التصنيع. يحاول برنامج الحماية قراءة هذه القطاعات، منتظرًا حدوث أخطاء في القراءة. ولأن الأجيال الأولى من برامج/أجهزة المستخدم النهائي لم تكن قادرة على إنشاء قطاعات بمعلومات هيكلية غير قانونية، لم يكن من الممكن إعادة إنشاء هذه الميزة باستخدام هذه البرامج/الأجهزة. إذا أصبحت القطاعات التي تشكل الميزة المميزة قابلة للقراءة، يُفترض أن الوسيط نسخة.

يستخدم تعديلٌ لهذا الأسلوب مناطقَ واسعةً من القطاعات غير القابلة للقراءة تتخللها جزرٌ صغيرةٌ من القطاعات القابلة للقراءة. تتجاهل معظم البرامج التي تحاول نسخ الوسائط المحمية فتراتٍ من القطاعات عند مواجهة قطاعات غير قابلة للقراءة، مُفترضةً أنها جميعًا تالفة. على عكس الأسلوب الأصلي، يفترض نظام الحماية أن القطاعات قابلة للقراءة، مُفترضًا أن الوسيط نسخةٌ عند حدوث أخطاء في القراءة.

إلى جانب القناة الرئيسية التي تحتوي على جميع بيانات المستخدم، يحتوي قرص CD-ROM على ثماني قنوات فرعية لتخزين بعض المعلومات الوصفية. (في حالة قرص الصوت، تكون بيانات المستخدم هي الصوت نفسه؛ أما في حالة قرص البيانات، فهي نظام الملفات وبيانات الملفات). إحدى هذه القنوات الفرعية  - القناة Q  - تُحدد موضع محرك الأقراص الحالي بالنسبة لبداية القرص والمسار الحالي. صُممت هذه القناة لأقراص الصوت (التي كانت الأقراص المدمجة الوحيدة لعدة سنوات)، حيث تُستخدم هذه المعلومات للحفاظ على مسار محرك الأقراص؛ ومع ذلك، تُملأ القناة Q حتى في أقراص البيانات. أما القناة الفرعية الأخرى، القناة P (وهي أولى القنوات الفرعية)، فتحمل معلومات أساسية أكثر - أشبه بإشارة - تُشير إلى نقاط بداية كل مسار.

بما أن كل حقل من حقول قناة Q يحتوي على مجموع اختباري مكون من 16 بت لمحتواه، فإن حماية النسخ تستخدم هذا الحقل مرة أخرى للتمييز بين الوسيط الأصلي والنسخة. كانت الأجيال الأولى من برامج/أجهزة المستخدم النهائي تحسب قناة Q بنفسها، دون توقع أن تحمل أي معلومات قيّمة.

تستطيع البرامج والأجهزة الحديثة كتابة أي معلومات يتم إدخالها في القنوات الفرعية Q و P.

تستغل هذه التقنية طريقة عنونة القطاعات على القرص المضغوط وكيفية انتقال محرك الأقراص من قطاع إلى آخر. في كل قرص مضغوط، تُحدد القطاعات مواقعها المنطقية المطلقة والنسبية في رؤوس القطاعات المقابلة. يستطيع محرك الأقراص استخدام هذه المعلومات عند توجيهه لاسترجاع قطاع معين أو الانتقال إليه. تجدر الإشارة إلى أن هذه المعلومات ليست مُدمجة فعليًا في القرص المضغوط نفسه، بل هي جزء من البيانات التي يتحكم بها المستخدم.

قد يبدو جزء من قرص مضغوط غير محمي على النحو التالي (مبسط):

عندما يُطلب من محرك الأقراص القراءة من القطاع 6553 أو البحث عنه ، فإنه يحسب المسافة المادية، ويحرك الصمام الثنائي الليزري ويبدأ القراءة من القرص (الدوار)، في انتظار وصول القطاع 6553 .

قد يبدو قرص CD-ROM المحمي على النحو التالي:

في هذا المثال، تم إدخال قطاع (" ماري ") بعنوان قطاع مطابق للعنوان الذي يسبق نقطة الإدخال مباشرةً ( 6553 ). عندما يُطلب من محرك الأقراص القراءة من القطاع 6553 أو البحث عنه على هذا القرص، فإن محتوى القطاع الناتج يعتمد على الموضع الذي يبدأ منه محرك الأقراص البحث.

• إذا كان على محرك الأقراص أن يتقدم للأمام، فسيتم إرجاع المحتوى الأصلي للقطاع " جيل ".
• إذا كان على محرك الأقراص أن يبحث للخلف، فسيتم إرجاع توأم القطاع " ماري ".

يمكن لبرنامج محمي التحقق من أصالة القرص المضغوط عن طريق وضع محرك الأقراص خلف القطاع 6553 ثم القراءة منه  ، متوقعًا ظهور نسخة ماري . عند محاولة برنامج نسخ هذا القرص، سيتجاوز القطاع المزدوج لأن محرك الأقراص يتخطى القطاع 6553 الثاني ، باحثًا عن القطاع 6554 .

هناك تفاصيل أخرى حول هذه التقنية (مثل ضرورة تسجيل القطاعات المزدوجة على نطاق واسع، وتعديل قناة SubQ، إلخ) لم تُذكر. إذا كانت القطاعات المزدوجة متجاورة كما هو موضح، فسيقرأ القارئ دائمًا القطاع الأول، جيل ؛ لذا يجب أن تكون القطاعات المزدوجة متباعدة على القرص.

الأقراص المدمجة المختومة نسخ طبق الأصل، حيث تكون البيانات دائمًا في نفس الموضع، بينما تختلف الوسائط القابلة للكتابة عن بعضها. يكشف قياس موضع البيانات (DPM) هذه الاختلافات المادية الطفيفة لحماية البيانات بكفاءة من النسخ المكررة. استُخدمت تقنية DPM علنًا لأول مرة عام 1996 من قِبل شركة CD-Cops التابعة لشركة Link Data Security . يستخدم نظام SecuROM 4 والإصدارات الأحدث منه هذه الطريقة للحماية، وكذلك الأقراص الضوئية من Nintendo .

تُتيح أحكام القانون إمكانية تعويض مشتري الأقراص الصوتية المحمية بحقوق التأليف والنشر. ويتضمن قانون حقوق التأليف والنشر والتصاميم وبراءات الاختراع لعام ١٩٨٨ أحكامًا في المادة ٢٩٦ZE الجزء السابع تُجيز "الانتصاف في حال حالت التدابير التقنية الفعالة دون القيام بالأفعال المسموح بها".

عمليًا، يتقدم المستهلك بشكوى إلى صاحب حقوق الطبع والنشر للقرص الصوتي، وعادةً ما تكون شركة إنتاج موسيقي . تتضمن الشكوى طلبًا من صاحب حقوق الطبع والنشر لتوفير " حل بديل " يسمح باستخدام القرص المحمي بحقوق الطبع والنشر، بما يتسنى استخدام قرص غير محمي بحقوق الطبع والنشر بشكل قانوني. إذا اعتقد المستهلك أن صاحب حقوق الطبع والنشر لم يكن متعاونًا في الاستجابة لطلبه، فله الحق بموجب القانون في تقديم طلب إلى وزير الدولة لمراجعة جوهر الشكوى، وفي حال قبولها، إصدار تعليمات لصاحب حقوق الطبع والنشر بتنفيذ حل بديل يتجاوز حماية حقوق الطبع والنشر.

يسرد الجدول 5A من قانون حقوق التأليف والنشر والتصميمات وبراءات الاختراع لعام 1988 الأفعال المسموح بها، والتي تنطبق عليها أحكام القسم 296ZE (أي يسرد الحالات التي يمكن للمستهلك فيها استخدام العلاج، إذا كانت حماية النسخ تمنع المستخدم من القيام بفعل مسموح به).

نظام تشفير المحتوى (CSS) هو نظام تشفير يُستخدم في العديد من أقراص DVD-Video المُنتجة تجاريًا. يستخدم CSS خوارزمية تشفير خاصة ذات 40 بت لتشفير محتويات القرص، مما يمنع تشغيل النسخ غير المصرح بها. كما يمنع CSS تشغيل الأقراص على أجهزة الكمبيوتر الشخصية بدون برامج مرخصة رسميًا، مثل PowerDVD أو WinDVD .

نظام الحماية التناظرية (APS)، الذي طورته شركة ماكروفيجن في الأصل ، مصمم لسد " الثغرة التناظرية " عن طريق تضمين إشارات في مخارج مشغل أقراص DVD التناظرية، مستفيدًا من دوائر التحكم التلقائي في الكسب الموجودة في العديد من أجهزة تسجيل الفيديو، مما يمنع نسخ فيديوهات DVD بسهولة على أشرطة VHS . بالإضافة إلى ذلك، قد تتحقق أجهزة التسجيل الرقمية، مثل مسجلات DVD ، من المدخلات التناظرية بحثًا عن إشارة APS، وتمنع التسجيل في حال اكتشافها.

نظام ARccOS (نظام التشغيل المتقدم للتحكم الإقليمي في النسخ) هو نظام حماية من النسخ يُستخدم في بعض أقراص DVD. صُمم هذا النظام كطبقة حماية إضافية تُستخدم بالتزامن مع نظام تشفير المحتوى (CSS)، حيث يقوم بإنشاء قطاعات تالفة على القرص عمدًا، مما يتسبب في حدوث أخطاء في برامج النسخ. تقع هذه القطاعات التالفة في مناطق من القرص لا تصل إليها معظم مشغلات أقراص DVD المستقلة، بينما تصل إليها معظم برامج النسخ.

صُممت تقنية حماية المحتوى الرقمي عالي النطاق (HDCP) لمنع نسخ المخرجات الرقمية، مثل مخرج HDMI الخاص بمشغل أقراص DVD. ويمكن ضبط علامة على قرص DVD-Video لتفعيل تشفير المخرج الرقمي لمشغل DVD، مما يسمح بعرضه فقط على أجهزة التلفزيون أو الشاشات المرخصة .

تُستخدم تقنية حماية المحتوى للوسائط المسجلة مسبقًا (CPPM) في بعض أقراص DVD-Audio لمنع النسخ غير المصرح به. تعتمد هذه التقنية على كتلة مفتاح الوسائط (MKB) للتحقق من مشغلات DVD-Audio. لفك تشفير الصوت، يجب على المشغل الحصول على مفتاح وسائط من كتلة مفتاح الوسائط، وهو مفتاح مشفر أيضًا. يجب على المشغل استخدام مفتاحه الخاص لفك تشفير كتلة مفتاح الوسائط. في حال اختراق مفتاح فك تشفير مشغل DVD-Audio، يصبح هذا المفتاح غير صالح لفك تشفير أقراص DVD-Audio مستقبلًا.

يمكن لأقراص DVD-Audio استخدام علامة مائية صوتية بالتزامن مع نظام CPPM. إذا صادف مشغل DVD-Audio علامة مائية صوتية على قرص لا يحتوي على كتلة مفتاح الوسائط، فسيتوقف التشغيل.

سينافيا هي تقنية مشابهة لوضع العلامات المائية الصوتية، ويمكن تطبيقها على الموسيقى التصويرية للأفلام . تتحقق العديد من مشغلات أقراص DVD والبرامج (بما في ذلك بلاي ستيشن 3 و PowerDVD ) من وجود العلامة المائية. إذا تم اكتشاف علامة سينافيا المائية على قرص DVD بدون مفتاح CSS المناسب، فسيتوقف التشغيل أو سيتم كتم الصوت.