Implementação em Verilog do algoritmo de cifra AES-CTR para aplicações HDMI 2.0

95 Pages·2014·1.93 MB·Portuguese

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.
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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.
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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.
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“Believeyoucanandyou’rehalfwaythere”
TheodoreRoosevelt
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