hdcp协议认证研究与流加密算法实现

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1、上海交通大学 硕士学位论文 基于HDCP协议的认证研究与流加密算法的实现 姓名：宋亚平 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：周玉洁 20071201 上海交通大学硕士学位论文 I 基于 HDCP 协议的认证研究 与流加密算法的实现 基于 HDCP 协议的认证研究 与流加密算法的实现 摘 要 随着科技的进步以及生活水平的提高，自从广播电视诞生之日起，已经经过了多次 技术上的革新，而今，视频信号正在由彩色电视向多媒体、高清晰度方向发展，即从模 拟走向数字化的变革。电子技术数字化，被认为是信息高速公路发展中的一个重要组成 部分，已引起了世界各国的重视。 与此同时，计算机中或其他数字视频内

2、容供应商提供的数字视频内容可以无穷多次 地复制、播出，而源信号质量不会出现任何降格或退化。在这种情况下，如何保护知识 产权不被大量非法复制和传播，对于拥有这些视频信号知识产权的企业而言，便显得尤 为迫切和必要。在这种背景下，专门对 HDMI 接口传输的数据进行加密保护的高带宽数 码内容保护 HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）便应运而生了。 本文在学习 HDMI 接口和 HDCP 协议的基础上，软件实现了发送端和接收端之间的 HDCP 协议。整个构架包括三层：基本算法模块、握手认证模块、上层模拟模块。基本算 法模块用来实现 HDCP 协

3、议提出的流加密器，由 4 个基本的函数构成：hdcp_InitCipher （） ，hdcp_Km（） ，hdcp_BlockCipher（）和 hdcp_GenPsrand（） ；握手认证模块用来实 现 HDCP 发送端和接收端之间的认证协议；上层模拟模块实现发送端和接收端之间的通 信，主要包括设备监听，设备连接，数据发送和数据接收等几部分，由 SOCKET 通信来 完成。 同时根据 HDCP 协议提出的流加密算法，设计了一个流加密 IP，并对 IP 在 MDK 环境 下进行了验证。整个 IP 采用了流水线化设计，因此工作频率比较高，最高工作频率达到 200MHZ 以上，完全可以满足高清视频

4、信号加密的需要。同时，流加密 IP 是基于 HDCP 协议来设计的，完全符合 HDCP 协议的规范要求，能够方便地应用于 HDMI 接口来对实 时数据进行加解密。 关键词：关键词：HDCP（高宽带数字内容保护） ，流密码，HDMI（高清晰度多媒体接口） 上海交通大学硕士学位论文 II Authentication Research Based on HDCP Protocol And Stream Cipher Algorithm Implementation Abstract With technology development and standard of living improve

5、ment, Broadcast and TV have experienced several renovations in technology. Now, video signal is developing from color TV to high definition and multimedia, in other words, from analog to digital. Digital electronic technology, as an important component of information industry, has been paid at- tent

6、ion to by most of countries. At the same time, digital video contents supplied by computer or provider can be copied and broadcasted times without number, but quality of the signal doesnt degrade at all. In this situation, how to protect knowledge property not being copied and broadcasted, for those

7、 cor- porations having property of video signal, is particularly necessary and exigent. At this back- ground, HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）protocol， used to protect data through HDMI interface ，is presented. Based on study of HDMI Interface and HDCP protocol, author of this paper i

8、mplemented HDCP protocol using software.The overall structure of the realization consists of three layers: basic algorithm module, handshake authentication module and simulation module. Basic algo- rithm module implements the Stream Cipher proposed by HDCP,including hdcp_InitCipher （） ，hdcp_Km（） ，hd

9、cp_BlockCipher（）和 hdcp_GenPsrand（）; Hanshake authentication module completes authentication protocol between transmitter and receiver; Simulation mod- ule implements communication between transmitter and receiver through SOCKET, contain- ing device monitor, device connection, data transmission and d

10、ata receiving. Based on Stream Cipher proposed by HDCP, author of this paper designed a Stream Ci- pher (SC) IP, and verified the IP under MDK condition. The IP adopts pipelining design, which can operate on 200MHZ and satisfy the High-definition video encryption.At the same time, the SC IP accordin

11、g for HDCP protocol can apply to HDMI interface. Keyword： HDCP （High-Bandwidth Digital Content Protection） , Stream Cipher， HDMI （High-Definition Multimedia Interface） 上海交通大学硕士学位论文 附件附件 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作

12、品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：宋亚平 日期：2008 年 3 月 10 日 上海交通大学硕士学位论文 附件附件 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授

13、权书。 本学位论文属于 不保密 不保密。 （请在以上方框内打” ） 学位论文作者签名：宋亚平 指导教师签名：周玉洁 日期：2008 年 3 月 10 日 日期：2008 年 3 月 10 日 上海交通大学硕士学位论文 1 第一章 概述 当今时代被誉为信息时代，科学技术飞速发展，与此同时，多媒体领域也 在发生一场深刻的革命，视频信号的数字化和网络化则集中体现了这场革命的 深刻内涵。科学技术的巨大进步、用户对高品质视听生活的不断追求正加速推 动着模拟音视频信号的数字化进程，模拟音视频信息向数字音视频信息的转变 己是大势所趋。数字视听代表着现代多媒体技术的发展潮流，因而正日益成为 现代系统的主流。

14、1.1 研究的背景 随着人们追求更高的娱乐享受和高清晰度数字电视（HDTV）的发展。传 统的模拟视频接口，例如复合视频全信号（CVBS）和亮色分离（S-Video）等 已经不能满足数字视频宽带传输的需要。1080i50Hz制式下的分量视频数据 无损传输每路需要的数据码率接近600Mbps。因此宽带视频以及多媒体接口被 开发出来。例如，高清晰度多媒体接口（HDMI，High-Definition Multimedia Interface） 1。 过去模拟方式的视频和录音磁带都会因为拷贝而导致产品质量退化，因此 正版产品在质量上总能保证比盗版产品更加优越，尤其是与多次复制的复版磁 带相比。但由于数

15、字音视频采用01比特保存内容，可以以任何数字文件格式完 好无损地被拷贝，欣赏起来几乎与最原始源文件没有任何区别，因此极易造成 不可控的盗版连续拷贝行为。当娱乐媒体没有被付费后，将导致合理购买它的 价格上涨，甚至更糟糕的是，导致生产这些媒体资源的利润将达不到足够吸引 商业投资的可能，以至于生产商由于利润的缩小而不再生产娱乐媒体产品。事 实上，好莱坞等数字电影和数字电视内容提供商一直在向相关部门施加巨大压 力，要求打击在网络上开展付费视频服务和DVD下载的网站。因此，宽带传输 高附加值数字内容的保护问题显得越来越重要。 在此背景下拷贝保护技术工作组（CPTWG, Copy Protection T

16、echnical Working Group）的5个成员公司Intel、日立、松下、索尼和东芝（以上5家公司 也被非正式地称为“5C” ）发起成立了数字传输内容保护（DTCP, Digital Transmission Content Protection）规范委员会 2。2004年8月，在广播电影电视 行业的强大压力下美国联邦通信委员会（FCC Federal Communications Com- 上海交通大学硕士学位论文 3 第二章 HDMI 接口技术 2.1 HDMI 技术概述 HDMI1系统结构定义为由HDMI发送端和HDMI接收端组成。当然，一个 HDMI设备可能含有一个或多个HDMI输入，也可能含有一个或多个HDMI输 出。设备上每一个HDMI输入都必须遵从HDMI发送端相关的所有规定；每一个 输出都必须遵从HDMI接收端相关的所有规定。 图2.1 HDMI连接结构图 Figure2.1 HDMI Block Diagram 如图 2.1为HDMI结构图，HDMI电缆和连接器携带4个差分对组成TMDS