DRM之Widevine学习入门

Posted 2022-10-29 中国思想史

微软和许多企业都鼓励用户、开发者使用 html5 的通信协议，标准化通信可以极大增加网络安全性。其中包括 W3C 的 Media Source Extensions (MSE)、 Encrypted Media Extensions (EME)，MPEG的 MPEG-DASH 和CENC。随着内容提供商（如 Netflix、Adobe、CableLabs）从Flash、Silverlight 插件播放器过渡到统一的 HTML5 视频播放,各大浏览器公司（如 Google, Microsoft, Apple）也逐步抛弃了过时的媒体插件。

android设计了一个通用的DRM软件框架，不同的DRM解决方案可通过Plugin的方式集成到Android系统中。DRM Framework API模块通过Binder机制和DRMserver进程中的DRM Manager模块通信,DRM Framework API模块是Framework层暴露给App的接口,其中最主要的类是DrmManagerClient。DRM Manager加载并管理系统中所有的DRM插件。媒体播放时，DRM Manager需找到对应的DRM Plugin进行解密。

Android中的DRM软件架构：

Widevine是google推出的一种DRM，支持从google指定的服务器上，下载经google加密的版权文件，如视频、应用等。

Widevine DRM解决方案结合以下行业标准，提供强大的多平台内容保护：

基于HTTP的动态自适应流技术（DASH） 
DASH采用标准HTTP 协议，厂商可在现有网络基础设施（网络服务器、内容分发网络、防火墙等）上方便的实施DASH技术。

DASH为不同DRM系统构建了一个简单有效的系统，以共享密钥，密钥标识符，加密算法，参数和信令，以及将专有数据存储在保护系统特定报头（PSSH）中的位置，但将DRM具体实现留给了系统自身。它为ECM中的每个DRM存储此信息 - 这使得每个DRM能够将其自己的健壮性规则，安全性实施和密钥交换系统应用于相同内容文件的加密内容。通用加密解决方案CENC允许内容提供商每个容器/编解码器加密和打包一次内容，并将其与各种密钥系统，CDM和客户端一起使用：即任何支持公共加密的CDM。例如，使用Playready打包的视频可以使用Widevine CDM在浏览器中播放，从Widevine许可服务器获取密钥。

加密媒体扩展（Encrypted Media Extensions，EME）是 W3C 提出的一种规范，用于在 Web 浏览器和 DRM 代理软件之间提供通信通道。EME提供了一个API，使Web应用程序能够与内容保护系统进行交互，以允许播放加密的音频和视频。EME旨在使相同的应用程序和加密文件能够在任何浏览器中使用，而不管底层保护系统如何。前者是通过标准化的API和流程实现的，而后者是通过公共加密的概念实现的。

媒体源扩展（Media Source Extensions, MSE）是一项 W3C 规范，扩展了HTMLMediaElement，支持HTML5视频和音频，允许 javascript 生成媒体流以支持回放。这可以用于自适应流（adaptive streaming）及随时间变化的视频直播流（live streaming）等应用场景。

内容解密模块（Content Decryption Module, CDM）

CENC 声明了一套标准的加密和密钥映射方法，它可用于在多个 DRM 系统上解密相同的内容，只需要提供相同的密钥即可。DRM 提供商（例如，EME 可用于 Edge 平台上的 Playready 和 Chrome 平台上的 Widewine）拥有一套通用的 API，这些 API 能够从 DRM 授权模块读取视频内容加密密钥用于解密。在浏览器内部，基于视频内容的元信息，EME 可以通过识别它使用了哪个 DRM 系统加密，并调用相应的解密模块（Content Decryption Module, CDM）解密 CENC 加密过的内容。解密模块 CDM 则会去处理内容授权相关的工作，获得密钥并解密视频内容。CENC 没有规定授权的发放、授权的格式、授权的存储、以及使用规则和权限的映射关系等细节，这些细节的处理都由 DRM 提供商负责。

Widevine Classic是Google专有的DRM方案，用于直播，点播和下载内容。 它要求内容以Google自己的特定格式打包，Widevine Classic已被Widevine Modular取代。与Widevine Classic一起使用的视频内容格式为：Widevine（.WVM）。Widevine Modular支持MPEG-DASH，CMAF，HLS和Smooth Streaming ABR视频格式，以及公共加密（CENC）等开放标准。
Widevine 测试APK：WidevineSamplePlayer.apk 测试Widevine Classic，ExoPlayerDemo.apk 测试Widevine Modular

Widevine安全级别：

安全级别	安全Bootloader	Widevine密钥配置	安全硬件或ARM Trust Zone	Widevine密钥箱和视频密钥处理	硬件视频路径
1级	是	工厂提供Widevine Keys	是	密钥永远不会暴露给主机CPU	硬件保护的视频路径
2级	是	工厂提供Widevine Keys	是	密钥永远不会暴露给主机CPU	硬件保护的视频路径
3级	是*	现场提供Widevine Keys	没有	清除暴露给主机CPU的密钥	清晰的视频流传送到视频解码器

手机厂商可以通过Google的授权以获取Widevine DRM对应的软件包从而将Widevine DRM集成到自己的产品中。

Widevine DRM代码结构大体可分为三部分：

1、Android中的基本框架。包括WVMExtractor等。这部分代码在AOSP（Android 开放源代码项目）中可以看到。主要功能实现封装在Widevine专利代码包。

2、Widevine专利代码包。需要得到Google授权才能得到。该包提供了很多Widevine专用库用于完成Widevine DRM权限检查、解密。它还提供了一些简单App用于测试。

3、手机厂商自身的安全认证。Widevine支持在硬件层与厂商的安全机制绑定，在boot等底层中加入自主研发的安全机制，只有通过可信赖的bootloader才能使用具有正常权限的手机软件，并支持Widevine机制。

Android系统中的Widevine Crypto插件：

 

安全加密技术概念拓展：

ARM TrustZone® 技术是系统范围的安全方法，此系统方法意味着可以保护安全内存、加密块、键盘和屏幕等外设，从而可确保它们免遭软件攻击。处理器架构上，TrustZone将每个物理核虚拟为两个核，一个非安全核（Non-secure Core, NS Core）安全核（Secure Core）。两个虚拟的核以基于时间片的方式运行，根据需要实时占用物理核，并通过Monitor Mode在安全世界和非安全世界之间切换，Trustzone下的Monitor Mode实现了同一CPU上两个操作系统间的切换。逻辑上，安全世界中，安全系统的OS提供统一的服务，针对不同的安全需求加载不同的安全应用TA(Trusted Application)。

系统上电复位后，先从安全世界开始执行。安全世界会对非安全世界的bootloader进行验证，确保非安全世界执行的代码经过授权而没有被篡改过。然后非安全世界的bootloader会加载非安全世界的OS，完成整个系统的启动。在非安全系统的bootloader加载OS时，仍然需要安全世界对OS的代码进行验证，确保没有被篡改。基于安全考虑，各家TrustZone都实行闭源。