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HDCP 1.x 개요 | GraniteRiverLabs

Written by GRL Team | Jul 3, 2023 5:35:59 AM

Granite River Labs (GRL)
By Ray Yang – Test Engineer, GRL (Taipei)

HDCP (High-Bandwidth Digital Content Protection)는 인텔에서 2003년 공식화한 디지털 콘텐츠 보호를 위한 기술 사양입니다. 주로 DVI, HDMI® 및 DisplayPort™와 같은 디지털 인터페이스를 통해 전송되는 고화질 영화 콘텐츠의 불법 녹화를 방지하는 데 사용됩니다. 이 기술을 사용하면 오디오 및 비디오 콘텐츠가 암호화되어 불법 레코더가 원본 HD 오디오 및 비디오를 복원하거나 도용하지 못하도록 방지합니다.

송신기, 수신기 또는 리피터 링크의 어느 쪽 끝에서든 HDCP를 사용할 수 없는 경우 고화질 오디오 및 비디오 콘텐츠를 재생할 수 없습니다. 화질이 480p로 저하되거나 심할 경우 재생을 실패합니다. 고화질 콘텐츠에 대한 수요가 증가함에 따라 디지털 암호화를 지원하는 기술이 점점 더 대중화되고 있습니다. 현재 송신기, 수신기, 비디오 게임 콘솔 등 시중에 판매되는 대부분의 소비자 멀티미디어 시청각 및 엔터테인먼트 제품은 HDCP를 사용합니다.

이 보호 기술을 사용하려는 제조업체는 먼저 디지털 콘텐츠 보호(DCP) 협회에 가입하고 미화 15,000달러의 연회비를 지불해야 합니다. 그런 다음 콘텐츠 암호화를 위한 '키'를 구매해야 하며, 구매 수량에 따라 비용이 달라집니다(표 1 참조).


표 1: HDCP 키 비용

"KEY(키)"에는 HDCP 암호화 프로세스에서 중요한 링크인 특수 키 선택 벡터(KSV)가 포함되어 있습니다. KSV는 20개의 "0"과 20개의 "1"로 구성된 이진 값입니다. 송신기와 수신기는 서로의 KSV를 확인하여 연결이 합법적인지 확인합니다. 각 장치에는 DCP 연결 목록에 저장되는 고유한 키 세트가 있습니다.

키가 크랙되거나 유출되는 것을 방지하기 위해 크랙되거나 유출된 모든 KSV가 포함된 "해지 목록"이 설정되어 있습니다. 송신기는 수신기의 KSV가 목록에 있는지 확인합니다. 그럴 경우 연결이 불법으로 간주되어 비디오 및 오디오 콘텐츠의 재생이 즉시 중단됩니다.

HDCP 시스템에는 송신기, 수신기, 리피터의 세 가지 주요 장치가 있습니다. HDCP1.x 사양에 따르면 시스템에 최대 7계층의 리피터와 128개의 장치를 연결할 수 있습니다(아래 그림 1. 참조).

그림 1: HDCP 시스템 연결(출처: HDCP 사양 Rev1_4)

인증 프로토콜에 따라 송신기와 수신기는 키를 교환합니다. 이를 통해 송신기는 수신기가 HDCP로 암호화된 디지털 비디오 및 오디오 콘텐츠를 수신할 수 있는 인증된 장치인지  여부를 확인할 수 있습니다. 이 인증 프로토콜의 일부로 두 장치는 DCP 조직에서 승인한 장치 개인 키를 사용하여 암호화 계산을 실행합니다. 결과는 장치가 인증되었는지 확인하는 데 사용되는 공유 암호 값인 "Km"이 생성됩니다.

인증 과정에는 세 가지 단계가 있습니다:

1. 인증 프로토콜의 첫 번째 부분

2. 인증 프로토콜의 두 번째 부분

3. 인증 프로토콜의 세 번째 부분

 

인증 프로토콜 – Part 1

파트 1에서는 송신기와 수신기/ 간에 키를 교환하여 이러한 장치 간의 연결이 합법적인지 확인합니다.


그림 2: HDCP 인증 프로토콜 - 1

 

Steps:

  1. 송신기는 언제든지 HDCP 인증을 시작할 수 있습니다.
  2. 송신기는 수신기에 AKsv와 An을 전송합니다. (AKsv = 송신기의 KSV. An = 임의의 64비트 값).
  3. 수신기는 Bksv와 REPEATER 비트를 전송하여 응답합니다(Bksv = 수신기의 KSV. REPEATER 비트는 수신자가 리피터인지 여부를 나타냅니다).
  4. Km(공유 비밀 값)은 매개변수로 송신기에 연결된 장치의 반환된 KSV에 해당하는 비밀 장치 키를 사용하여 56비트 이진수 추가로 계산됩니다. 연결된 장치의 Km은 같은 방법으로 계산됩니다.

 

HDCP 암호 단위의 경우 Km, 리피터 ||An과 같은 매개 변수를 사용하여 Ks, M0 및 R0을 계산합니다.

Ks: 세션 키 – HDCP 암호 장치의 56비트 비밀 키입니다.
M0: 인증 프로토콜의 파트 2에서 사용되는 64비트 비밀 값입니다.
R0: 인증 교환이 성공했음을 나타내는 수신기에서 송신기로 다시 전송되는 16비트 반환 값입니다.

  1. R0 = R0'이면 인증이 완료되면 HDCP 복호화가 시작됩니다.
  2. 송신기는 Aksv를 작성한 후 100ms 이전에 R0' 값을 읽지 않아야 합니다.

 

인증 프로토콜 – Part 2

파트 2에서는 하위 디바이스가 리피터인 경우 다운스트림 디바이스의 모든 KSV를 수집하여 상위 디바이스에 보고합니다. 이 단계는  디바이스가 리피터인 경우에만 수행됩니다.


그림 3: HDCP 인증 프로토콜 - 2

 

Steps:

  1. 송신기는 5초 이내에 단계가 완료되도록 5초 대기 시간을 설정하고 하위 레벨의 KSV 목록과 준비 비트의 상태를 요청합니다.
  2. 하위 레벨의 리피터는 준비 비트 = 1과 수집된 KSV 리스트를 송신기로 전송합니다.
  3. 하부 리피터는 수집된 KSV 리스트와 인증 프로토콜 파트 1에서 계산한 Bstatus, M0', SHA-1 계산 방법을 사용하여 V' 를 계산합니다.
  4. 상위 레벨의 리피터는 동일한 방식으로 V를 계산하고 하위 레벨의 리피터가 반환한 V'와 비교합니다. V≠V' 일 경우, 5초 이내에 송신기에 준비 비트=1을 전송할 수 없으므로 KSV 리스트의 무결성에 문제가 있음을 나타냅니다.
  5. V=V' 일 경우, Transmitter는 KSV 리스트의 V와 V' 를 다시 확인합니다. 다음과 같은 경우에는 연결을 종료하고 인증 프로세스의 파트 1을 다시 시도합니다:
    1. The size of KSV list exceeds the Transmitter's capacity.
    2. V≠V’
    3. The Transmitter has not received Ready bit =1 within five seconds.

리피터는 KSV의 전체 목록을 수집하는 것 외에도 송신기가 전체 HDCP 시스템의 레이어 수와 연결된 장치 수가 상한을 초과하는지 여부를 확인할 수 있도록 Bstatus의 DEVICE_COUNT 및 DEPTH를 송신기에 보고합니다.

 

인증 프로토콜– Part 3

파트 3에서는 시스템이 두 HDCP 장치의 암호화 주파수와 순서가 일관되고 동기적인지 확인합니다. 동시에 추가 인증 메커니즘을 생성합니다.

그림 4: HDCP 인증 프로토콜 - 3부

 

Steps:

  1. 두 기기에서 Ki, Mi, Ri 계산하기

Ki: HDCP 암호 유닛의 복호화 및 암호화를 초기화하는 56비트 값      
Mi: HDCP 암호 유닛을 초기화하는 64비트 값                  
Ri: 송신기와 수신기의 합법성을 확인하는 16비트 값

  1. "i"는 프레임 번호입니다. 인증 프로토콜의 파트 1이 완료되고 첫 번째 암호화된 프레임이 시작될 때 계산됩니다. 각 프레임 또는 각 암호화된 프레임은 위쪽으로 증가합니다.
  2. Ri와 Ri' 는 128프레임마다 다시 계산됩니다.
  3. 송신기는 2초마다 Ri와 Ri' 를 비교합니다.
  4. 송신기는 1ms 이내에 Ri'를 읽어야 합니다.
  5. 장치가 HDCP 1 기능을 지원하는 경우 16프레임마다 한 번씩 Pj 값을 확인합니다. 검사 중에 연속으로 세 번의 Pj 오류가 발생하면 픽셀 전송 오류가 식별됩니다.

 

결론

소비자가 HDCP로 보호되는 블루레이 디스크와 같은 디지털 멀티미디어 오디오 및 비디오 콘텐츠를 시청하려면 DVD 플레이어와 수신기(TV 및 모니터)에 모두 내장된 키와 위의 인증 단계를 실행할 수 있는 기능이 있어야 합니다. 그렇지 않으면 고해상도 디지털 비디오 콘텐츠를 사용할 수 없습니다.

HDMI2.0(가장 최신 버전은 HDMI2.1)의 업데이트에 대응하여 수행된 HDCP1.4에 대한 추가 작업의 일환으로 DPC 협회는 2013년에 HDCP2.2에 대한 보호 메커니즘을 발표했습니다. 이는 2018년에 HDCP2.3으로 추가 업데이트되었습니다.

 

References

  • High-bandwidth Digital Content Protection System, Revision 1.4. 8 July, 2009
  • High-bandwidth Digital Content Protection Specification Compliance Test Specification, Revision 1.2. November 18, 2009

 

Author
Ray Yang – Test Engineer, GRL (Taipei)

국립 대만과학기술대학교 화학공학과를 졸업한 레이 양은 GRL(타이베이)의 테스트 엔지니어입니다. 그는 HDMI 테스트 분야에서 3년 이상의 경력을 쌓았으며 HDMI, MIPI, V by One 및 기타 테스트 사양에 대해 잘 알고 있습니다. 그는 고객이 HDMI 문제를 명확히 파악하고 성공적으로 인증을 획득하도록 돕습니다.

 
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