Google Widevine及其工作原理

LiveVideoStack

发布于 2022-03-25 11:10:40

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文章被收录于专栏：音视频技术音视频技术

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翻译、编辑：Alex 技术审校：刘姗本文来自OTTVerse，作者为Krishna Rao Vijayanagar。

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Widevine DRM

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Google Widevine是一种常用的DRM解决方案，支持Android操作系统、多种智能电视、浏览器等。Widevine还支持MPEG-DASH、HLS、MSS以及CENC和CMAF，这种广泛的支持使它成为视频传输中非常受欢迎的DRM解决方案。

在本文中，我们将深入了解谷歌的Widevine DRM解决方案——它是一种流行的DRM解决方案，在Web和移动生态系统中获得了广泛支持。

Widevine DRM

Widevine DRM是谷歌旗下的DRM解决方案（谷歌于2010年收购了Widevine）。

通过之前文章对DRM的了解，我们已经知道，大部分商业DRM解决方案有着严格的版权管理和内容加密解密系统。但它们无法处理用户身份验证，谷歌的Widevine也不例外。

在本文中，让我们一起来了解Widevine的组成部分以及它的工作原理。

Widevine的历史和版本

我们先来了解Widevine的历史及其支持。Widevine一共有两个版本，分别是Classic和Modular。

Widevine Classic

Widevine Classic仅在传统设备中支持，并且要求媒体被打包成专有的.wvm格式。它曾支持旧版本的Android系统（3.1~5.1）、传统智能电视、Google TV等等，现在已不再使用。

Widevine Modular

Widevine Modular是Widevine的当前版本，支持MPEG-DASH、HLS和MSS协议，同时支持CMAF、CENC和HTML5标准（如EME和MSE）。

Widevine DRM的构成

Widevine主要由以下几部分构成：

1. CENC、CDM、EME和MSE

我们在《构建DRM系统的重要基石——EME、CDM、AES、CENC和密钥》中已详细介绍了它们，本文就不再赘述了。

2. Widevine许可证服务器

Widevine提供一个许可证服务器，其中包含了安全加密和解密媒体所需的信息。它有两个主要工作：

打包器将媒体打包和加密后，信息被发送到许可证服务器，服务器利用这些信息来识别许可证密钥，并将密钥与电影对应。
在播放期间，许可证服务器负责验证播放器对许可证和加密密钥的请求，从密钥库（数据库）中获取解密密钥，并使用许可证和解密密钥对播放器（客户端）做出响应。打包器、许可证服务器和播放器之间的通信都经过加密并通过 HTTPS 发送。

3. Shaka 打包器

Widevine提供了一个完全开源的MPEG-DASH打包软件——Shaka Packager，它：

将所有的视频文件转换成fMP4格式（这里指的是ABR技术）。
将每个文件分割成同等大小的切片。
使用从Widevine许可证服务器获取的信息，根据CENC加密每个文件。
创建一个mpd文件或者清单文件，其中包括描述DASH打包媒体的所有信息。你也可以插入CENC pssh（Protection System Specific Header）识别使用的DRM系统。

下面是一个使用Widevine DRM的mpd:

<ContentProtection schemeIdUri="urn:mpeg:dash:mp4protection:2011" value="cenc" cenc:default_KID="eb676abb-cb34-5e96-bbcf-616630f1a3da" xmlns:cenc="urn:mpeg:cenc:2013"/><ContentProtection schemeIdUri="urn:uuid:edef8ba9-79d6-4ace-a3c8-27dcd51d21ed"><cenc:pssh xmlns:cenc="urn:mpeg:cenc:2013">AAAAW3Bzc2gAAAAA7e+LqXnWSs6jyCfc1R0h7QAAADsIARIQ62dqu8s0Xpa7z2FmMPGj2hoNd2lkZXZpbmVfdGVzdCIQZmtqM2xqYVNkZmFsa3IzaioCSEQyAA==</cenc:pssh></ContentProtection>

显然上面使用的是CENC（通用加密）。你还可以看到pssh值和密钥ID（KID）。当播放器向许可证服务器请求正确的电影许可证时，这些唯一信息十分重要。

4. OEMCrypto Module

OEMCrypto Module使用来自播放器（以及许可证服务器）的信息解密内容。OEMCrypto Module位于与设备硬件绑定的可信层（Trusted Layer）中。它使用加密的许可证信息来解密媒体，并将媒体发送到视频堆栈（一般情况下，解密后的视频会被立即解码以及渲染）。

Widevine DRM工作原理

这一部分，我们将了解Widevine的工作原理。

第1步：当用户按下“播放”时，第1步便开始了。应用从CDN中下载mpd。在解析mpd之后，便很容易确定该视频是否使用Widevine加密视频。浏览器从内容中提取初始化数据（initData）并将其作为事件发送到播放器。

注意：我们假设这时用户身份已经得到验证。由于Widevine没有该功能，所以由应用来处理。

第2步：播放器无法解密内容，需要专业的解密软件的帮助。所以，它将初始化信息发送给CDM（Content Decryption Module ）。还记得CDM吗？我们曾在之前文章中详细讨论过。

第3步：CDM接收到来自播放器的初始化信息，并创建“许可证请求”，然后将其发送回给播放器。

第4步：播放器接收到许可证请求后，将该请求通过代理发送给Widevine许可证服务器。许可证请求也已被加密，所以不会在传输过程中被访问或者破解。

第5步：许可证服务器接收到播放器发送的请求，然后：

解密请求，提取初始化信息，并通过初始化信息找到其数据库中的许可证。
找到许可证后，将它加密，然后发送给播放器。
加密信息包括解密内容的密钥以及许可证信息（过期时间等）。

第6步：播放器接收到许可证服务器发送的许可证，将它传递给CDM（通过EME）。信息既已被加密，播放器和其他软件都无法读取或者滥用信息。

第7步：因为CDM不在设备的可信层中，它必须将信息传递给位于可信层中的OEMCrypto Module。解密实际发生在OEMCrypto Module中。在一些实现中，解码也在OEMCrypto Module中。由浏览器对容器进行实际解析。

第8步：一旦内容被解复用、解密或者解码，便会以视频切片的形式发送给屏幕，并不会存储在设备上。

下面是一张来自Widevine的流程图，说明了我们刚刚所讨论的内容。

Widevine安全级别——L1、L2和L3

有趣的是，Widevine还拥有三个安全级别——L1、L2和L3。

在我们学习安全级别之前，让我们先来了解TEE（可信执行环境，Trusted Execution Environment）。维基百科这样定义TEE：

主处理器的安全区域，能够确保加载代码和数据的私密性和完整性。

TEE对于DRM而言至关重要，因为它极大提升了安全性，并为确保解密密钥和解密视频不被盗取和泄露发挥了关键作用。

理解这些之后，让我们来看下Widevine安全级别 L1、L2和 L3的区别。

安全级别L1

L1是Widevine中最高的安全级别，提供硬件级别的解密（比软件安全）。
内容解密、媒体解码以及渲染在TEE中完成。
如果你想从服务商那里获得高清内容视频服务，你的设备需要经过认证达到L1标准。

安全级别L2

在L2，只有媒体解密在TEE中执行。
解密视频被发送给应用，进行解码和渲染。

安全级别L3

L3最不安全，用于没有TEE的低端硬件。
加密在软件-CDM（像是浏览器中的那些）中进行。
在L3安全级别的设备中，内容供应商阻止加密的高清视频播放。

商业规则

下方的数据片段说明可以插入Widevine的商业规则和许可证规则。它非常明确地解释了特定资产的租赁、播放、续订和许可期限。内容供应商可以使用它来创建复杂的规则以满足他们的商业模式。

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哪里支持Widevine？

Widevine Modular（或Widevine）在多个平台上获得了支持，比如：