基于DisplayPort接口的HDCP软件实现及应用

DisplayPort|0">DisplayPort接口标准是由视频电子标准协会（VESA）批准的，一个开放的、可扩展的标准。其为降低PC平台和元件的成本及推动通用数字接口而开发。DisplayPort实现了显示设备用一条电缆与数字视频信号连通的高清数字音频，并实现真正即插即用的强大的互操作性，这些使现有的数字显示互连非常具有成本效益。为了提高其与现有数字接口的互通性，DisplayPort的1.1版本增加了兼容支持高带宽数字内容保护（HDCP）来支持HDMI和DVI采用的HDCP技术。

　　DisplayPort

　　1 DisplayPort接口

　　DisplayPort体积小，传输结构利用了类似PCI Express的电气层，采用"Micro-Packet Architecture(微封包架构)"传输架构，使视频内容以封包方式传送。传输数据最高可支持10.8Gb/s的传输带宽。

图1 DisplayPort数据传输通道

　　2 DisplayPort链路

　　DisplayPort链路由一个主链路、一个辅助通道（AUX CH）、一个热插拔检测（HPD）信号线组成。如图1所示，主链路是一条单向、高带宽并且低延时的通道，用于传输未经压缩的视频和音频等同步数据流。辅助通道是一条用于链路管理和设备控制的、半双工的双向通道。HPD信号用作终端设备的中断请求信号。

　　HDCP

　　HDCP技术由好莱坞与Intel合作开发，保护未经压缩的数字音视频内容，适用于高速的数字视频接口（DisplayPort、HDMI、DVI），其最新版本HDCP 1.3已经支持DisplayPort接口采用源设备和显示设备间直接认证，内容加扰实现保护。HDCP设计为内容消费链中的最后一个环节，从内容源设备到显示设备，HDCP不允许完全内容拷贝行为，即拷贝控制信息CCI 只有禁止拷贝状态。在系统更新方面，HDCP采用吊销列表来屏蔽已经被窃取的设备私钥。

　　HDCP与DisplayPort

　　1 HDCP在DisplayPort上应用机制

　　HDCP应用于DisplayPort接口的保护机制包括以下三个元素。

　　①HDCP发送器，能立即识别下游接收器的拓扑连接结构，认证协议会确保HDCP发送器发出的信号是HDCP接收器所授权接受的。

　　②DCP LLC会撤销授权无效的HDCP接收器的授权。

　　③在有HDCP保护的信号下发送与接收的同时，不断对加密视频传输的完整性进行验证。

　　2 HDCP结构以及算法实现

　　①HDCP结构

　　HDCP在DisplayPort接口内容保护中采用了树状的拓扑结构，为了使得完成认证的时间在容许范围之内，HDCP规定了一个拓扑结构最多允许有7层结点、128个接收设备。图2显示了一个设备深度为2、设备数为4的拓扑结构。

图2 HDCP拓扑结构图

　　②结合硬件采用软件实现HDCP

　　软件实现HDCP过程中，需要芯片内部硬件加密系统的支持，如伪随机数的产生等。硬件加密系统结构如图3所示。

　　（d）函数定义
　　在SHA1中需要一系列的函数。每个函数ft(0≤t≤79)都操作32位字B，C，D（B,C,D为32位的函数形参）并且产生32位字作为输出。ft(B,C,D)定义如下。

　　（e） 计算消息摘要
　　SHA1使用补位和补长度后的消息来计算消息摘要。计算需要两个缓冲区，每个都由5个32位的字组成，还需要一个80个32位字的缓冲区。第一个5个字的缓冲区被标识为A，B，C，D，E。第一个5个字的缓冲区被标记为H0, H1, H2, H3, H4。80个字的缓冲区被标记为W0,W1,..., W79，另外还需要一个字的TEMP缓冲区。

　　为了产生消息摘要，首先处理前面定义的16个字的数据块M1, M2,..., Mn，处理每个数据块Mi包含80个步骤。在处理每个数据块之前，缓冲区被初始化为下面的值（十六进制）：

　　处理Mi包括以下步骤：
　　(I)将 Mi分成16个字W0，W1，…， W15,W0是最左边的字。
　　(II)对于t=16～79令

　　(III)令A=H0, B=H1, C=H2, D =H3, E=H4。
　　(IV)对于t=0～79，执行下面的循环

　　E=D; D=C; C=S30(B); B=A; A=TEMP;
　　(V)令H0=H0+A,H1=H1+B, H2=H2+C, H3=H3+D, H4=H4+E

　　在处理完所有的Mn后，得到一个160位的字符串，也就是最后得到的V（V’）。中继器会将V’发送给发送端，发送端通过比较本地计算的V与接收到的V’是否相等来判断认证结果。

　　● 协议第三步：加密完整性检测

　　在解密过程中，HDCP在HDMI与DisplayPort中的应用所不同。在HDMI的解密过程中，HDCP系统会每2s中进行一次连接确认，同时每128帧画面进行一次发送端和接受端同步识别码，确保连接的同步，所有这些都是由发送端发起。而在DisplayPort的解密过程中， DisplayPort的Link Layer负责确认两台设备之间的连结效能与正确的沟通，以其参数值(0=完整、1=不完整)作为沟通的语言，该参数是发送端通过辅助通道读取接收端的DPCD的某一位的值来获取，也就是说，解密的完整性验证完全是由接收端来执行的。