P2P Strategies for the Safe Distribution of Rich Media Content by Helder Fernandes de Castro Dissertation submitted to the Faculty of Engineering of the University of Porto for the degree of Doctor of Philosophy in the Doctoral Program in Electrical and Computers Engineering Supervisor Artur Pimenta Alves (PhD), Co-Supervisor Maria Teresa Andrade (PhD) 2012 iii Abstract The production, distribution, and consumption of information goods have faced various challenges over the years. Currently, the status-quo in this field is being shaken by the emergence of the Internet as the prime ground for information exchange. This powerful new information distribution medium, is very attractive for consumers, who find it much more comfortable. It is also appealing for distributors as it enables a near costless replication and distribution of information commodities. If the on-line medium is combined with P2P distribution, such costs are decreased even further. However, this near annulment of the mentioned costs, by the Internet, has enabled an explosion of free content exchange. Content scarcity has thus been virtually eliminated in the on-line environment, and is thus challenging age-old intellectual-property regimes Commercial players have begun adopting all-digital on-line distribution and P2P distribution technologies, inscribed within operations that are characterized by Business Models (BMs) which have simply been transposed from the “real world” onto the on-line environment. These BMs are, typically, very dependent on the scarcity of the delivered content, thus, to make up for its natural loss, in the on-line medium, said BMs generally require the employment of access restricting Digital Rights Management (DRM) technology to artificially recreate the lost scarcity. In spite of the potential of the Internet medium, attested by the successes of many information content distributing initiatives (legitimate or not), commercial initiatives have generally attained unremarkable results. DRM technologies have frequently been resented and circumvented by users and consequently abandoned by commercial players. P2P distribution technology has also been retreated from, in favour of more traditional ones. Finally, the overall obtained economic results have generally, been unimpressive. In this work, we set of to discover and identify the root causes of the lack of success of commercial online (specifically, P2P based) content distribution initiatives, and, of the associated, frequent failure of DRM (security) technologies. We discovered that such root causes are, fundamentally, not technical but mostly economic and are related to the enforcement of inadequate, information scarcity dependent BMs in a scarcity adverse environment. We then identified some BMs which we believe to be adequate for such an environment. The existing P2P content distribution tools, both in the commercial and non-commercial sectors, are either inadequate or suboptimal, to provide the necessary support for the identified BMs. We thus proceeded to conceive a P2P content distribution architecture, upon which such BMs can be securely implemented. v Resumo A produção, distribuição e consumo de bens informacionais têm enfrentado vários desafios ao longo dos tempos. Actualmente, o status-quo neste campo está a ser abalado pelo surgimento da Internet como o terreno privilegiado para a troca de informação. Este novo e poderoso meio de distribuição de informação, é muito atraente para os consumidores, que o consideram muito mais confortável que anteriores soluções. É atraente também para os distribuidores de conteúdos informacionais, pois permite uma enorme redução dos custos replicação e distribuição desses bens. Se o meio on-line for combinado com a distribuição P2P, esses custos são reduzidos ainda mais. No entanto, a quase anulação de custos permitida pela Internet, abriu caminho a um crescimento explosivo na troca livre de conteúdos media. A escassez (no sentido económico do termo), de conteúdo informacional, foi assim praticamente eliminada no ambiente on-line, o que coloca sérios desafios aos regimes de propriedade intelectual há muito estabelecidos. Vários operadores comerciais começaram já a adoptar a distribuição digital e on-line assim como tecnologias de distribuição P2P. Isto tem sido feito no contexto de operações comerciais caracterizadas por Modelos de Negócios (MNs), que foram simplesmente transpostos do "mundo real" para o ambiente on-line. Estes MNs são, normalmente, estritamente dependentes da escassez do conteúdo distribuído. Por essa razão, para compensar a perda natural dessa escassez no meio on-line, os referidos BMs requerem, tipicamente, o emprego de tecnologia de restrição de acesso ao conteúdo, para artificialmente recriar a escassez perdida. A tecnologia em questão é globalmente chamada de tecnologia de Digital Rights Management (DRM). Apesar do potencial do meio Internet, atestado pelos sucessos de variadas iniciativas (legítimas ou não), na área da distribuição livre de conteúdo informacional, as iniciativas de cariz comercial têm geralmente obtido resultados nada notáveis. As tecnologias de DRM têm-se revelado incómodas para os utilizadores e são frequentemente por eles contornadas. Consequentemente, isto tem resultado no seu abandono pelos operadores comerciais. O emprego de tecnologias P2P de distribuição tem também recuado, em favor de outras mais tradicionais. Por fim, os resultados económicos obtidos têm, em geral, sido inexpressivos. Neste trabalho, tratamos de investigar e identificar as causas da falta geral de sucesso das iniciativas comerciais de distribuição de conteúdo on-line, (com um enfoque especial naquelas que empregam distribuição P2P), assim como da falha frequente das tecnologias DRM associadas. Descobrimos que essas causas não são, fundamentalmente, de natureza técnica, mas principalmente económica e que estão relacionadas com o emprego de MNs desadequados por dependerem da preservação da escassez dos bens distribuídos num ambiente adverso a essa escassez. Em face do anterior, procedemos então à identificação de alguns MNs que acreditamos serem adequados para tal ambiente. As ferramentas, actualmente existentes, para a distribuição P2P de conteúdo, tanto no sector comercial como no não-comercial, são inadequadas ou insuficientes, para fornecer o suporte necessário para os MNs identificados. Para responder a essa necessidade, concebemos uma arquitectura P2P de distribuição de conteúdo, sobre o qual os MNs referidos podem ser implementados com segurança. vii Acknowledgements This Ph.D. study was undertaken in six years, starting in November 2006, within the context of the Ph.D. program in Electrical Engineering at the Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. It was supported by the Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), during four of those years, and hosted, for the entirety of that period, at INESC TEC under the supervision of professors Artur Pimenta Alves and Maria Teresa Andrade. I would hereby, like to express my appreciation to FCT, for their important financial support, and to INESC TEC for their welcoming attitude, for providing me with a workplace in a dynamic and fruitful research environment and for their understanding of the specific work conditionments under which a Ph.D. student is. I would especially like to thank professors Artur Pimenta Alves and Maria Teresa Andrade for their valuable and patient guidance and support throughout the course of these Ph.D. works. I sincerely thank, also, all the colleagues with whom I have worked and exchanged ideas, during this period, in the context of the elaboration of scientific papers and of my involvement in research projects. Collaborating with them has enabled me to acquire new skills and concepts and to achieve a better divulging of the work that I have developed throughout the Ph.D. Finally I thank my family, and friends, for their unconditional and ever-present support. ix Contents Abstract .............................................................................................................................. iii Resumo................................................................................................................................ v Acknowledgements .......................................................................................................... vii Contents ............................................................................................................................. ix List of Figures and Tables ................................................................................................ xv Symbols and Acronyms ................................................................................................. xvii I Introduction ............................................................................................................. 1 1 Context ...................................................................................................................... 1 2 Objectives ................................................................................................................. 1 3 Major Results ............................................................................................................ 1 4 Structure of the Dissertation ...................................................................................... 2 II P2P Content Delivery Survey ................................................................................. 5 1 Introduction ..............................................................................................................