Widevine: คืออะไร, DRM และระดับความปลอดภัย

Widevine คืออะไร?

Widevine เป็นเทคโนโลยี DRM ที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่ง Google ซื้อกิจการในปี 2010 และได้กลายเป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยสำหรับการปกป้องเนื้อหาวิดีโอในระบบนิเวศ Android บริการสตรีมมิ่งรายใหญ่ รวมถึง Netflix, Amazon Prime Video, Disney+ และ Hulu ใช้เพื่อป้องกันการคัดลอกและแจกจ่ายเนื้อหาโดยไม่ได้รับอนุญาต

Widevine รองรับการเข้ารหัส AES-128 CBC โดยใช้ คีย์เนื้อหา ที่ส่งไปยังอุปกรณ์ที่ได้รับอนุญาตผ่านช่องทางการอนุญาตใช้สิทธิ์ที่ปลอดภัยเท่านั้น ระบบให้การปกครองแบบครบวงจรตั้งแต่การเข้ารหัสบนเซิร์ฟเวอร์ไปจนถึงการถอดรหัสบนอุปกรณ์ของผู้ใช้

ประวัติและการพัฒนาของ Widevine

Widevine Technologies ก่อตั้งขึ้นในปี 1999 และเริ่มต้นพัฒนาโซลูชันสำหรับการปกป้องเนื้อหาบนแพลตฟอร์มโทรทัศน์เคเบิล หลังจากถูกซื้อกิจการโดย Google ในปี 2010 เทคโนโลยีได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับ แพลตฟอร์มมือถือ และรวมเข้ากับระบบปฏิบัติการ Android ตั้งแต่เวอร์ชัน 4.4 KitKat ตั้งแต่ปี 2015 Widevine ได้กลายเป็นองค์ประกอบบังคับของการรับรอง Google Mobile Services

ในปี 2018 Google ได้เปิดตัว Widevine Modular DRM ซึ่งช่วยให้ผู้ผลิตอุปกรณ์สามารถใช้งานระดับการปกป้องที่แตกต่างกันด้วยฮาร์ดแวร์โดยไม่ต้องแก้ไขโค้ดระบบปฏิบัติการ ปัจจุบัน Widevine Modular รองรับบนอุปกรณ์มากกว่า 4 พันล้านเครื่องและเป็นกลไก DRM หลักบน Android

สถาปัตยกรรมของ Widevine

สถาปัตยกรรมของ Widevine ประกอบด้วยสามองค์ประกอบหลัก: Content Decryption Module (CDM), เซิร์ฟเวอร์ใบอนุญาต และเครื่องมือเข้ารหัสเนื้อหา CDM ดำเนินการถอดรหัสฝั่งไคลเอ็นต์และโต้ตอบกับ Trusted Execution Environment (TEE) ของฮาร์ดแวร์เพื่อจัดเก็บคีย์อย่างปลอดภัย

เซิร์ฟเวอร์ใบอนุญาตของ Google จัดการการออกคีย์ตามนโยบายของผู้ให้บริการเนื้อหา ซึ่งกำหนดข้อจำกัดด้านเวลา จำนวนอุปกรณ์ และคุณภาพการเล่น เครื่องมือเข้ารหัส เตรียมเนื้อหาฝั่งผู้ให้บริการ โดยบรรจุในรูปแบบ MPEG-DASH หรือ HLS ด้วยการเข้ารหัส CENC

Widevine DRM ทำงานอย่างไร?

กระบวนการปกป้อง เริ่มต้นในขั้นตอนการบรรจุเนื้อหา เมื่อไฟล์สื่อถูกเข้ารหัสโดยใช้คีย์เนื้อหาบนเซิร์ฟเวอร์ของผู้ให้บริการ สตรีมที่เข้ารหัสจะถูกส่งไปยังอุปกรณ์ของผู้ใช้ผ่าน CDM ซึ่ง CDM ขอใบอนุญาตจากเซิร์ฟเวอร์ใบอนุญาต

เซิร์ฟเวอร์ใบอนุญาตตรวจสอบความถูกต้องของอุปกรณ์และสิทธิ์ในการเข้าถึงเนื้อหา หากการตรวจสอบสำเร็จ เซิร์ฟเวอร์จะออก ใบอนุญาตพร้อมคีย์ ที่ CDM ใช้สำหรับการถอดรหัส ใบอนุญาตอาจมีข้อจำกัดเกี่ยวกับเวลาในการรับชมและความละเอียด

โปรโตคอลการแลกเปลี่ยนใบอนุญาต

การแลกเปลี่ยนใบอนุญาตใน Widevine ถูกใช้งานผ่านโปรโตคอล EME (Encrypted Media Extensions) ในเบราว์เซอร์หรือผ่าน SDK บนแพลตฟอร์มมือถือ คำขอใบอนุญาต ถูกสร้างโดย CDM และส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์ใบอนุญาตผ่าน HTTPS ซึ่งให้การปกป้องจากการสกัดกั้นคีย์ระหว่างการส่ง

เซิร์ฟเวอร์ประมวลผลคำขอและส่งคืนใบอนุญาตที่เข้ารหัสซึ่งสามารถถอดรหัสได้โดย CDM ของอุปกรณ์เท่านั้น การผูกฮาร์ดแวร์ ของคีย์กับอุปกรณ์เฉพาะป้องกันการถ่ายโอนไปยังแพลตฟอร์มอื่น

การรองรับมาตรฐานการเข้ารหัส

Widevine ใช้มาตรฐาน Common Encryption (CENC) ที่กำหนดใน ISO/IEC 23001-7 เพื่อให้มั่นใจในความเข้ากันได้กับรูปแบบ MPEG-DASH และ HLS การเข้ารหัส AES-128 ในโหมด CTR หรือ CBC ใช้สำหรับปกป้องสตรีมสื่อ

สำหรับการสร้างคีย์ ใช้ HKDF (HMAC-based Key Derivation Function) ซึ่งช่วยให้สร้างคีย์ที่ไม่ซ้ำกันสำหรับแต่ละเซกเมนต์ของเนื้อหา การรองรับ HLS ใน Widevine ถูกเพิ่มในเวอร์ชัน Modular 2.0 ซึ่งขยายความเข้ากันได้กับแพลตฟอร์ม Apple

ตัวอย่างคำขอใบอนุญาตบน Android

@Throws
fun requestLicense(): ByteArray {
    val drmSessionManager = mediaDrm.createSession(
        sessionId,
        List("keyRequestType", "init")
    )
    val request = mediaDrm.getKeyRequest(
        sessionId,
        schemeData.get("mimeType"),
        KeyType.STREAMING,
        mutableMapOf()
    )
    return licenseService.acquire(request.data)
}

ระดับความปลอดภัยของ Widevine: L1, L2, L3

Widevine กำหนด สามระดับความปลอดภัยที่แตกต่างกันในวิธีการดำเนินการเข้ารหัสและการประมวลผลเนื้อหา ระดับ L1 ให้การปกป้องสูงสุด L3 ให้การปกป้องต่ำสุด และ L2 อยู่ในตำแหน่งกึ่งกลาง

ระดับ L1 — การเข้ารหัสฮาร์ดแวร์

ระดับ L1 ต้องการ Trusted Execution Environment (TEE) ในระดับฮาร์ดแวร์ ซึ่งดำเนินการเข้ารหัสทั้งหมด คีย์เนื้อหาไม่ออกจาก TEE เลย ป้องกันการสกัดแม้ว่าระบบปฏิบัติการหลักจะถูกบุกรุก

อุปกรณ์ที่ได้รับการรับรอง L1 สามารถเล่นเนื้อหาใน คุณภาพ 4K และ HDR เนื่องจากสตรีมวิดีโอที่ถอดรหัสแล้วถูกส่งไปยังเอาต์พุตวิดีโอที่ได้รับการปกป้องโดยตรงโดยไม่มีการเข้าถึงจากกระบวนการของผู้ใช้

ระดับ L3 — การเข้ารหัสซอฟต์แวร์

ระดับ L3 ดำเนินการเข้ารหัสทั้งหมดด้วยซอฟต์แวร์ภายในพื้นที่ผู้ใช้ปกติ นี่เป็นโหมดที่ปลอดภัยน้อยที่สุด ซึ่งคีย์สามารถถูกสกัดจาก RAM ของอุปกรณ์ได้

Widevine L3 จำกัดคุณภาพการเล่นที่ 720p ทำให้เหมาะสำหรับการรับชมบนอุปกรณ์ระดับล่างหรือเบราว์เซอร์เดสก์ท็อปที่ไม่มีการปกป้องฮาร์ดแวร์

การตรวจสอบระดับความปลอดภัยบนอุปกรณ์

fun getSecurityLevel(): String {
    val mediaDrm = MediaDrm(UUID.fromString(
        "edef8ba9-79d6-4ace-a3c8-27dcd51d21ed"
    ))
    val level = mediaDrm.getPropertyString(
        "securityLevel"
    )
    return level.ifEmpty { "L3" }
}

การรวม Widevine ในแอปพลิเคชันมือถือ

การรวม Widevine ในแอปพลิเคชันมือถือดำเนินการผ่าน API มาตรฐาน MediaDrm (Android) และ AVContentKeySession (iOS) ในกรณีส่วนใหญ่ นักพัฒนาไม่จำเป็นต้องทำงานกับ DRM โดยตรง — ไลบรารีของผู้เล่นเช่น ExoPlayer และ AVPlayer จัดการการอนุญาตใช้สิทธิ์โดยอัตโนมัติ

การรวมบน Android

บน Android Widevine ถูกรวมผ่าน คลาส MediaDrm ซึ่งให้การเข้าถึง CDM โดยตรง สำหรับแอปพลิเคชันสตรีมมิ่ง แนะนำให้ใช้ ExoPlayer กับโมดูล DrmSessionManager ซึ่งจัดการคำขอใบอนุญาตโดยอัตโนมัติ

เมื่อเริ่มต้นผู้เล่น คุณต้องระบุ UUID สคีมา Widevine (`edef8ba9-79d6-4ace-a3c8-27dcd51d21ed`) และ URL เซิร์ฟเวอร์ใบอนุญาต ที่ผู้ให้บริการเนื้อหาให้ไว้ ExoPlayer จัดการวงจรการขอและต่ออายุใบอนุญาตโดยอัตโนมัติ

การกำหนดค่า ExoPlayer สำหรับ Widevine

val drmLicenseUrl = "https://license.service.com/wv"
val mediaItem = MediaItem.Builder()
    .setUri(Uri.parse(streamUrl))
    .setDrmKeyRequestUrl(drmLicenseUrl)
    .setDrmKeyRequestHeaders(
        mapOf("Authorization" to token)
    )
    .build()

val exoPlayer = ExoPlayer.Builder(context)
    .build()
exoPlayer.setMediaItem(mediaItem)
exoPlayer.prepare()

การรวมกับผู้เล่นเว็บ

บนแพลตฟอร์มเว็บ Widevine ทำงานผ่าน Media Source Extensions (MSE) และ Encrypted Media Extensions (EME) เบราว์เซอร์ที่ใช้ Chromium มี Widevine CDM ในตัว และนักพัฒนาเพียงแค่เริ่มต้นเซสชัน EME ด้วยการกำหนดค่าที่ถูกต้อง

ในการใช้ Widevine ในเบราว์เซอร์ คุณต้องระบุตัวเริ่มต้นใบอนุญาตด้วย ประเภท keySystem `com.widevine.alpha` หลังจากสร้างอินสแตนซ์ MediaKeys เบราว์เซอร์จะจัดการคำขอใบอนุญาตโดยอัตโนมัติ

การจัดการข้อผิดพลาดใบอนุญาต

เมื่อรวม Widevine สิ่งสำคัญคือต้องจัดการข้อผิดพลาดใบอนุญาตที่เกิดขึ้นเนื่องจากการขาดสิทธิ์เข้าถึง การหมดอายุการสมัครสมาชิก หรือความไม่เข้ากันของอุปกรณ์อย่างถูกต้อง ข้อผิดพลาด TYPE_EXPIRED_LICENSE ต้องการการอัปเดตใบอนุญาตผ่านการขอใหม่ไปยังเซิร์ฟเวอร์ ในขณะที่ TYPE_OUTPUT_NOT_ALLOWED บ่งชี้ถึงความไม่เข้ากันของเอาต์พุตวิดีโอกับนโยบาย DRM

แนะนำให้ใช้กลไกการลองใหม่ด้วย backoff แบบเอกซ์โพเนนเชียลสำหรับข้อผิดพลาดเครือข่ายชั่วคราวและแสดงข้อความที่ชัดเจนแก่ผู้ใช้เมื่อใบอนุญาตล้มเหลวถาวร การบันทึกข้อผิดพลาดเซสชัน DRM ช่วยให้ผู้ให้บริการเนื้อหาระบุปัญหาของอุปกรณ์และปรับนโยบายให้เหมาะสม

Widevine และ DRM ทางเลือก

Widevine แข่งขัน กับ FairPlay ของ Apple และ PlayReady ของ Microsoft โดยเป็นสามโซลูชัน DRM หลักในตลาดแพลตฟอร์มมือถือ แต่ละเทคโนโลยีมีข้อดีและข้อจำกัดของตนเองที่เกี่ยวข้องกับระบบนิเวศของแพลตฟอร์ม

การเปรียบเทียบโซลูชัน DRM

การเลือก DRM สำหรับโปรเจกต์

การเลือก DRM ขึ้นอยู่กับแพลตฟอร์มเป้าหมายของแอปพลิเคชัน สำหรับโปรเจกต์ที่เน้น Android เป็นหลัก Widevine เป็นตัวเลือกตามธรรมชาติเนื่องจากถูกติดตั้งไว้ล่วงหน้าบนอุปกรณ์ที่ได้รับการรับรองทั้งหมดที่มี Google Mobile Services และไม่ต้องเสียค่าธรรมเนียมใบอนุญาตเพิ่มเติม

สำหรับโปรเจกต์ข้ามแพลตฟอร์ม มักใช้ แนวทางหลาย DRM กับตัวรวบรวมใบอนุญาตเช่น Axinom, EZDRM และ Vualto ซึ่งให้ API ที่เป็นหนึ่งเดียวสำหรับทำงานกับทั้งสามระบบ DRM ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการรวมและรวมศูนย์การจัดการใบอนุญาต