Защита цифрового контента HDCP: принципы и уязвимости

Введение

Защита от цифрового копирования

Защита цифрового контента с высокой пропускной способностью (HDCP) — это форма защиты от цифрового копирования, разработанная корпорацией Intel для предотвращения копирования цифрового аудио- и видеоконтента при передаче по соединениям. Типы соединений включают DisplayPort (DP), Digital Visual Interface (DVI) и High Definition Multimedia Interface (HDMI), а также менее распространенные или устаревшие протоколы, такие как Gigabit Video Interface (GVIF) и Unified Display Interface (UDI). Система предназначена для предотвращения воспроизведения контента, зашифрованного по стандарту HDCP, на неавторизованных устройствах или устройствах, которые были модифицированы для копирования контента HDCP. Перед отправкой данных передающее устройство проверяет, имеет ли получатель право на его получение. Если да, передающее устройство шифрует данные для предотвращения перехвата при передаче получателю. Например, устройство не должно быть спроектировано для копирования; оно должно "препятствовать попыткам обойти требования к защите контента". Intel подтвердила, что взлом существует, и полагает, что мастер-ключ был получен путем обратной разработки, а не утечки. Intel пригрозила судебным иском любому производителю нелицензированных устройств.

Обход

HDCP-стрипперы расшифровывают поток HDCP и передают незашифрованный видеосигнал HDMI, позволяя использовать его на дисплеях, не поддерживающих HDCP. В настоящее время неясно, продолжат ли работать такие устройства, если организация, управляющая лицензированием HDCP, опубликует списки отзыва ключей, которые могут быть установлены через новые носители (например, новые Blu-ray диски), воспроизводимые другим устройством (например, Blu-ray проигрывателем), подключенным к этому устройству.

Выпуск мастер-ключа

14 сентября 2010 года Engadget сообщил о публикации возможного подлинного мастер-ключа HDCP, способного создавать ключи устройств, аутентифицирующихся с другими устройствами, совместимыми с HDCP, без получения действительных ключей от The Digital Content Protection LLC. Этот мастер-ключ нейтрализует функцию отзыва ключей HDCP, поскольку новые ключи могут быть созданы после отзыва старых. Intel пригрозила судебным преследованием любому, кто производит оборудование для обхода HDCP, возможно, в соответствии с Законом о цифровом авторском праве тысячелетия. Атака использовала тот факт, что в процессе сопряжения ключ Km передается, замаскированный операцией XOR. Это не позволяет шифровальщику (приемнику) определить, шифрует он ключ или расшифровывает его. Кроме того, входные параметры для XOR и AES, расположенного выше, фиксированы со стороны приемника, что позволяет передатчику повторить ту же операцию. Такая конфигурация позволяет злоумышленнику перехватывать протокол сопряжения, повторять его с небольшими изменениями и извлекать ключ Km. Небольшое изменение заключается в выборе "случайного" ключа, равного зашифрованному ключу из предыдущего обмена данными. Затем злоумышленник запускает протокол и в сообщении о сопряжении получает E(E(Km)). Поскольку E основан на XOR, он самообращается, тем самым раскрывая Km легитимного устройства. Версия V2.2 была выпущена для устранения этой уязвимости путем добавления случайности, генерируемой приемником. Однако передатчик в V2.2 не должен поддерживать приемники V2.1 или V2.0, чтобы избежать этой атаки. В связи с этим был выпущен новый бюллетень (erratum) для переопределения поля "Type", чтобы предотвратить обратную совместимость с версиями ниже 2.2. Флаг "Type" должен запрашиваться правилами использования контента (например, через DRM или CAS, которые открыли контент). В августе 2015 года появились слухи о взломе версии 2.2. Эпизод сериала AMC "Во все тяжкие" (Breaking Bad) был опубликован в интернете в формате UHD; его метаданные указывали на захват с HDMI (HDMI cap), то есть он был записан через интерфейс HDMI, который снял защиту HDCP 2.2. 4 ноября 2015 года китайская компания LegendSky Tech Co., уже известная своими другими устройствами для обхода HDCP (рипперами/сплиттерами) под брендом HDFury, выпустила HDFury Integral – устройство, способное удалять HDCP 2.2 с UHD-контента, защищенного HDCP. 31 декабря 2015 года Warner Bros и Digital Content Protection, LLC (DCP, владельцы HDCP) подали в суд на LegendSky. Однако иск был в конечном итоге отозван после того, как LegendSky заявила, что устройство не "удаляет" защиту контента HDCP, а лишь понижает ее до более старой версии, что явно разрешено в лицензионном соглашении DCP.

On 14 September 2010, Engadget reported the release of a possible genuine HDCP master key which can create device keys that can authenticate with other HDCP compliant devices without obtaining valid keys from The Digital Content Protection LLC. This master key would neutralize the key revocation feature of HDCP, because new keys can be created when old ones are revoked. Intel has threatened legal action against anyone producing hardware to circumvent the HDCP, possibly under the Digital Millennium Copyright Act. The attack used the fact that the pairing process sends the Km key obfuscated with an XOR. That makes the encryptor (receiver) unaware of whether it encrypts or decrypts the key. Further, the input parameters for the XOR and the AES above it are fixed from the receiver side, meaning the transmitter can enforce repeating the same operation. Such a setting allows an attacker to monitor the pairing protocol, repeat it with a small change and extract the Km key. The small change is to pick the "random" key to be the encrypted key from the previous flow. Now, the attacker runs the protocol and in its pairing message it gets E(E(Km)). Since E is based on XOR it undoes itself, thus exposing the Km of the legitimate device. V2.2 was released to fix that weakness by adding randomness provided by the receiver side. However the transmitter in V2.2 must not support receivers of V2.1 or V2.0 in order to avoid this attack. Hence a new erratum was released to redefine the field called "Type" to prevent backward compatibility with versions below 2.2. The "Type" flag should be requested by the content's usage rules (i. e. via the DRM or CAS that opened the content). In August 2015, version 2.2 was rumored to be broken. An episode of AMC's series Breaking Bad was leaked to the Internet in UHD format; its metadata indicated it was an HDMI cap, meaning it was captured through HDMI interface that removed HDCP 2.2 protection. On 4 November 2015, Chinese company LegendSky Tech Co., already known for their other HDCP rippers/splitters under the HDFury brand, released the HDFury Integral, a device that can remove HDCP 2.2 from HDCP enabled UHD works. On 31 December 2015, Warner Bros and Digital Content Protection, LLC (DCP, the owners of HDCP) filed a lawsuit against LegendSky. Nevertheless, the lawsuit was ultimately dropped after LegendSky argued that the device did not "strip" HDCP content protection but rather downgraded it to an older version, a measure which is explicitly permitted in DCP's licensing manual.

Проблемы

HDCP может вызывать проблемы у пользователей, желающих подключить несколько экранов к одному устройству; например, в баре с несколькими телевизорами, подключенными к одному спутниковому ресиверу, или когда пользователь работает с закрытым ноутбуком, используя внешний дисплей в качестве единственного монитора. Устройства HDCP могут генерировать несколько ключей, обеспечивая работу каждого экрана, но их количество варьируется в зависимости от устройства; например, спутниковые ресиверы Dish или Sky могут генерировать до 16 ключей. Технология иногда приводит к проблемам с установлением соединения (handshaking), особенно со старыми дисплеями высокого разрешения. Эдвард Фелтен писал, что "основным практическим следствием HDCP стало создание еще одного способа, которым ваша электроника может некорректно работать с телевизором", и после инцидента с главным ключом заключил, что HDCP – это "скорее инструмент для формирования рынка потребительской электроники, чем система безопасности". Дополнительные проблемы возникают при использовании интерактивного медиаконтента (например, видеоигр), где наблюдается задержка управления из-за необходимости дополнительной обработки для кодирования/декодирования. Также негативно сказываются различные повседневные сценарии использования, такие как прямые трансляции или запись игрового процесса. Существует также проблема, заключающаяся в том, что все ноутбуки Apple, предположительно для сокращения времени переключения, автоматически активируют шифрование HDCP через порты HDMI / Mini DisplayPort / USB-C при подключении к устройству, поддерживающему HDCP. Это создает неудобства, если пользователь планирует использовать функции записи или видеоконференций, поскольку эти устройства обычно не декодируют контент, защищенный HDCP (поскольку HDCP предназначен для предотвращения прямого копирования контента, что эти устройства потенциально могли бы сделать). Это относится даже к контенту, не требующему защиты HDCP, например, к презентации PowerPoint или интерфейсу устройства. Некоторые приемники (sink devices) имеют возможность полностью отключить отчетность о HDCP, что позволяет избежать блокировки контента для видеоконференций или записи. Однако, если эта функция отключена при подключенном приемнике, HDCP-контент может не воспроизводиться на многих источниках. При подключении источника HDCP 2.2 через совместимый распределитель к видеостене, состоящей из нескольких устаревших дисплеев, отображение изображения не может быть гарантировано.

HDCP can cause problems for users who want to connect multiple screens to a device; for example, a bar with several televisions connected to one satellite receiver or when a user has a closed laptop and uses an external display as the only monitor. HDCP devices can create multiple keys, allowing each screen to operate, but the number varies from device to device; e. g., a Dish or Sky satellite receiver can generate 16 keys. The technology sometimes causes handshaking problems where devices cannot establish a connection, especially with older high definition displays. Edward Felten wrote "the main practical effect of HDCP has been to create one more way in which your electronics could fail to work properly with your TV," and concluded in the aftermath of the master key fiasco that HDCP has been "less a security system than a tool for shaping the consumer electronics market." Additional issues arise when interactive media (i. e. video games) suffer from control latency, because it requires additional processing for encoding/decoding. Various everyday usage situations, such as live streaming or capture of game play, are also adversely affected. There is also the problem that all Apple laptop products, presumably in order to reduce switching time, when confronted with an HDCP compliant sink device, automatically enable HDCP encryption from the HDMI / Mini DisplayPort / USB C connector port. This is a problem if the user wishes to use recording or videoconferencing facilities further down the chain, because these devices most often do not decrypt HDCP enabled content (since HDCP is meant to avoid direct copying of content, and such devices could conceivably do exactly that). This applies even if the output is not HDCP requiring content, like a PowerPoint presentation or merely the device's UI. Some sink devices have the ability to disable their HDCP reporting entirely, however, preventing this issue from blocking content to videoconferencing or recording. However, HDCP content will then refuse to play on many source devices if this is disabled while the sink device is connected. When connecting a HDCP 2.2 source device through compatible distribution to a video wall made of multiple legacy displays the ability to display an image cannot be guaranteed.

Версии

HDCP revision Release Date Notes 1.0 17 февраля 2000 Поддерживает только DVI 1.1 9 июня 2003 Поддерживает DVI, HDMI 1.2 13 июня 2006 Поддерживает DVI, HDMI 1.3 21 декабря 2006 Поддерживает DVI, HDMI, DP, GVIF, UDI 1.4 8 июля 2009 2.0 IIA 23 октября 2008 Интерфейсная независимая адаптация, любой IP-интерфейс. Сжатое или несжатое видео (указано только для сжатого через PES). 2.1 IIA 18 июля 2011 Новый механизм управления контентом типа 1. Тип 1 – флаг, предотвращающий передачу контента на HDCP версий v1.x. Предполагается, что контент UHD потребует этого. Решает проблему добавления устройств в дерево HDMI без полной переаутентификации дерева, позволяя списку ReceiverID быть асинхронным. 2.2 IIA 16 октября 2012 Устраняет уязвимость, описанную выше, а также другие недостатки в проверке локальности. Тип 1 расширен для предотвращения передачи контента в версии v2.1, v2.0 и v1.x, поскольку все они имеют уязвимости. 2.2 для HDMI 13 февраля 2013 Эта спецификация не связана с обратной совместимостью с версиями v2.0 и v2.1, что делает ее чистой версией v2.2. 2.2 для MHL 11 сентября 2013 2.3 для HDMI 28 февраля 2018

HDCP v2.x (всего лишь для HDCP)

Версия 2.x HDCP не является развитием HDCPv1, а представляет собой принципиально иную систему защиты соединения. Версия 2.x использует отраслевые стандартные алгоритмы шифрования, такие как 128-битный AES с 3072- или 1024-битным открытым ключом RSA и 256-битная хеш-функция HMAC SHA256. HDCP 2.x включает в себя новый протокол аутентификации и проверку близости, чтобы убедиться, что приемник находится на достаточно близком расстоянии (он должен ответить на проверку близости в течение 7 мс при нормальном DVI/HDMI-соединении). Версия 2.1 спецификации была подвергнута криптоанализу, в результате которого были выявлены несколько уязвимостей, включая возможность восстановления ключа сессии. Между HDCP v2 и v1 сохраняется некоторое сходство. Оба находятся под управлением DCP LLC. Они используют одно и то же лицензионное соглашение, правила соответствия и требования к надежности. Они используют одну и ту же систему отзыва и один и тот же формат идентификаторов устройств.