DRM in Android

rover12421

DRM，英文全称为Digital Rights Management，译为数字版权管理。它是目前业界使用非常广泛的一种数字内容版权保护技术。随着知识产权保护受重视的程度日益提高，快速攻城略地得Android智能手机是如何利用DRM来有效保护数字版权的呢？本文将通过剖析Android中的DRM框架以及相关工作流程来向读者揭示DRM的神秘面纱。

一  DRM架构介绍

严格来讲，DRM不是一项技术，而是一类技术。很多机构和联盟都提出过相应的DRM标准[1]。例如Open Mobile Alliance推出的OMA DRM、Marlin Developer Community提出的Marlin DRM，而Google则通过收购Widevine公司推出了Widevine DRM。

从Android智能终端来看，Google的原生Android（Android Open Source Project，简称AOSP）系统仅仅集成了OMA DRM V1的一部分功能，它远未构成一个完整的DRM解决方案。在这种情况下，设备厂商只能根据情况选择合适的DRM解决方案并集成到Android平台中来。例如，手机厂商可以通过Google的授权以获取Widevine DRM对应的软件包从而将Widevine DRM集成到自己的产品中。

为了方便设备厂商的集成，Android设计了一个通用的DRM软件框架，不同的DRM解决方案可通过Plugin的方式集成到Android系统中。图1所示为Android中的DRM软件架构。

图1  Android中DRM软件架构

由图1可知:

• DRM Framework API模块是Framework层暴露给App的接口。该模块中最主要的类是DrmManagerClient。
• DRM Framework API模块通过Binder机制和位于drmserver进程（以Android 4.1为例，drmserver的代码位于framework/av/drm/drmserver）中的DRM Manager模块通信。DRM Manager加载并管理系统中所有的DRM插件。
• DRM Plugins是真正实现权限管理、数字内容解密等工作的模块。根据DRM标准的不同，这些Plugins的实现亦不相同。另外，一个手机可能会集成多个DRM Plugin。这是因为媒体文件如果采用不同的DRM解决方案进行加密的话，手机在播放它们时，DRM Manager需找到对应的DRM Plugin以进行解密。
  

图2所示为DRM架构中几个重要的类及其关系。

图2  Android中DRM架构中重要类图

由图2可知:

• FileSource代表一个媒体文件。如果媒体文件中有DRM信息，它将创建一个DrmManagerClient对象。该对象用于处理媒体文件中和DRM相关的操作。DrmManagerClient内部通过DrmManagerClientImpl和位于drmserver进程中的DrmManagerService进行跨Binder通信。
• MediaExtractor类封装了用于解析媒体文件中元数据的相关函数。对于DRM来说，系统会根据的DRM种类创建不同的MediaExtractor子类。和FileSource类似，MediaExtractor也通过DrmManagerClient和drmserver通信。
• DrmManagerService运行于drmserver进程中，它是整个DRM框架的核心。DrmManagerService借助DrmManager管理系统中的DRM插件。
• DRM插件必须实现IDrmEngine接口。为了方便开发者，Android提供了DrmEngineBase类，该类继承了IDrmEngine接口并实现了一些通用的接口函数。这样，DRM Plugin只需要从DrmEngineBase派生即可。
• 如前文所述，DRM框架中真正完成DRM处理工作的是DRMPlugins，这些Plugins大都需要得到相关机构的授权后才能得到相应的专利代码包。图1中列出了三个DRM Plugin。其中FwdLockEngine（OMA-V1的Forward Lock）由AOSP提供。Marlin Plugin和WidevinePlugin则需要相关DRM机构提供专利代码包。
  

下面来看看Android中DRM的工作流程。

二  DRM工作流程介绍2.1  DrmManagerService的初始化

DRM的工作流程和多媒体播放密切相关。首先来了解一下DrmManagerService的创建过程，相关流程如图3所示：

图3  DrmManagerService启动流程

由图3可知：

• DrmManagerService实例对象由drmserver进程在main函数中调用instantiate创建。
• DrmManagerService内部会创建一个DrmManager实例对象并调用loadPlugins来加载设备可能提供的DRM Plugin。DRM Plugin通过动态库的方式集成到设置中去。Android 4.1中有两个目录可存放DRM Plugin。一个是/vendor/lib/drm/，例如Widevine对应的libdrmwvmplugin.so一般放在这个目录中。另一个目录是/system/lib/drm/。每一个DRM Plugin对应为一个IDrmManager实例。所有被加载的DRM Plugin由DrmManager来统一管理。
• DrmManagerService最后将通过addService把自己注册到Binder系统中以为广大客户端服务。
  

下面来介绍DRM的工作流程。Android支持的DRM播放方式分为两种：

• 一种是基于基本码流的（Elementary Stream Based，简称ES Based）播放方式。目前Widevine DRM、Marline DRM都属于这一种类型。
• 另一种是基于容器的（Container Base）播放方式，目前OMA DRM支持这种方法。
  

这两种不同的方式在播放流程上不尽相同。下文将以一个播放具有DRM保护的MP4文件为例，介绍DRM的工作流程。首先来看ES BasedDRM媒体播放工作流程

2.2  ES BasedDRM播放流程

ES Based DRM意味着每一个数据基元在播放时都需要解密。这种DRM的媒体文件或流可以使用普通方式正常读取，但读取出来的数据是经过加密的。如果不能对数据正确解密，那么该数据将无法正常播放。

在播放媒体文件之前，播放器首先要识别该文件是否被DRM保护。如果受DRM保护的话，还行初始化对应的DRM插件。这部分工作所涉及的流程如图4所示：

图4  ES BasedDRM插件初始化

由图4可知：

• MediaExtractor首先通过sniff函数检查媒体内容的类型，然后创建相应的Extractor来分析数据。在DRM检查开启的情况下，SniffDRM函数就会被用来检查文件是否有DRM控制。
• SniffDRM将调用DataSource中的DrmInitialization函数，从而在DataSource中创建一个DrmManagerClient实例。如此，MediaExtractor就将DataSource与DrmManagerService联系起来。
• DrmInitialization函数非常重要，其主要工作包括：
  

（1）调用openDecryptSession，该函数内部会根据文件中的DRM信息来初始化正确的DRM Plugin（Widevine、OMV，还是其他DRM类型）。

（2）创建DecryptSession，并将DRM信息封装在DecryptHandler实例中传给FileSource。

• DrmInitialization之后，SniffDRM会通过DecryptHandler来判断该文件是否有DRM控制，并分析出该DRM是ES Based，还是Container Based。如果属于ES Based DRM，MediaExtractor会创建一个DRMExtrator，而在DRMExtrator中，会创建一个MPEG4Extractor。
  

MediaExtrator创建完后，播放器即可开始播放。ES Based DRM播放相关流程如图5所示：

图5  ES Based的DRM媒体文件播放流程

图5所示的流程图可分为三个阶段：

• 第一个阶段是资源初始化过程。该过程中，媒体播放器将通过getTrack以后获取一个媒体文件中代表媒体数据的DRMSource实例，DRMSource只负责DRM的控制和解密，而实际媒体数据的分析仍交给MPEG4Extractor来完成。对于播放器来说，它只和DRMExtrator和DRMSource交互。另外，在这一阶段中，initializeDecryptUnit函数将初始化解密相关的资源。
• 第二阶段就是媒体数据读取，针对每一个数据基元，DRMExtrator都会先通过MPEG4Extractor取得未解密的原始数据，然后通过decrypt函数来请求DRM Plugin进行解密。解密后的数据会被放到另外一处缓存中供Codec使用。如果解密失败，decrypt将会返回错误，故播放器将无法解析这些数据。
• 媒体播放完毕后将释放播放资源。和DRM相关的资源将由finalizeDecryptUnit来释放。
  

回顾上述流程，对ES Based DRM的特点是，不论用户是否有权限，播放器都能读取到媒体数据。

下面来看看Container Based DRM的播放流程。

2.3  Container Based DRM播放流程

和ES Based DRM截然不同的是Container Based DRM。受控于这种DRM管理的媒体文件在被读取时就会进行DRM的权限验证，如果验证失败，则无法从中读取到数据。故Container Based DRM最关键的是其pread接口，相关流程如图6所示：

图6  ContainerBasedDRM播放流程图

如图6可知：

• 首先要进行的工作仍是判别数据格式和DRM类型并创建DrmManagerClient。这一过程和ES Based DRM流程相同，此处不拟赘述。
• 接下来需创建MediaExtractor实例。与ES Based DRM不同的是，Container Based DRM在播放时无需创建DRMExtractor，而是直接创建MPEG4Extractor，并在该MediaExtractor中设定DRM的标识。
• Container Based DRM关键在于pread函数。当MediaExtractor从FileSource中提取数据时，readAt最终通过DrmManagerClient的pread函数来访问DrmManager以从中读取数据。DrmManager将调用具体的DRMPlugin实现的pread。数据的权限检查和解密的工作都在该DRMPlugin完成。如果DRM解密失败，pread将不会得到数据。
  

上文介绍了Android平台中DRM播放的大体流程。下面来看看Google主推的Widevine DRM。

pitonas

收藏，再慢慢研究，谢谢了。