原创 HDCP 2.x技术总览

HDCP（High-Bandwidth Digital Content Protection）是由Intel制订的加密技术，可运用在HDMI或是DisplayPort等数字接口传输高分辨率影音时，进行数字内容加密以防止影音信息被盗录。各家厂商如果要让多媒体芯片具有上述功能，则需先向Intel的子公司DCP LLC购卖HDCP密钥授权，之后才能将该技术实作于芯片上。而消费者如果要观赏具有HDCP保护的影音信息：如蓝光光盘、Netflix 影片，播放端（Blu-Ray Player）以及接受端（TV）均须购买有HDCP授权的产品，才能观赏到最高分辨率画质。如果有一方不支持，则会导致影片画质下降，或甚至无法拨放。

目前在于HDMI接口中，可支持的HDCP协议分为HDCP 1.4以及最新的HDCP 2.3（批注一），分别对应于FHD（1920x1080p）, UHD4K（3840x2160 or 4096x2160）不同分辨率的影音保护。以当前消费市场的趋势，4K影片以及显示器逐渐普及，甚至近期各家厂商推出的支持8K分辨率的HDMI 2.1消费性电子产品，可预期将有越来越多的产品将采用HDCP 2.3协议，因此本文将着重于HDCP 2.3协议的介绍。

HDCP 2.3介绍

图1：HDCP系统树形图（取自HDCP2.3 on HDMI Specification）

首先介绍HDCP 2.3实体架构，请参考图一，HDCP Transmitter 可透过输出口与下游装置连接：这些下游装置可为HDCP Receiver 或 HDCP Repeater，而该连接的HDCP Repeater 还能透过其下行输出口再连接其余装置，形成装置链接的树形图。但此树形图并非无限延伸，HDCP 2.3规范最多只能下接4层HDCP Repeater，且下接装置数量上限为32台。

接着再看HDCP 2.3协议层，其核心理念可分为三个部分。第一为认证（Authentication），传送装置会透过认证协议，确认下游是否为HDCP合法接受装置。第二，确认完双方的合法性后，再透过双方共享的密钥对影音进行加密/解密，避免外界被盗录。第三，由于HDCP装置中的密钥有可能被破解，因此传送装置会更新（Renewability）遭撤销的HDCP装置名单，确保不会传送HDCP加密信息给不合法的装置。

HDCP 2.3协议介绍

第二章节提到的认证（Authentication），将细分为几个步骤进行介绍，以下内容仅介绍协议的名词以及概念，加密算法并不在本文讨论范围。

–Authentication and key exchange (AKE)

此流程（可参考图2、图2）目的是Tx确认Rx是否为合格HDCP装置，其中信息皆使用HDMI中的I2C接口传输，以下为流程介绍：

1. 当双方装置链接后，Tx 会传送AKE_Init，内容包含一组64bit的伪随机码 rtx 以及 TxCaps (Tx HDCP 版本信息)给Rx，代表开始进行HDCP认证流程。

2. Tx在发送完AKE_Init后，Rx需在100ms内回传AKE_Send_Cert，如果超出时间则认证失败。AKE_Send_Cert 内容由certrx (包含Receiver ID, Public Key, DCP LLC Signature)、一组64bit的伪随机码 rrx 、RxCaps(RxHDCP 版本信息、Repeater bit)组成。

3. Tx 确认certrx 内的Receiver ID(相当于Rx的身分证)后，会产生两种分歧流程：如果Tx端没有储存对应该 Receiver ID 的 Master Key(km)，则进行 (图2.1)流程-AKE Without stored km，若有则进行 (图2.2)流程。

4. 如果双方装置为第一次链接，会进行 (图2.1)流程，Tx 除了检查ReceiverID外，还会使用 Tx 的Public Key确认certrx内DCP LLC Signature是否合法，如为非法将导致认证失败。

5. Tx 产生一组128bit的伪随机码作为Master Key(km)，使用Rx的PublicKey对其加密产生Ekpub(km)，并传送包含Ekpub(km)的AKE_No_Stored_km给Rx。

6. Rx 使用自己的private key (kprivrx)对Ekpub(km)解碼还原出km。

7. Tx 检查 System Renewability Message (批注二)的合法性，同样是藉由Tx 的PublicKey确认SRM 内的Signature是否合法。

8. 8确认完SRM合法性后，再确认下游装置的Receiver ID 是否合法。(以上SRM、Receiver ID确认只会由最上游Tx 进行)

9. Tx 与 Rx 进行Keyderivation，将获得的Master Key(km) 运算后得到 kd。

10. Tx 与 Rx 将双方交换过的信息(rtx, RxCaps, TxCaps) 以及kd再次运算后分别得到 H与H’。

11. Tx 读取Rx端发送的AKE_Send_H_Prime，如果H与H’值不相等，或是未在规定时间（1秒）内收到，将会导致认证失败。

–Pairing

1. 接续上述步骤，Rx 利用 kprivrx 计算出128bit kh, 再将 km 使用 kh 加密得到Ekh(km)

2. Rx 将包含 Ekh(km) 的 AKE_Send_Paring_Info 传给 Tx

3. Tx在200ms的时间限制内读取 AKE_Send_Paring_Info, 并将对应该次流程的 Receiver ID的 m, km, Ekh(km)储存于内存内。

4. 经过Pairing的双方设备再次认证时，因为Tx有储存对应该 Receiver ID 的 Master Key(km)，会直接进入(图2.2)流程，相较于(图2.1)流程省略部分步骤(如Master Key计算)，因此可减少HDCP认证时间。