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Encrypted Media Extensions 简介

Sam Dutton

加密媒体扩展 (EME) 提供了一个 API，可让 Web 应用与内容保护系统进行交互，从而播放经过加密的音频和视频。

EME 旨在让用户能够在任何浏览器中使用相同的应用和加密文件，无论底层保护系统如何。前者由标准化 API 和流程实现，而后者则由通用加密概念实现。

EME 是 HTMLMediaElement 规范的扩展，因此得名。作为“扩展”，意味着浏览器对 EME 的支持并非强制性要求：如果浏览器不支持加密媒体，则无法播放加密媒体，但实现 HTML 规范的兼容性并不要求必须支持 EME。EME 规范：

注意：此提案扩展了 HTMLMediaElement，提供了用于控制受保护内容的播放的 API。该 API 支持各种用例，从简单的明文密钥解密到高价值视频（前提是实现了适当的用户代理）。许可/密钥交换由应用控制，有助于开发支持一系列内容解密和保护技术的强大播放应用。本规范未定义内容保护或数字版权管理系统。而是定义了一个通用 API，可用于发现、选择此类系统以及更简单的内容加密系统。无需实现数字版权管理即可符合此规范：只需将 Clear Key 系统作为常见基准来实现即可。通用 API 支持一组简单的内容加密功能，将身份验证和授权等应用功能留给网页作者。为实现这一点，需要要求内容保护系统专用消息由网页中介，而不是假定加密系统与许可或其他服务器之间存在带外通信。

EME 实现使用以下外部组件：

密钥系统：内容保护 (DRM) 机制。除了 Clear Key 之外，EME 本身不会定义密钥系统（详见下文）。
内容解密模块 (CDM)：一种客户端软件或硬件机制，用于支持播放加密媒体。与密钥系统一样，EME 也不会定义任何 CDM，而是提供一个接口，供应用与可用的 CDM 进行交互。
许可 (Key) 服务器：与 CDM 交互，以提供用于解密媒体的密钥。与许可服务器进行协商是应用的责任。
打包服务：对媒体进行编码和加密，以便分发/使用。

请注意，使用 EME 的应用会与许可服务器交互以获取密钥以启用解密，但用户身份和身份验证不属于 EME 的一部分。在（可选）对用户进行身份验证后，系统会检索用于启用媒体播放的密钥。Netflix 等服务必须在其 Web 应用中对用户进行身份验证：当用户登录应用时，应用会确定用户的身份和权限。

EME 如何运作？

以下是 EME 组件的交互方式，对应于以下代码示例：

注意：如果有多个格式或编解码器可用，则可以使用 MediaSource.isTypeSupported() 或 HTMLMediaElement.canPlayType() 来选择合适的格式或编解码器。不过，CDM 可能只支持浏览器针对未加密内容支持的一部分功能。最好先协商 MediaKeys 配置，然后再选择格式和编解码器。如果应用等待 encrypted 事件，但 MediaKeys 显示它无法处理所选的格式/编解码器，则可能已经太晚，无法在不中断播放的情况下进行切换。建议的流程是先协商 MediaKeys，然后使用 MediaKeysSystemAccess.getConfiguration() 查找协商的配置。如果只有一个格式/编解码器可供选择，则无需使用 getConfiguration()。不过，最好还是先设置 MediaKeys。等待 encrypted 事件的唯一原因是无法确定内容是否已加密，但在实践中这种情况不太可能发生。

Web 应用会尝试播放具有一个或多个加密流的音频或视频。
浏览器会识别出媒体已加密（请参阅下文，了解具体做法），并触发 encrypted 事件，其中包含从媒体获取的与加密相关的元数据 (initData)。
应用处理 encrypted 事件：
1. 如果媒体元素未关联任何 MediaKeys 对象，请先使用 navigator.requestMediaKeySystemAccess() 选择可用的键系统，以检查可用的键系统，然后通过 MediaKeySystemAccess 对象为可用的键系统创建 MediaKeys 对象。请注意，MediaKeys 对象的初始化应在第一个 encrypted 事件之前完成。获取许可服务器网址由应用完成，与选择可用密钥系统无关。MediaKeys 对象代表用于解密音频或视频元素媒体的所有密钥。它代表一个 CDM 实例，并提供对 CDM 的访问权限，特别是创建用于从许可服务器获取密钥的密钥会话。
2. 创建 MediaKeys 对象后，将其分配给媒体元素：setMediaKeys() 会将 MediaKeys 对象与 HTMLMediaElement 相关联，以便在播放（即解码）期间使用其键。
应用通过对 MediaKeys 调用 createSession() 来创建 MediaKeySession。这将创建一个 MediaKeySession，用于表示许可的生命周期及其密钥。
应用通过对 MediaKeySession 调用 generateRequest()，将在 encrypted 处理脚本中获取的媒体数据传递给 CDM，从而生成许可请求。
CDM 会触发 message 事件：请求从许可服务器获取密钥。
MediaKeySession 对象会接收 message 事件，然后应用会向许可服务器发送消息（例如通过 XHR）。
应用会接收来自许可服务器的响应，并使用 MediaKeySession 的 update() 方法将数据传递给 CDM。
CDM 使用许可中的密钥解密媒体。可以在与媒体元素关联的 MediaKey 内的任何会话中使用有效键。CDM 将按密钥 ID 编入索引来访问密钥和政策。
媒体继续播放。

呼…

请注意，CDM 和许可服务器之间可能会有多条消息，此过程中的所有通信对浏览器和应用而言都是不透明的：虽然应用层可以看到 CDM 发送的是哪种消息，但只有 CDM 和许可服务器才能理解消息。许可请求包含 CDM 有效性（和信任关系）的证明，以及在对生成的许可中的内容密钥进行加密时使用的密钥。

...但 CDM 实际上是做什么的？

EME 实现本身并不提供解密媒体的方法：它只是为 Web 应用提供了一个 API，以便与内容解密模块进行交互。

EME 规范未定义 CDM 的实际用途，CDM 可以处理媒体解码（解压缩）和解密。CDM 功能有几种可能的实现方式，从最不健全到最健全依次为：

仅解密，使用常规媒体流水线（例如通过 <video> 元素）启用播放。
解密和解码，将视频帧传递给浏览器进行渲染。
解密和解码，直接在硬件（例如 GPU）中渲染。

您可以通过多种方式将 CDM 提供给 Web 应用：

将 CDM 与浏览器捆绑在一起。
单独分发 CDM。
将 CDM 构建到操作系统中。
在固件中添加 CDM。
在硬件中嵌入 CDM。

EME 规范未定义如何提供 CDM，但在所有情况下，浏览器都负责审核和公开 CDM。

EME 不强制要求使用特定的密钥系统；在当前的桌面版和移动版浏览器中，Chrome 支持 Widevine，IE11 支持 PlayReady。

从许可服务器获取密钥

在典型的商业用途中，内容将使用打包服务或工具进行加密和编码。一旦加密媒体可供在线访问，网络客户端就可以从许可服务器获取密钥（包含在许可中），并使用该密钥启用内容的解密和播放。

以下代码（改编自规范示例）显示了应用如何选择合适的密钥系统并从许可服务器获取密钥。

var video = document.querySelector('video');

var config = [{initDataTypes: ['webm'],
  videoCapabilities: [{contentType: 'video/webm; codecs="vp9"'}]}];

if (!video.mediaKeys) {
  navigator.requestMediaKeySystemAccess('org.w3.clearkey',
      config).then(
    function(keySystemAccess) {
      var promise = keySystemAccess.createMediaKeys();
      promise.catch(
        console.error.bind(console, 'Unable to create MediaKeys')
      );
      promise.then(
        function(createdMediaKeys) {
          return video.setMediaKeys(createdMediaKeys);
        }
      ).catch(
        console.error.bind(console, 'Unable to set MediaKeys')
      );
      promise.then(
        function(createdMediaKeys) {
          var initData = new Uint8Array([...]);
          var keySession = createdMediaKeys.createSession();
          keySession.addEventListener('message', handleMessage,
              false);
          return keySession.generateRequest('webm', initData);
        }
      ).catch(
        console.error.bind(console,
          'Unable to create or initialize key session')
      );
    }
  );
}

function handleMessage(event) {
  var keySession = event.target;
  var license = new Uint8Array([...]);
  keySession.update(license).catch(
    console.error.bind(console, 'update() failed')
  );
}

通用加密

借助通用加密解决方案，内容提供商可以针对每个容器/编解码器对其内容进行一次加密和打包，并将其与各种密钥系统、CDM 和客户端（即任何支持通用加密的 CDM）搭配使用。例如，使用 Playready 打包的视频可以使用从 Widevine 许可服务器获取密钥的 Widevine CDM 在浏览器中播放。

这与旧版解决方案形成鲜明对比，后者只能与完整的垂直堆栈搭配使用，其中包括一个通常还包含应用运行时的单个客户端。

通用加密 (CENC) 是一种 ISO 标准，用于定义 ISO BMFF 的保护方案；类似的概念也适用于 WebM。

清除键

虽然 EME 未定义 DRM 功能，但规范目前规定，所有支持 EME 的浏览器都必须实现 Clear Key。借助此系统，您可以使用密钥对媒体进行加密，然后只需提供该密钥即可播放媒体。Clear Key 可以内置到浏览器中：无需使用单独的解密模块。

虽然清除键不太可能用于多种类型的商业内容，但可以在支持 EME 的所有浏览器中实现完全互操作。它还非常适合测试 EME 实现和使用 EME 的应用，而无需从许可服务器请求内容密钥。您可以访问 simpl.info/ck，查看一个简单的 Clear Key 示例。下面是该代码的演示，与上述步骤类似，但没有与许可服务器交互。

// Define a key: hardcoded in this example
// – this corresponds to the key used for encryption
var KEY = new Uint8Array([
  0xeb, 0xdd, 0x62, 0xf1, 0x68, 0x14, 0xd2, 0x7b,
  0x68, 0xef, 0x12, 0x2a, 0xfc, 0xe4, 0xae, 0x3c
]);

var config = [{
  initDataTypes: ['webm'],
  videoCapabilities: [{
    contentType: 'video/webm; codecs="vp8"'
  }]
}];

var video = document.querySelector('video');
video.addEventListener('encrypted', handleEncrypted, false);

navigator.requestMediaKeySystemAccess('org.w3.clearkey', config).then(
  function(keySystemAccess) {
    return keySystemAccess.createMediaKeys();
  }
).then(
  function(createdMediaKeys) {
    return video.setMediaKeys(createdMediaKeys);
  }
).catch(
  function(error) {
    console.error('Failed to set up MediaKeys', error);
  }
);

function handleEncrypted(event) {
  var session = video.mediaKeys.createSession();
  session.addEventListener('message', handleMessage, false);
  session.generateRequest(event.initDataType, event.initData).catch(
    function(error) {
      console.error('Failed to generate a license request', error);
    }
  );
}

function handleMessage(event) {
  // If you had a license server, you would make an asynchronous XMLHttpRequest
  // with event.message as the body.  The response from the server, as a
  // Uint8Array, would then be passed to session.update().
  // Instead, we will generate the license synchronously on the client, using
  // the hard-coded KEY at the top.
  var license = generateLicense(event.message);

  var session = event.target;
  session.update(license).catch(
    function(error) {
      console.error('Failed to update the session', error);
    }
  );
}

// Convert Uint8Array into base64 using base64url alphabet, without padding.
function toBase64(u8arr) {
  return btoa(String.fromCharCode.apply(null, u8arr)).
      replace(/\+/g, '-').replace(/\//g, '_').replace(/=*$/, '');
}

// This takes the place of a license server.
// kids is an array of base64-encoded key IDs
// keys is an array of base64-encoded keys
function generateLicense(message) {
  // Parse the clearkey license request.
  var request = JSON.parse(new TextDecoder().decode(message));
  // We only know one key, so there should only be one key ID.
  // A real license server could easily serve multiple keys.
  console.assert(request.kids.length === 1);

  var keyObj = {
    kty: 'oct',
    alg: 'A128KW',
    kid: request.kids[0],
    k: toBase64(KEY)
  };
  return new TextEncoder().encode(JSON.stringify({
    keys: [keyObj]
  }));
}

如需测试此代码，您需要播放加密视频。如需对 WebM 视频进行加密以便与 Clear Key 搭配使用，请按照 webm_crypt 说明操作。还提供商业服务（至少针对 ISO BMFF/MP4），其他解决方案正在开发中。

总结

通过网络提供付费视频和音频的速度正在大幅增长。似乎每款新设备（无论是平板电脑、游戏机、联网电视还是机顶盒）都能通过 HTTP 从主要内容提供商流式传输媒体。超过 85% 的移动浏览器和桌面浏览器现在都支持 <video> 和 <audio>，思科估计到 2017 年，视频将占全球消费者互联网流量的 80 到 90%。在这种情况下，随着浏览器供应商缩减对大多数媒体插件依赖的 API 的支持，浏览器对受保护内容分发的支持可能会变得越来越重要。

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DTG 在线讲座（部分已废弃）
什么是 EME？，作者：Henri Sivonen
“HTML5 Rocks 媒体源扩展”一文
MPEG-DASH 测试串流：BBC 研发博文

Encrypted Media Extensions 简介

EME 如何运作？

...但 CDM 实际上是做什么的？

从许可服务器获取密钥

通用加密

清除键

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基于 HTTP 的动态自适应流式传输 (DASH)

总结

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