FairPlay — AppleのDRMとは何か、仕組みと原理

FairPlayとは？

FairPlayは、オーディオおよび動画コンテンツを不正利用から保護するためにAppleが作成し、iOS、tvOS、iPadOS、macOSオペレーティングシステムに組み込まれたDRM技術です。最初はiTunesとiPodのために開発されましたが、FairPlay Streamingプロトコルを通じてストリーミングコンテンツ保護システムへと進化しました。

他のDRMソリューションとは異なり、FairPlayはAppleデバイスのハードウェアアーキテクチャに完全に統合されています。暗号化キーはSecure Enclaveに保管されます。これはメインOSから分離された保護されたコプロセッサーであり、ジェイルブレイクしてもキーの抽出を事実上不可能にしています。

FairPlayの歴史

FairPlayの歴史は2003年のiTunes Storeから始まりました。ここでは独自M4PフォーマットでAACファイルの暗号化が行われていました。2009年、AppleはFairPlay Streamingを発表しました。これはHLSベースのストリーミング動画保護プロトコルであり、後にApple TVとiOSアプリに必須となりました。

iOS 10およびtvOS 10以降、AppleはAVFoundationフレームワークを通じてサードパーティー開発者にFairPlay Streamingを開放しました。今日では、Netflix、Amazon Prime Video、Disney+がDolby Vision付98K HDR解像度でAppleデバイス上のコンテンツ保護にFairPlayを使用しています。

FairPlay DRMの仕組みは？

FairPlayの仕組みは3つのフェーズから成ります：コンテンツのパッケージ化、CDNを通じた配信、デバイス上での暗号解出し。パッケージ化フェーズでは、動画はAES-128またはAES-256を使用して暗号化され、暗号化キーはKey Envelope機構を通じて特定のデバイスに結び付けられます。

コンテンツをリクエストすると、プレーヤーくAVContentKeySessionを通じてFairPlayセッションを開始し、コンテンツプロバイダーのライセンスサーバーにリクエストを送信します。サーバーはアクセス権を検証し、デバイス証明書の公開鍵で暗号化された暗号解出キーを返します。

ライセンス取得プロセス

クライアントはAVContentKeySessionのインスタンスを作成し、コンテンツトラックを追加します。システムはデバイス識別子とAppleが署名したアプリケーション証明書を含むSPC（Server Playback Context）リクエストを生成します。このリクエストはHTTPSを通じてライセンスサーバーに送信されます。

ライセンスサーバーはSPCを検証し、データベースからコンテンツキーを取得し、デバイスの公開鍵で暗号化してCKC（Content Key Context）を形成します。CKCはクライアントに戻され、AVContentKeySessionがSecure Enclaveの秘密鍵を使用して暗号を解出します。

FairPlay Streamingの仕組み

let contentKeySession = AVContentKeySession(keySystem: .fairPlayStreaming)
contentKeySession.setDelegate(self, queue: .main)

let asset = AVURLAsset(url: streamURL)
asset.resourceLoader.setDelegate(self, queue: .main)
contentKeySession.addContentKeyRecipient(asset)

let playerItem = AVPlayerItem(asset: asset)
let player = AVPlayer(playerItem: playerItem)

FairPlayの主なコンポーネント

FairPlayアーキテクチャは、アプリケーション証明書、Key Envelope、Secure Enclave、コンテンツ暗号解出モジュールのいくつかの互いに関連するコンポーネントを含みます。各コンポーネントはサーバーからユーザーの画面までの保護チェーンで自分の役割を果たします。

FairPlayアプリケーション証明書

FairPlayを使用するには、開発者はApple Developerプログラムを通じてAppleからFPS証明書を取得する必要があります。証明書には非対称ペアの公開鍵が含まれ、秘密鍵部分はSecure EnclaveがCKCを暗号解出するために使用されます。

アプリケーション証明書はプロジェクトバンドルに追加され、Xcodeによりビルド時に自動的に署名されます。保護されたコンテンツを初めて再生すると、システムが証明書の有効性を確認し、ライセンスをリクエストします。

Secure Enclaveとハードウェア保護

Secure Enclaveは、アプルAシリーズおよびMシリーズチップ上の専用コプロセッサーであり、完全にアイソレートされたL4 OS上で動作します。秘密鍵の生成と保管、CKCの暗号解出、動画暗号解出モジュールへのコンテンツキーの渡しを担当します。

すべての暗号操作はSecure Enclave内で実行され、キーが保護領域を外に出ることはありません。Secure Enclaveと主プロセッサー間のデータバスへのサイドチャネル攻撃は、ハードウェア整合性モニタリングによってブロックされます。

iOS・ tvOSへのFairPlay統合

FairPlayの統合はAVFoundationを通じて行い、AVContentKeySessionDelegateおよびAVAssetResourceLoaderDelegateプロトコルの実装が必要です。開発者は4つの主なイベントを処理する必要があります：SPCの受信、サーバーへの送信、CKCの受信、プレーヤーへの渡しです。

AVContentKeySessionデリゲートの実装

func contentKeySession(
    _ session: AVContentKeySession,
    didProvide keyRequest: AVContentKeyRequest
) {
    guard let identifier = keyRequest.identifier
    else { return }

    let spc: Data = keyRequest.makeStreamingContentKeyRequestData(
        appCertificate: certificate,
        contentIdentifier: identifier,
        options: nil
    )

    licenseService.requestCKC(spc) { ckc in
        keyRequest.processContentKeyResponse(
            AVContentKeyResponse(fairPlayStreamingKeyResponseData: ckc)
        )
    }
}

証明書とコンテンツ識別子の準備

再生開始前に、バンドルからアプリケーション証明書を読み込み、コンテンツ識別子（通常はストリームURLまたは映画ID）を準備する必要があります。証明書はコンテンツ貸与期間中有効である必要があります。そうでないと、ライセンスは失敗します。

コンテンツ識別子はSPC形成フェーズでライセンシングシステムに渡されます。ライセンスサーバーはこの識別子を使用して対応するキーと再生ポリシーを検索します。これには時間制限やデバイス制限が含まれます。

ライセンスエラーの処理

ライセンス処理中にエラーが発生する可能性があります：証明書の期限切れ、無効なコンテンツ識別子、ユーザーにアクセス権がないなど。FairPlayエラーはcontentKeySession:didFailWithErrorデリゲートを通じて返され、適切なUIを表示して処理する必要があります。

主なエラーコードには、サブスクリプションがない場合のFP_NO_ENTITLEMENTやネットワーク問題のFP_REQUEST_TIMEOUTがあります。一時的なネットワーク障害に対しては、指数的な待ち時間を伴う再トライアルロジックの実装が推奨されます。

FairPlay Streamingとライセンシング

FairPlay Streamingは、セグメント暗号化と有効期限定のキー機構を使用するHLSベースのストリーミング動画保護プロトコルです。コンテンツプロバイダーは独自のライセンスサーバーを展開し、ユーザー認証システムと統合します。

ライセンスサーバーはクライアントからSPCリクエストを受け取り、デバイスとコンテンツの識別子を抽出し、バックエンドでユーザーの権限を確認し、CKC応答を生成します。コンテンツキーはFPS証明書からのデバイスの公開鍵で暗号化されます。

FairPlayライセンスポリシー

FairPlayライセンスには時間制限（48時間の貸与）、デバイス制限（最大5デバイス）、再生品質制限（ベーシックプランでは1080pまで）を含めることができます。ポリシーはサーバー側で設定され、Key Envelopeにパッケージ化されます。

FairPlayポリシーはSecure Enclaveレベルで適用され、OSレベルのソフトウェア方法では回避できません。ジェイルブレイクしても、ハードウェア保護によりキーの抽出やライセンスパラメーターの変更を防げます。

FairPlayと他のDRMの比較

異なるiOSバージョンでのFairPlayの特徴

FairPlay Streamingのサポートは、OSバージョンとデバイスタイプに依存します。iOS 10およびtvOS 10以降、AVContentKeySession APIはすべてのアプリで利用可能ですが、Secure Enclaveを通じたハードウェア加速が必要なのは4K HDR品質のコンテンツだけです。A8–A10チップのデバイスでは、最高1080pまでです。

iOS 14で、Appleは複数のFairPlayセッションをサポートし、アプリが一度に複数の保護ストリームを再生できるようになりました。例えば、異なるライセンスでの画面再生です。iOS 15では、長時間見るためのバックグラウンドキー更新サポートを追加してプロトコルを拡張しました。

マルチDRMアーキテクチャでのFairPlay

クロスプラットフォームのストリーミングサービスでは、FairPlayはWidevineやPlayReadyと並びてマルチDRMアーキテクチャの一部として使用されます。ライセンスアグリゲーター（AxinomやEZDRMなど）は、リクエストをFairPlay用SPCフォーマットやWidevine用MediaDrmフォーマットに変換する統一APIを提供し、すべてのプラットフォームでの統合を簡素化します。