SHA-1算法在HDCP中继器中的应用

论文摘要

随着科学技术的迅速发展，我们已经进入了信息时代，与此同时大量的信息涌入到人们的日常生活中，信息的安全和可靠度问题显得越来越重要。在数字音视频数据传输方面，HDCP授权认证协议为保护知识产权提供了一种新的技术，确保所传输的数据是安全的、有效的和完整的。在HDCP系统中最多允许链接7级HDCP设备不超过127个HDCP器件，其中HDCP器件包括的HDCP中继器及其链接的HDCP保护接口。因此HDCP中继器需要处理大量的数据，尤其是第一级中继器需要把下游所有设备的认证信息都汇聚到该中继器进行验证，为了解决这个问题在HDCP中继器引进SHA-1算法。SHA-1算法对长度不超过264位的信息进行处理并产生一个160位的信息摘要。SHA-1算法在认证过程中将对需要验证的数据进行压缩，从而降低了数据传输失败的概率并且提高了认证的速度。本文首先分析了HDCP授权认证协议的三个授权验证过程，详细研究了HDCP中继器的工作机制，阐述了SHA-1算法在HDCP中继器的具体应用及其重要性。然后具体研究了SHA-1算法的原理，并根据SHA-1算法的原理提出了三种改进的结构以提高SHA-1算法的处理速度增加其吞吐率。最后对SHA-1算法的硬件电路的设计方案进行了较深的研究。最终采用自顶向下的设计方案，用循环结构来实现SHA-1算法的硬件电路。在该结构中将原来连续两轮的迭代运算合并为一轮，这样原来需要80次迭代运算减少到只需要40次就能完成，大大的提高电路的处理速度。同时，在优化关键路径的时候采用了快速进位加法器；根据每一轮的逻辑函数的相似特性对其采用了复用，把原本需要四级逻辑来实现的电路减少到一级，大大节约了资源，减少芯片面积。最后对硬件电路进行了功能性测试，基于对仿真波形和功能时序的分析，验证了SHA-1硬件电路设计功能的正确性。本文具有较强的理论和实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 SHA-1 算法的研究现状
• 1.3 相关技术的发展
• 第二章 HDCP 系统的分析与研究
• 2.1 HDCP 概述
• 2.2 HDCP 授权验证协议
• 2.2.1 授权验证第一部分
• 2.2.2 授权验证第二部分
• 2.2.3 授权验证第三部分
• 2.3 HDCP 中继器
• 2.3.1 中继器下游链接状态图
• 2.3.2 下游中继器授权验证
• 2.3.3 上游中继器授权验证
• 2.4 本章小结
• 第三章 SHA-1 算法
• 3.1 SHA-1 算法简介
• 3.2 SHA-1 算法的分析
• 3.3 SHA-1 算法效率分析及改进
• 3.3.1 SHA-1 算法的效率分析
• 3.3.2 流水线结构
• 3.3.3 并行运算结构
• 3.3.4 循环展开结构
• 3.4 本章小结
• 第四章 SHA-1 算法的硬件设计与仿真
• 4.1 硬件实现 SHA-1 算法的标准方案
• 4.2 硬件电路的实现
• 4.2.1 顶层设计
• 4.2.2 存储模块
• 4.2.3 控制模块
• 4.2.4 信息块分组与字扩展模块
• 4.2.5 迭代运算模块
• 4.3 硬件电路的仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文