Widevine

Widevine

原作者	Internet Direct Media
開發者	Google
首次發布	1999年​（1999）
目前版本	1.4.9.1088
程式語言	C++
作業系統	跨平台
類型	數碼版權管理
網站	www.widevine.com

Widevine是一家數碼版權管理（DRM）技術提供商，其產品常用於Google Chrome和Firefox瀏覽器（及其一些衍生產品）、Android MediaDRM、Android TV和其他消費電子裝置。Widevine的產品支援各種加密方案，能將影片內容安全地分發到消費者裝置上。Widevine的產品可供內容提供商免費使用，不收取任何費用。

Widevine最初由Internet Direct Media於1999年開發，後更名為Widevine Technologies，於2010年被谷歌收購。

歷史

起源（1998—2006 年）

Widevine由總部位於西雅圖的Internet Direct Media於1999年建立，最初名為Widevine Cypher。這家公司由企業高管Brian Baker和密碼學研究人員Jeremy Horwitz創立，隨後更名為Widevine Technologies。

2001年2月Widevine Technologies發布了Widevine Cypher Enterprise。當時，螢幕錄製和網絡請求監控等技術已十分普遍。Widevine Cypher使用DES-X加密來防範這些技術。同年4月，Widevine Technologies與總部位於貝爾維尤的串流媒體公司Midstream Technologies建立合作關係。Baker於2001年重返公司並領導其進行重組。重組過程包括對公司進行資本重組，以及裁撤大量員工。

2003年6月，Widevine Technologies從風險投資公司Constellation Ventures和Pacesetter Capital獲得了780萬美元的融資。 同年，Widevine Technologies與台灣電訊公司中華電信合作，致力於保護其影片點播服務。2004年，Widevine Technologies再次獲得融資。Constellation Ventures、Pacesetter Capital和Phoenix Capital Partners參與了本輪融資，VantagePoint Venture Partners負責領投，公司共籌集到1300萬美元。

2005年，Widevine Technologies將業務拓展至數碼水印領域，並與內容處理公司TVN Entertainment（現為Vubiquity）合作推出Mensor系統。Widevine Mensor會將一個64位元有效載荷嵌入訊號中，這一操作所需的計算資源較少。

增長期（2006—2010年）

2006年4月，Constellation Ventures、Pacesetter Capital、Phoenix Capital Partners和VantagePoint Venture Partners聯合數字通訊公司思科系統及加拿大電訊公司Telus，向Widevine Technologies投資了1600萬美元。思科參與此次投資，是在其以70億美元收購機頂盒製造商Scientific Atlanta之後。Widevine與 Telus簽訂了一份為期六年的協定，獲得了在Telus各平台上使用其技術的合同。

2007年8月3日，Widevine Technologies對內容安全公司Verimatrix提起專利侵權訴訟。兩家公司於2010年3月達成和解。

截至2010年，採用Widevine技術的供應商數量持續增長。2008年8月，CinemaNow開始使用Widevine，將服務拓展至多種裝置，包括Nintendo Wii、LG和三星的光碟播放器，以及iPhone和iPod。為了在不使用Microsoft Windows的瀏覽器中向Microsoft Silverlight添加 DRM，微軟與Widevine Technologies展開合作。Widevine還被整合到多個採用Adobe Flash的串流媒體服務中，其中包括通過虛擬社交網絡Gaia Online分發的索尼和華納兄弟內容。

2009年12月，Widevine從電訊公司Liberty Global和三星旗下的風險投資子公司Samsung Ventures獲得了額外的1500萬美元融資。三星於2010年6月擴大了對Widevine的使用範圍。LoveFilm於2010年7月與Widevine簽署了合作協定。

Google 收購（2010 年至今）

2010年12月3日，Google宣布以未公開的金額收購Widevine。此次收購發生在同一天，當時維亞康姆就Viacom v. YouTube一案提起上訴。該案涉及Google對用戶將維亞康姆擁有的內容上載至YouTube所承擔的責任。2011年2月，CNN的一篇報道披露，Google為Widevine支付了1.5億美元，儘管該公司內部估值僅為3000萬至4000萬美元。這使Widevine成為當時Google收購規模第九大的公司。

採用Widevine的串流媒體服務包括Netflix、Disney+、Amazon Prime Video、HBO Max、Hulu、Paramount+和Discovery+。

架構

Widevine分為三個安全級別：L1、L2和L3。所使用的安全級別取決於客戶端裝置是否使用可信執行環境（TEE）。例如，ARM Cortex-A處理器採用TrustZone技術，允許加密運算和影片處理完全在TEE內部進行。在Widevine L1中，媒體解密和處理完全在TEE內部進行，內容可以原始解像度播放。在Widevine L2中，儘管存在TEE，媒體解密和處理仍由軟件或專用視像硬件完成，內容只能以固定解像度播放。在Widevine L3中，媒體解密和處理由軟件完成，且不存在TEE，內容同樣只能以固定解像度播放。

在Android中，Widevine L1可以整合到Android的媒體播放引擎Stagefright中。 這種實現方式應用於高通晶片，其中一個OpenMAX（OMX）組件會在內核層與影片裝置驅動程式通訊。多媒體主記憶體通過ION的主記憶體管理單元驅動程式進行劃分。ION是一種主記憶體管理器，於Android 4.0中引入，旨在統一Android中各種不同的主記憶體管理介面。隨後，系統會分配輸入/輸出緩衝區，並將內容解密後儲存到TrustZone中的安全輸入緩衝區內。

輸入 → 輸出概覽

Widevine使用多種標準和規範，包括MPEG Common Encryption（CENC）、加密媒體擴充（EME）、媒體源擴充（MSE）和 基於HTTP的動態自適應流（DASH）。此外，Widevine還支援由Apple Inc.於2009年開發的HTTP Live Streaming（HLS）協定。

在Widevine的一種實現方式中，瀏覽器從內容傳遞網路（CDN）接收加密內容。隨後，內容被傳送至內容解密模組（CDM），由其建立許可證請求並行送給許可證伺服器。播放器隨後從許可證伺服器接收許可證，並將其傳遞給CDM。許可證請求和許可證響應訊息通過Protocol Buffers傳送和接收。為了解密媒體流，CDM會將媒體內容和許可證傳送給OEMCrypto模組，後者負責解密內容。OEMCrypto是面向TEE的介面；大多數實現會確保對談金鑰、解密後的內容金鑰以及解密後的內容流無法被其他正在執行的應用程式訪問。這通常通過使用具有獨立主記憶體的輔助處理器來實現。隨後，內容被傳送至影片處理棧，並以分塊形式呈現給終端使用者。

在用戶授權由供應商現有的代理伺服器管理時，供應商可以在許可證伺服器內部實現自己的代理伺服器。這種組態要求將代理伺服器用作中間環節。從Chrome 59開始，Widevine要求使用服務證書；iOS和部分ChromeOS組態也有此要求。 代理伺服器可以拒絕向未實現「可驗證」框架的瀏覽器發放許可證，該框架也稱為已驗證媒體路徑（VMP）。值得注意的是，在Linux上執行的瀏覽器不在VMP的支援範圍內。類似地，代理伺服器也可以強制要求客戶端裝置使用特定版本的高頻寬數字內容保護（HDCP）。

對於Widevine L1裝置，證書組態通常只需執行一次。在組態過程中，CDM會建立一個Nonce，並衍生用於證書解密和完整性檢查的金鑰，同時生成動態緩衝區。裝置金鑰被視為信任根（RoT）。從RoT衍生的客戶端金鑰通過HMAC保護請求。RoT由一種在工廠預先組態的組件建立，該組件稱為「keybox」（金鑰盒）。金鑰盒長度為128位元組，包含兩個特殊欄位。通過驗證最後8個位元組是否符合特定格式，可以檢查金鑰盒的完整性：這 8 個位元組由魔數（「kbox」）和一個循環冗餘校驗（CRC-32）值組成。 其餘120個位元組包含內部裝置ID（32 位元組）、一個進階加密標準金鑰（16位元組）以及一個組態權杖（72位元組）。

Widevine金鑰盒欄位摘要

欄位	描述	大小（位元組）
裝置ID	通過OEMCrypto模組中的OEMCrypto_GetDeviceID取得	32
裝置金鑰	128位元AES金鑰，通過OEMCrypto模組中的OEMCrypto_GenerateDerivedKeys衍生為多個金鑰	16
組態權杖	也稱為「key data」（金鑰數據），用於組態請求；通過OEMCrypto模組中的OEMCrypto_GetKeyData取得	72
魔數	稱為「kbox」	4
CRC-32	用於驗證金鑰盒的完整性	4

每個內容金鑰都關聯一個128位元的金鑰控制塊，用於指定安全約束。金鑰控制塊用於確保客戶端的數據路徑滿足安全要求，例如在Android上，影片和音頻分別加密；它還會向TEE提供逾時值。該控制塊使用隨機初始化向量（IV）進行AES-128-CBC加密，其欄位採用大端序位元組順序定義。控制塊的值包括一個驗證欄位、一個以秒為單位的持續時間欄位、一個亂數以及控制位，每個欄位均為32位元。控制位由一系列位欄位組成，用於控制允許使用的HDCP版本、數據路徑類型、是否應使用亂數，以及所採用的複製通用管理系統（CGMS）。儘管如此，供應商仍可選擇使用同一個金鑰加密音頻和影片，甚至完全不加密音頻。

客戶端支援

Widevine已整合到大多數主流網頁瀏覽器中，包括Google Chrome。基於Chromium的衍生瀏覽器，包括Microsoft Edge、Vivaldi、和Opera，也實現了對Widevine的支援。自2016年6月起，Firefox開始直接支援Widevine，以逐步移除對NPAPI的支援。此外，Android和iOS也支援Widevine。自Android 5起，Android版Google Chrome所使用的版本便支援Widevine。 2021年2月，Android版Firefox增加了對Widevine的支援。

在Android中，Widevine通過硬件抽象層（HAL）模組外掛程式實現。Android上的 Widevine 庫會將Android DRM API呼叫轉換為Widevine CDM呼叫，其具體作用取決於所實現的安全級別：在Widevine L1中，該庫充當可信執行環境（TEE）的代理；而在L3中，該庫則包含經過混淆處理的CDM。此外，對於Widevine L1，庫liboemcrypto.so會通過專用的TEE驅動程式，將請求封送至Widevine trustlet並對其響應進行解封送，例如，面向高通安全執行環境（QSEE）的驅動程式QSEEComAPI.so。

iOS原生不支援DASH或CENC。為繞過這一限制，Widevine會將DASH轉封裝為HLS；通用DASH轉封裝器（UDT）使用XML解析器（例如libxml2）解析DASH清單，隨後生成HLS播放列表。

2021年5月31日，Widevine停止支援32位元Linux，因此該平台無法播放受DRM保護的內容。

安全性

Widevine曾多次遭到破解。內蓋夫本-古里安大學的研究人員於2016年6月發現了Widevine中的一個漏洞，該漏洞允許用戶取得快取中受保護內容的解密版本。

2019年1月，安全研究人員David Buchanan聲稱，他通過針對Widevine的AES-128白盒密碼學實現發起差別錯誤分析攻擊，成功破解了Widevine L3，使其能夠取得用於加密影片流的原始金鑰。隨後可以使用FFmpeg解密MPEG-CENC影片流。2020年10月，又有人利用了類似的漏洞。

2021年，安全研究人員對Android版本的Widevine L3進行了逆向工程並成功破解。同年，研究人員通過恢復L1金鑰盒（keybox），成功實施了針對Android上Widevine L1的破解攻擊。

外部連結

• 官方網站