Implementação em Verilog do algoritmo de cifra AES-CTR para aplicações HDMI 2.0 PDF
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FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Implementação em Verilog do algoritmo de cifra AES-CTR para aplicações HDMI 2.0 Hugo Miguel Teixeira Fernandes PARA APRECIAÇÃO POR JÚRI MestradoIntegradoemEngenhariaEletrotécnicaedeComputadores OrientadorFEUP:Prof. DoutorJoãoCanasFerreira OrientadorSynopsys: Eng.o RuiRainhoAlmeida 30deJunhode2014 Resumo Com uma base instalada superior a dois mil milhões de dispositivos, a tecnologia HDMI tornou-se a interface multimédia com maior adoção para aplicações de entretenimento caseiro e multimédia móvel. A recente atualização da especificação HDMI para a versão 2.0 trouxe a possibilidade de transporte de resoluções mais elevadas, tais como Ultra HD (4K x 2K a 60Hz). Deformaaprotegerosconteúdospremiumcontracópianãoautorizada,ainterfaceHDMIpermite ainclusãodetecnologiahigh-bandwithDigitalContentProtectionSystem(HDCP),aqualrecorre aoalgoritmodecifraAdvancedencryptionstandard emmodocontador(AES-CTR). A inclusão da cifra AES-CTR em aplicações HDMI acarreta um objectivo de desempenho muito elevado, uma vez que a cifra é aplicada no caminho de dados áudio/vídeo de 24 bits, com umacadênciadeaté600MHz. Esta dissertação apresenta um estudo sobre a cifra AES e a sua implementação no protocolo HDCP 2.2 para aplicações HDMI 2.0. Foi realizado um estudo de várias implementações possí- veis,sendoanalisadoodesempenhoeaáreaocupada. Foram também implementadas e desenvolvidas várias arquiteturas AES para utilização em modocontadornoprotocoloHDCP2.2. SendorealizadoofluxodeprojetodeFront-End desdea especificação ate a netlist gate-level, assim como a validação do mesmo, desenvolvendo o plano deverificaçãoebancadadeteste. i ii Abstract Withovertwobilliondevicesinstalledbase,HDMItechnologyhasbecomethelargestmulti- media interface with adoption applications for home entertainment multimedia and mobile. The latest update of the HDMI specification to version 2.0 brought the possibility of carrying higher resolutions, such as Ultra HD (4K x 2K at 60Hz). In order to protect premium content from unauthorized copying, HDMI technology allows the inclusion of high-bandwith Digital Content ProtectionSystem(HDCP),whichusestheAES-CTRencryptionalgorithm. TheinclusionofthecipherAES-CTRinHDMIapplicationsentailsaveryhighperformance objective,sincethefigureisappliedtotheaudiopathdata/video24-bit,withacadenceofupto 600MHz. ThisdissertationpresentsastudyontheAEScipheranditsimplementationintheHDCP2.2 protocolforHDMI2.0applications. Astudyofseveralpossibleimplementationswasperformed. Beinganalyzedperformanceandareaofeach. TheflowFrontEndwasheldfromspecificationuntilthegate-levelnetlist,aswellasvalidationof itbydevelopingaverificationplanandatest-bench. iii iv Agradecimentos Gostariadeagradecer, Em especial aos Meus Pais, Mário e Júlia Fernandes, e a minha irmã Marta, por acreditarem sempre em mim, espero de alguma forma poder retribui e compensar todo o carinho, apoio e de- dicação que, constantemente me ofereceram, sem eles nada disto seria possível. E a eles, dedico todoestetrabalho. Aos meus orientadores, Professor Doutor João Canas Ferreira e ao meu orientador da Sy- nopsysEng. RuiRainhoAlmeida,portodaapaciência,compreensão,agradeçoaoportunidadee oprivilégioquetiveemfrequentaresteMestradoquemuitocontribuiuparaoenriquecimentoda minhaformaçãoacadémica,assimcomoaexcelenteoportunidadedeterrealizadoestadissertação na Synopsys onde pude aprender com os melhores, desenvolvi os meus conhecimentos, e cresci bastanteanívelprofissionalepessoal. Agradeço a toda a equipa de HDMI da Synopsys que me acolheu e me proporcionou todas as condições necessárias para a elaboração deste trabalho, por todos os conhecimentos que me proporcionaram, paciência, amizade e dedicação, e em especial ao Eng. Luís Laranjeira que fez comquetudoistofossepossível. Agradeço a todos os meus amigos que de uma forma directa ou indirecta sempre estiveram comigo e me apoiaram. Obrigada pela vossa amizade, companheirismo e ajuda, factores muito importantesnarealizaçãodestadissertaçãoequemepermitiramquecadadiafosseencaradocom particularmotivação. v vi “Believeyoucanandyou’rehalfwaythere” TheodoreRoosevelt vii viii
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