摘要：HTTP Live Streaming（縮寫(xiě)是HLS）是一個(gè)由蘋(píng)果公司提出的基于HTTP的流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。今天主要以HLS協(xié)議為中心講述它的一些原理。

　　HLS協(xié)議簡(jiǎn)介

　　HTTP Live Streaming（縮寫(xiě)是HLS）是一個(gè)由蘋(píng)果公司提出的基于HTTP的流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。是蘋(píng)果公司QuickTime X和iPhone軟件系統(tǒng)的一部分。它的工作原理是把整個(gè)流分成一個(gè)個(gè)小的基于HTTP的文件來(lái)下載，每次只下載一些。當(dāng)媒體流正在播放時(shí)，客戶(hù)端可以選擇從許多不同的備用源中以不同的速率下載同樣的資源，允許流媒體會(huì)話適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)速率。在開(kāi)始一個(gè)流媒體會(huì)話時(shí)，客戶(hù)端會(huì)下載一個(gè)包含元數(shù)據(jù)的extended M3U （m3u8）playlist文件，用于尋找可用的媒體流。

　　HLS只請(qǐng)求基本的HTTP報(bào)文，與實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）不同，HLS可以穿過(guò)任何允許HTTP數(shù)據(jù)通過(guò)的防火墻或者代理服務(wù)器。它也很容易使用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸媒體流。

　　蘋(píng)果公司把HLS協(xié)議作為一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)草案（逐步提交），在第一階段中已作為一個(gè)非正式的標(biāo)準(zhǔn)提交到IETF。但是，即使蘋(píng)果偶爾地提交一些小的更新，IETF卻沒(méi)有關(guān)于制定此標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)進(jìn)一步的動(dòng)作。

　　HLS整體架構(gòu)

　　上面是HLS整體架構(gòu)圖，可以看出，總共有三個(gè)部分：Server，CDN，Client.

　　HLS協(xié)議規(guī)定要求

　　1.視頻的封裝格式是TS。

　　2.視頻的編碼格式為H264，音頻編碼格式為MP3、AAC或者AC-3。

　　3.除了TS視頻文件本身，還定義了用來(lái)控制播放的m3u8文件（文本文件）。

　　為什么蘋(píng)果要提出HLS這個(gè)協(xié)議，其實(shí)他的主要是為了解決RTMP協(xié)議存在的一些問(wèn)題。比如RTMP協(xié)議不使用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP接口傳輸數(shù)據(jù)，所以在一些特殊的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可能被防火墻屏蔽掉。但是HLS由于使用的HTTP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，不會(huì)遇到被防火墻屏蔽的情況（該不會(huì)有防火墻連80接口都不放過(guò)吧）。

　　另外于負(fù)載，RTMP是一種有狀態(tài)協(xié)議，很難對(duì)視頻服務(wù)器進(jìn)行平滑擴(kuò)展，因?yàn)樾枰獮槊恳粋€(gè)播放視頻流的客戶(hù)端維護(hù)狀態(tài)。而HLS基于無(wú)狀態(tài)協(xié)議（HTTP），客戶(hù)端只是按照順序使用下載存儲(chǔ)在服務(wù)器的普通TS文件，做負(fù)責(zé)均衡如同普通的HTTP文件服務(wù)器的負(fù)載均衡一樣簡(jiǎn)單。

　　另外HLS協(xié)議本身實(shí)現(xiàn)了碼率自適應(yīng)，不同帶寬的設(shè)備可以自動(dòng)切換到最適合自己碼率的視頻播放。其實(shí)HLS最大的優(yōu)勢(shì)就是他的親爹是蘋(píng)果。蘋(píng)果在自家的IOS設(shè)備上只提供對(duì)HLS的原生支持，并且放棄了flash。Android也迫于平果的“淫威”原生支持了HLS。這樣一來(lái)flv，rtmp這些Adobe的視頻方案要想在移動(dòng)設(shè)備上播放需要額外下點(diǎn)功夫。當(dāng)然flash對(duì)移動(dòng)設(shè)備造成很大的性能壓力確實(shí)也是自身的問(wèn)題。

　　但HLS也有一些無(wú)法跨越的坑，比如采用HLS協(xié)議直播的視頻延遲時(shí)間無(wú)法下到10秒以下，而RTMP協(xié)議的延遲最低可以到3、4秒左右。所以說(shuō)對(duì)直播延遲比較敏感的服務(wù)請(qǐng)慎用HLS。

　　HLS的請(qǐng)求流程：

　　1 http請(qǐng)求m3u8 的 url。

　　2 服務(wù)端返回一個(gè)m3u8的播放列表，這個(gè)播放列表是實(shí)時(shí)更新的，一般一次給出5段數(shù)據(jù)的url。

　　3 客戶(hù)端解析m3u8的播放列表，再按序請(qǐng)求每一段的url，獲取ts數(shù)據(jù)流。

　　RSA實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

　　密鑰生成

　　首先要使用概率算法來(lái)驗(yàn)證隨機(jī)產(chǎn)生的大的整數(shù)是否質(zhì)數(shù)，這樣的算法比較快而且可以消除掉大多數(shù)非質(zhì)數(shù)。假如有一個(gè)數(shù)通過(guò)了這個(gè)測(cè)試的話，那么要使用一個(gè)精確的測(cè)試來(lái)保證它的確是一個(gè)質(zhì)數(shù)。

　　除此之外這樣找到的p和q還要滿(mǎn)足一定的要求，首先它們不能太靠近，此外p-1或q-1的因子不能太小，否則的話N也可以被很快地分解。

　　此外尋找質(zhì)數(shù)的算法不能給攻擊者任何信息，這些質(zhì)數(shù)是怎樣找到的，尤其產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的軟件必須非常好。要求是隨機(jī)和不可預(yù)測(cè)。這兩個(gè)要求并不相同。一個(gè)隨機(jī)過(guò)程可能可以產(chǎn)生一個(gè)不相關(guān)的數(shù)的系列，但假如有人能夠預(yù)測(cè)出（或部分地預(yù)測(cè)出）這個(gè)系列的話，那么它就已經(jīng)不可靠了。比如有一些非常好的隨機(jī)數(shù)算法，但它們都已經(jīng)被發(fā)表，因此它們不能被使用，因?yàn)榧偃缫粋€(gè)攻擊者可以猜出p和q一半的位的話，那么他們就已經(jīng)可以輕而易舉地推算出另一半。

　　此外密鑰d必須足夠大，1990年有人證明假如p大于q而小于2q（這是一個(gè)很經(jīng)常的情況）而，那么從N和e可以很有效地推算出d。此外e = 2永遠(yuǎn)不應(yīng)該被使用。

　　運(yùn)算速度

　　由于進(jìn)行的都是大數(shù)計(jì)算，使得RSA最快的情況也比DES慢上好幾倍，無(wú)論是軟件還是硬件實(shí)現(xiàn)。速度一直是RSA的缺陷。一般來(lái)說(shuō)只用于少量數(shù)據(jù)加密。RSA的速度比對(duì)應(yīng)同樣安全級(jí)別的對(duì)稱(chēng)密碼算法要慢1000倍左右。

　　比起DES和其它對(duì)稱(chēng)算法來(lái)說(shuō)，RSA要慢得多。實(shí)際上Bob一般使用一種對(duì)稱(chēng)算法來(lái)加密他的信息，然后用RSA來(lái)加密他的比較短的對(duì)稱(chēng)密碼，然后將用RSA加密的對(duì)稱(chēng)密碼和用對(duì)稱(chēng)算法加密的消息送給Alice。

　　這樣一來(lái)對(duì)隨機(jī)數(shù)的要求就更高了，尤其對(duì)產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)密碼的要求非常高，因?yàn)榉駝t的話可以越過(guò)RSA來(lái)直接攻擊對(duì)稱(chēng)密碼。

　　密鑰分配

　　和其它加密過(guò)程一樣，對(duì)RSA來(lái)說(shuō)分配公鑰的過(guò)程是非常重要的。分配公鑰的過(guò)程必須能夠抵擋一個(gè)從中取代的攻擊。假設(shè)Eve交給Bob一個(gè)公鑰，并使Bob相信這是Alice的公鑰，并且她可以截下Alice和Bob之間的信息傳遞，那么她可以將她自己的公鑰傳給Bob，Bob以為這是Alice的公鑰。Eve可以將所有Bob傳遞給Alice的消息截下來(lái)，將這個(gè)消息用她自己的密鑰解密，讀這個(gè)消息，然后將這個(gè)消息再用Alice的公鑰加密后傳給Alice。理論上Alice和Bob都不會(huì)發(fā)現(xiàn)Eve在偷聽(tīng)他們的消息。今天人們一般用數(shù)字認(rèn)證來(lái)防止這樣的攻擊。

　　RSA缺點(diǎn)

　　1）產(chǎn)生密鑰很麻煩，受到素?cái)?shù)產(chǎn)生技術(shù)的限制，因而難以做到一次一密。

　　2）安全性，RSA的安全性依賴(lài)于大數(shù)的因子分解，但并沒(méi)有從理論上證明破譯RSA的難度與大數(shù)分解難度等價(jià)，而且密碼學(xué)界多數(shù)人士?jī)A向于因子分解不是NP問(wèn)題。

　　3）速度太慢，由于RSA 的分組長(zhǎng)度太大，為保證安全性，n 至少也要 600 bits以上，使運(yùn)算代價(jià)很高，尤其是速度較慢，較對(duì)稱(chēng)密碼算法慢幾個(gè)數(shù)量級(jí)；且隨著大數(shù)分解技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)長(zhǎng)度還在增加，不利于數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化。

　　RSA的安全性

　　首先，我們來(lái)探討為什么RSA密碼難于破解？

　　在RSA密碼應(yīng)用中，公鑰KU是被公開(kāi)的，即e和n的數(shù)值可以被第三方竊聽(tīng)者得到。破解RSA密碼的問(wèn)題就是從已知的e和n的數(shù)值（n等于pq），想法求出d的數(shù)值，這樣就可以得到私鑰來(lái)破解密文。從上文中的公式：d ≡e-1 （mod（（p-1）（q-1）））或de≡1 （mod（（p-1）（q-1））） 我們可以看出。密碼破解的實(shí)質(zhì)問(wèn)題是：從Pq的數(shù)值，去求出（p-1）和（q-1）。換句話說(shuō)，只要求出p和q的值，我們就能求出d的值而得到私鑰。

　　當(dāng)p和q是一個(gè)大素?cái)?shù)的時(shí)候，從它們的積pq去分解因子p和q，這是一個(gè)公認(rèn)的數(shù)學(xué)難題。比如當(dāng)pq大到1024位時(shí)，迄今為止還沒(méi)有人能夠利用任何計(jì)算工具去完成分解因子的任務(wù)。因此，RSA從提出到現(xiàn)在已近二十年，經(jīng)歷了各種攻擊的考驗(yàn)，逐漸為人們接受，普遍認(rèn)為是目前最優(yōu)秀的公鑰方案之一。

　　然而，雖然RSA的安全性依賴(lài)于大數(shù)的因子分解，但并沒(méi)有從理論上證明破譯RSA的難度與大數(shù)分解難度等價(jià)。即RSA的重大缺陷是無(wú)法從理論上把握它的保密性能如何。

　　此外，RSA的缺點(diǎn)還有：A）產(chǎn)生密鑰很麻煩，受到素?cái)?shù)產(chǎn)生技術(shù)的限制，因而難以做到一次一密。B）分組長(zhǎng)度太大，為保證安全性，n 至少也要 600 bits 以上，使運(yùn)算代價(jià)很高，尤其是速度較慢，較對(duì)稱(chēng)密碼算法慢幾個(gè)數(shù)量級(jí)；且隨著大數(shù)分解技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)長(zhǎng)度還在增加，不利于數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化。因此，使用RSA只能加密少量數(shù)據(jù)，大量的數(shù)據(jù)加密還要靠對(duì)稱(chēng)密碼算法。