數(shù)字傳輸內(nèi)容保護(hù)中的密碼算法實(shí)現(xiàn).pdf

1、網(wǎng)絡(luò)帶寬、計(jì)算能力、壓縮技術(shù)和存儲(chǔ)設(shè)備的飛速發(fā)展促進(jìn)了多媒體數(shù)字內(nèi)容的廣泛分布與應(yīng)用。于此同時(shí)，多媒體數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容的非法復(fù)制、傳播的成本極其低廉，這使得對數(shù)字內(nèi)容的保護(hù)成為當(dāng)務(wù)之急。內(nèi)容保護(hù)隨著數(shù)字多媒體產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，但由于多媒體數(shù)據(jù)固有的一些特點(diǎn)(如數(shù)據(jù)信息量大、傳輸時(shí)間要求較高)，使得多媒體內(nèi)容保護(hù)成為一個(gè)具挑戰(zhàn)性的問題。 在各種內(nèi)容保護(hù)協(xié)議中，密碼算法被廣泛的用于數(shù)字簽名、密鑰共享、數(shù)據(jù)加密。如何高速、有效硬件實(shí)

2、現(xiàn)密碼算法對內(nèi)容保護(hù)協(xié)議安全、快速的實(shí)現(xiàn)致關(guān)重要。針對DTCP(Digital Transmission Content Protection)內(nèi)容保護(hù)協(xié)議，本文通過分析協(xié)議使用的密碼算法，提出安全散列函數(shù)SHA-1、SHA-256，AES高級(jí)加密算法，素?cái)?shù)域橢圓曲線點(diǎn)乘算法的硬件實(shí)現(xiàn)方法，有效地滿足了DTCP內(nèi)容保護(hù)協(xié)議對設(shè)備驗(yàn)證、傳輸數(shù)據(jù)加密的需求。 針對SHA-1算法，利用迭代關(guān)系，把關(guān)鍵路徑上的4個(gè)加法器分配到4個(gè)不同的

3、流水級(jí)中。最后實(shí)現(xiàn)的SHA-1硬件結(jié)構(gòu)，在關(guān)鍵路徑上僅有一級(jí)加法器，數(shù)據(jù)處理吞吐量可達(dá)到3.1Gb/s；在SHA-1算法研究的基礎(chǔ)上，針對SHA-256算法固有的特點(diǎn)，對算法進(jìn)行變形，利用進(jìn)位節(jié)省加法器(CSA)進(jìn)一步縮短2級(jí)加法器的電路延時(shí)，使SHA-256硬件實(shí)現(xiàn)后能達(dá)到2.9Gb/s的數(shù)據(jù)吞吐量。DTCP協(xié)議中，數(shù)據(jù)發(fā)送端采用廣播形式發(fā)送數(shù)據(jù)，為了滿足數(shù)據(jù)流量的要求，AES算法對S-Box變換進(jìn)行2級(jí)流水處理。實(shí)現(xiàn)后，AES硬件模

4、塊運(yùn)算速度最高可達(dá)到410MHz，數(shù)據(jù)吞吐量50Gb/s，滿足了廣播式發(fā)送數(shù)據(jù)的處理要求。設(shè)備簽名驗(yàn)證和密鑰共享的核心是素?cái)?shù)域橢圓曲線點(diǎn)乘運(yùn)算(ECC GF(p))。在確定使用Montgomery模乘算法計(jì)算大整數(shù)的模乘運(yùn)算后，采用基為16、分段化、3級(jí)并行運(yùn)算結(jié)構(gòu)的Montgomery模乘模塊實(shí)現(xiàn)模乘運(yùn)算。在單個(gè)模乘模塊中，對32位×4位的乘法計(jì)算采用查找表譯碼加進(jìn)位節(jié)省加法(CSA)的方法，加法計(jì)算結(jié)果使用redundant的數(shù)字形