HDCP认证过程.doc

HDCP 是High-bandwidth Digital Content Protection System 的简称，即：高清数字内容保护系统。HDCP 是用于保护DVI（Digital Visual Interface）视频发送器和接收器之间的传输的视频信号。除此之外HDCP还可以用于DVI 视频发送器和视频转发器（Repeater）之间以及DVI视频转发器和视频接收器之间传输的视频信号的保护。本规范只涉及DVI视频发送器和接收器之间的传输的视频信号的HDCP。

图 1
实现方法：
如图1所示，在DVI发送端和DVI 接收端都有一个DVI加密器，在发送端将24位的图像数据A与DVI加密器产生的24位伪随机数B，进行异或运算，完成了加密。将得到的值A(XOR)B送入TMDS调制器调制后送出，这样在传输过程中的图像数据就被加密过了，在接收端将收到的信号进行解调，解调后的信号将再与B进行异或运算，根据逻辑运算（A(XOR)B）（XOR）B = A，这样就将图像信号A 还原出来了，完成了解密。
这个加密方法关键之处在于要保证DVI发送端和接收端的加密数 B 是实时相同的，那么HDCP系统就能正常工作了。为什么说是“实时相同的”呢？因为24位伪随机数B，是实时变化的，在每到来一个场同步信号，发送端和接收端的DVI加密器都将产生一个新的B，且发送端和接收端各自产生的新的 B 数值是相同的。如何保证发送端和接收端的B同步变化呢？如图1，我们可以看到发送端和接收端的DVI加密器硬件是相同的，要让它们输出的B 相同，那就要保证给它们的输入都相同。
如图1 DVI加密器输入有 AN，Aksv， BKsv和CTL3，An是一个随机，由DVI发送端产生的， AKsv是发送端的密钥选择向量，BKsv是接收端的密钥选择向量。每次在HDCP建立时，发送端都会产生一个新的AN，之后将An和AKsv通过DDC 写到接收端，再将接收端的BKsv读到发送端。这样就完成了“密钥选择向量”的交换。使得接收端和发送端都有相同的AN，AKsv， BKsv，而CTL3其实是一个同步信号，如图1所示接收端的CTL3 是与发送端的CTL3连接在一起的。这样有了相同的输入，就可以保证有实时相同的 B了。
KEY(密钥)的来源：
不论是接收端还是发送端，都有一个唯一的KEY(密钥)，公司的HDCP KEY是由技术管理部统一向DDWG购买的，且由技术管理部统一管理、发放，以保证生产的每一台机器的KEY是唯一的。生产部门根据订单的数量向技术管理部申请一定数量的KEY，并保证生产的每一台机器的KEY都是唯一的。在调试时用到的的KEY，也要单独向技术管理部申请。另外有的带HDCP的IC内部已经固化了KEY，KEY的唯一性由IC厂家来保证。
如果DDWG在市场上发现有相同HDCP KEY的机器，那么这些KEY将被屏蔽。生产厂家也会受到相应的惩罚。

接收端：
对于HDCP，接收端要比发送端简单一些。而且在电视中的DVI接口中大部也只是用到接收端的部分。
硬件：

图 2
1． 确保DDC 通路的通畅。
因为HDCP要交换密钥选择向量等信息都是通过DDC通道来完成的。
在所有能支持HDCP 的芯片都有用于访问 HDCP 模块 的 SCL和SDA，。要保证输入口的DVI 接口的SCL和SDA 与之对应连接，因为DVI DDC是5V电平的，如接收端芯片是3.3V 那就要进行电平转换，典型电路如图3。

2． 确保CTL3正确连接。
对与CTL3 ，一些TMDS解调芯片就带有HDCP解密功能的芯片，它在芯片内部就已经连接好了。如TI的TFP501，但是对于TMDS解调和HDCP解密模块不在同一个芯片内，如AD9887只有TMDS解调功能，而PW181内部有HDCP解密模块，就要保证AD9883的CTL3要与PW181的CTL3的脚相连接。

3. 确保HDCP接收端芯片能够读到正确的KEY。
每一个KEY都是由一个40bit的KSV(密钥选择向量)和40个56bit的key值组成。共285个byte。每台接收机中的KEY都是唯一的。一般情况这KEY是存放在接收端单独的EEPROM中的，以便于生产时每台机器的烧写，一些HDCP芯片有专门的 I2C通道用于连接存放KEY的EEPROM。如TFP501、AD9880。KEY是不能以明码的方式存在EEPROM中的，以防止被盗取。所以我们必须将KYE加密后，再烧写到EEPROM中。IC厂家会提供用于加密的软件。例如AD9880 ，ADI提供了一个KEY加密程序，285byte的原始KEY经过加密后，变成了一个大约300 byte大小的BIN 文件，然后我们将其烧入EEPROM中即可。用于存放BKsv的EEPROM要至少为24C04。对于TFP501，明码的加密是由IC自动完成的，我们只要将未加密的KEY直接烧入EEROM中即可。当芯片第一次上电时，TFP501会检测到EEPROM放置的是明码时，于是就会将其读出，进行加密后写回EEPROM，原来只有285个BYTE 的明码经过加密后将生成约300个BYTE 的加密码。另外还有一些带HDCP模块的芯片，如PW181，它的KEY存放在与程序共用的EEPROM中，厂家提供了一个用于加密，并将加密后的KEY烧入EEPROM中的程序。还有一种情况是带HDCP模块的IC 内部已经固化了KEY，例如SII9993，每一块芯片都已经含有了唯一的KEY。
4．热插拔电路
DVI输入口的热插拔识别脚要通过一个1K电阻上拉到5V电源，以供HDCP发送端设备检测。
软件：
HDCP的交换密钥选择向量和校验等工作都是由发送端的软件来完成的。对于接收端，软件基本上不用做什么事情。例如 TFP501 就完全不用接收端的 MCU 来控制。
对于PW181，由于在切换SOURCE 时PW181内部的CTL3有时会被断开，这样就造成HDCP不同步。于是软件要将HDCP的 I2C DISABLE 后，再 ENABLE 促使发送端检测到对HDCP模块的 I2C读写出错，从而触发发送端重新发起鉴证过程，重新同步。

发送端硬件：
1． 确保 DDC 通道的畅通。
确保DVI线中的DDC(SDA，SCL)与主控CPU的I2C 相连。且I2C的电平必须是5V，若为3.3V则也要用图1 的电路将3.3V电平转成5V电平。这组I2C总线必须是单独的一组I2C ，不能与整机系统的I2C 共用，因为考虑到DVI的引线很长，而且要与接收设备相连，有可能出现短路等情况，独立的总线可以避免这一组I2C出现短路等情况时，不影响发送端的系统I2C，从而保证整个电路的正常工作，保证整个系统的可靠性。
2. 保证主控CPU能读到正确的密钥KEY。
同接收端相同，每个KEY也是唯一的，有的也是经过加密后放置再外部的EEPROM中。而较常用的带DHCP的TMDS发送端芯片如SII170，它的KEY是由IC厂家预先固化在芯片中的。
3． 热插拔电路。
DVI中的热插拔线，与主控CPU 的一个中断请求脚（或者为IO口）相连。为了防止这个脚的损坏，要求该脚外加一个由74系列构成的缓冲器，以保护该脚（见图4）。平时为低电平，当有HDCP接收设备插上时，该脚变成高电平，于是发送端CPU能立刻知道，然后开始启动HDCP的鉴证过程。

图4
发送端软件：
发送端CPU是HDCP的主控设备，HDCP的监证和校验过程都是由它来完成的。
下面详细说明发送端HDCP的过程。
A、监证过程（参见图5）
1、 打开芯片随机数发生起，生成一个伪随机An。
2、 从HDCP发送端芯片读取An和AKsv。
3、 通过DDC的I2C 通道读取接收端的BKsv。
4、 检查BKsv是否合法。
5、 将BKsv写入发送端芯片。
6、 将An和AKsv写入接收端芯片。
7、 延迟一段时间，等待双方HDCP模块计算R0。
8、 从接收芯片读出R0’，从发送芯片读出R0，比较R0’和R0是否相等。
9、 若相等则将发送端芯片加密开关打开，开始加密数据。否则从 1、重新开始。
B、检查连接完整性
1、每隔两秒种，读取发送端的R0和接收端的R0。进行比较。
2、若两R0不等，则重新发起监证过程。