DVD CSS 解密演算法原始碼深度解析：解密鍵推導與資料區解密

DVD 內容加密系統 (CSS) 使用 40 位元金鑰保護視訊資料。本文解析公開的 CSS 解密參考實作，包含查表常數、標題金鑰解密 (CSStitlekey1/2)、磁區解密 (CSSdescramble) 核心流程，為安全研究與相容性開發提供技術參考。

核心查表常數 (5 張表)

• CSStab0[11]：金鑰位元組重排索引表
• CSStab1[256]：非線性替換盒 (S-box)，解密核心混淆層
• CSStab2[256]：線性變換表，用於 LFSR 狀態更新
• CSStab3[512]：擴展線性變換表 (256×2)
• CSStab4[256]、CSStab5[256]：雙分支非線性函數表

磁區解密：CSSdescramble

void CSSdescramble(unsigned char *sec, unsigned char *key) {
    // sec: 2048 位元組磁區 (0x800)，前 0x80 為標頭不加密
    // key: 5 位元組標題金鑰
    unsigned int t1 = key[0] ^ sec[0x54] | 0x100;
    unsigned int t2 = key[1] ^ sec[0x55];
    unsigned int t3 = *(uint32_t*)(key+2) ^ *(uint32_t*)(sec+0x56);
    int t4 = t3 & 7;
    t3 = t3 * 2 + 8 - t4;  // LFSR 初始化
    
    sec += 0x80;  // 跳過標頭
    unsigned int t5 = 0;
    while (sec != end) {
        t4 = CSStab2[t2] ^ CSStab3[t1];
        t2 = t1 >> 1;
        t1 = ((t1 & 1) << 8) ^ t4;  // LFSR1 更新
        t4 = CSStab5[t4];
        t6 = (((((t3>>3)^t3)>>1)^t3)>>8)^t3)>>5 & 0xFF;  // LFSR2 非線性回授
        t3 = (t3 << 8) | t6;       // LFSR2 更新
        t6 = CSStab4[t6];
        t5 += t6 + t4;
        *sec++ = CSStab1[*sec] ^ (t5 & 0xFF);  // 位元組解密
        t5 >>= 8;
    }
}

標題金鑰解密：雙階段推導

DVD 將標題金鑰加密儲存於導航區，解密需兩階段：

階段一：CSStitlekey1 (使用 CSStab4)

void CSStitlekey1(unsigned char *key, unsigned char *im) {
    // im: 6 位元組輸入資料 (含磁區金鑰雜湊)
    // 產生 5 位元組中間金鑰 k[5]
    // 使用 CSStab4 進行 LFSR2 非線性變換
    // 最後透過 CSStab0 重排並與 CSStab1 混合
}

階段二：CSStitlekey2 (使用 CSStab5)

void CSStitlekey2(unsigned char *key, unsigned char *im) {
    // 結構同 CSStitlekey1，但 LFSR2 使用 CSStab5
    // 雙階段設計增加逆向分析難度
}

完整流程：CSSdecrypttitlekey

void CSSdecrypttitlekey(unsigned char *tkey, unsigned char *dkey) {
    unsigned char im1[6], im2[6] = {0x51,0x67,0x67,0xC5,0xE0,0x00};
    memcpy(im1, dkey, 6);  // dkey: 磁區金鑰 (6 位元組)
    CSStitlekey1(im1, im2); // 第一階段
    CSStitlekey2(tkey, im1); // 第二階段，輸出 5 位元組標題金鑰
}

演算法特徵分析

法律與倫理提醒

• CSS 演算法已被逆向工程公開 (DeCSS 案例)，但 DMCA 等法例限制「規避技術措施」工具傳播
• 本文僅供密碼學教學、相容性驅動開發 (如開源 DVD 播放器 libdvdcss)、安全性研究參考
• 商業產品須取得 DVD CCA 授權，合法授權金鑰而非破解

CSS 雖屬歷史遺產，其輕量級串流密碼設計、雙 LFSR 交織、查表優化等技術，仍是嵌入式加密、串流加密教學的經典案例。