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基于HDMI的HDCP认证及加密的软件实现

作　者: 席宏海
导　师: 戚正伟; 古继兴
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 高带宽数字内容保护高清晰度多媒体接口 HDCP加密机
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

HDMI是一种高清数字接口标准，它可以提供很高的带宽，无损地传输数字视频和音频信号。HDCP可以保证HDMI传输的高清晰信号不会被非法录制。本文在首先在分析HDMI接口和HDCP协议的基础上，实现了HDCP协议里的核心HDCP加密机。该加密机具有以下几点特点：1.提出了HDCP加密认证系统的纯软件设计方案，与硬件实现相比，具有灵活性高，成本低以及具有不依赖第三方硬件的公正性的特点。本文设计并实现了HDCP加密机三层结构基本单元，线形反馈移位寄存器模块、块模块、输出模块，进而实现了HDCP协议中应用的核心算法，块加密机、密码重置加密机、流加密机，这些加密算法的实现为整个HDCP认证加密系统提供了支持。2.软件采用模块化的设计，把嵌入式系统复杂的软件划分为相对较小的模块，模块之间逻辑结构独立，无交叉的函数调用，可以以库的形式提供给HDMI芯片的HDCP验证和兼容性测试工具标准的接口，有较强的可移植性和重用性。同时，软件的可调试的特点解决了HDCP芯片逻辑验证时调试困难的问题。3.针对HDCP大量位运算的特点，使用64bit长的数据操作来进行并行的位操作计算，加密机的性能相对于没有实现位并行优化的实现提高了50多倍，在高清分辨率下也获得较高的帧率，有较强的实用性。软件在一个名为hdcpcipher的程序上实现，程序的输入是设备密钥向量数据，输出为加密中间状态变量以及24bit的流加密数据。实现了HDCP认证及流加密需要的加密算法，并使用HDCP提供的标准8组测试用的设备密钥向量数据进行了测试，得出与HDCP标准相一致的测试结果，从而验证了整个HDCP加密机软件实现的正确性。同时，为了测试软件的性能，也提供了相关的功能来测试以及生成数据。根据实际的需要该软件也可以以库的形式提供给上层的HDCP工具使用。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 论文研究的背景  10-13
  1.2 论文研究内容和意义  13-14
  1.3 论文结构安排  14-16
2 HDMI 接口技术  16-29
  2.1 HDMI 1.4 技术产生背景  16-17
  2.2 HDMI 1.4 技术分析  17-20
  2.3 信号和编码  20-22
  2.4 HDMI 数字信号原理  22-23
  2.5 HDMI 物理层分析  23-26
  2.6 HDMI 数据岛周期包  26
  2.7 HDMI 音视频  26-29
    2.7.1 视频  26-28
    2.7.2 音频  28-29
3 HDCP 系统协议分析  29-48
  3.1 HDCP 系统结构分析  29-32
  3.2 HDCP 认证系统分析  32-39
    3.2.1 认证协议总体分析  32-33
    3.2.2 第一阶段的认证协议  33-34
    3.2.3 第二阶段的认证协议  34-38
    3.2.4 第三阶段的认证协议  38-39
  3.3 HDCP 端口  39-45
  3.4 HDCP 加密状态信号  45-48
4 HDCP 加密机软件设计和实现  48-80
  4.1 HDCP 加密算法  48-51
    4.1.1 HDCP 基本加密算法  48-49
    4.1.2 Blom's scheme 对称门限密钥交换机制  49-51
    4.1.3 Blom's scheme 的抗攻击分析  51
  4.2 HDCP 数据加密分析  51-53
  4.3 HDCP 加密/解密状态机图  53-57
    4.3.1 原始加密状态信号  53
    4.3.2 增强加密状态信号  53-57
  4.4 HDCP 加密机结构设计  57-59
  4.5 HDCP 加密机的软件实现  59-80
    4.5.1 基本模块接口设计和实现  59
    4.5.2 软件加密机数据结构设计  59-60
    4.5.3 线形反馈寄存器模块设计及实现  60-64
    4.5.4 块模块设计及实现  64-70
    4.5.5 输出模块设计及实现  70-73
    4.5.6 HDCP 对各模块的使用过程  73-77
    4.5.7 调用流程和整体实现  77-80
5 HDCP 加密机测试及性能优化  80-91
  5.1 HDCP 加密机测试  80-88
  5.2 性能优化及测试  88-91
6 总结和展望  91-93
  6.1 总结  91-92
  6.2 展望  92-93
参考文献  93-95
致谢  95-96
作者攻读学位期间发表的论文  96-97
附件  97

基于HDMI的HDCP认证及加密的软件实现

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