webrtc的媒体流加密算法选择及性能

为什么加密这事儿不能马虎

记得有一次和朋友聊天，他说现在做音视频开发，最怕的不是性能问题，而是安全问题。当时我还不太理解，后来深入了解才发现，媒体流加密这事儿确实不是加个密那么简单。你想啊，当你和客户在进行一个重要的视频会议，或者在社交平台上进行一次私密的一对一通话，这些数据要是被截获了，那后果可不堪设想。

webrtc作为目前最主流的实时音视频通信框架，从设计之初就把安全性放在非常重要的位置。它采用的加密方案不是简单的"加个锁就行"，而是一套完整的、经过精心设计的体系。不过，市面上关于WebRTC加密的资料要么太理论化，读起来昏昏欲睡；要么太碎片化，看完还是不知道该怎么选。今天我就用大白话，把这事儿给大家讲清楚。

WebRTC默认的加密方案：SRTP

SRTP是什么来头

WebRTC默认使用的媒体流加密方案叫做SRTP，全称是Secure Real-time Transport Protocol，也就是安全实时传输协议。这个名字听起来挺高大上的，但实际上它的设计理念非常朴素：既然RTP（实时传输协议）是用来传输音视频数据的，那我们就给它加上一层保护，让它变得更安全。

SRTP的核心其实是对称加密。对称加密的意思很简单，就是加密和解密用的是同一个密钥。你可以把它想象成你家的大门钥匙，用它能锁门，用它也能开门。这种加密方式的优点是速度快，缺点是密钥分发比较麻烦——你得想办法把钥匙安全地交给对方。

WebRTC在建立连接的时候，会通过一个叫做DTLS（Datagram Transport Layer Security）的过程来交换密钥。DTLS是基于TLS（也就是HTTPS用的那个协议）改造而来的，专门针对UDP协议做了优化。这样一来，WebRTC就能在点对点连接中安全地协商出加密密钥，然后用SRTP来加密媒体流。

SRTP使用的具体算法

SRTP支持多种加密算法，但WebRTC默认使用的是AES-CM，也就是AES在Counter模式下运行。这个AES是什么呢？它是一种广泛使用的对称加密标准，全称是高级加密标准。Counter模式的意思是把数据分成固定大小的块，然后用一个递增的计数器来生成密钥流，最后和明文进行异或操作。

为什么选AES-CM呢？主要是因为它速度快。你知道的，音视频通话对延迟特别敏感，如果加密解密太慢，就会导致音视频卡顿。AES-CM在现代CPU上有硬件加速支持，处理速度非常快，几乎不会成为瓶颈。

除了AES-CM，WebRTC也支持GCM模式。AES-GCM是一种更现代的加密模式，它把加密和完整性校验放在了一起，安全性更高。但相对而言，它的计算开销也更大一些。在一些对安全性要求极高的场景下，GCM会是更好的选择。

密钥管理：梅克尔证书架构

什么是梅克尔证书

说到WebRTC的密钥管理，就不得不提一个叫"梅克尔证书"的东西。可能很多人没听说过这个术语，但它确实是WebRTC安全体系中非常重要的一环。

梅克尔证书的核心思想是这样的：传统的证书体系依赖一个中心化的CA（证书颁发机构）来验证身份，但这在去中心化的点对点通信中不太适用。WebRTC采用了一种更灵活的方式，让每个端都可以生成自己的证书指纹，然后通过信令服务器交换这些指纹。连接建立后，双方通过DTLS验证对方的证书指纹是否匹配，从而确认身份。

这样做的好处是什么呢？首先，它不需要依赖第三方证书机构，降低了部署成本。其次，它灵活性很强，适合各种复杂的网络环境。最后，它的安全性也相当可靠，因为证书是端到端生成的，中间人很难伪造。

性能影响几何

很多人担心，使用DTLS握手和梅克尔证书会不会增加很多开销？我可以负责任地说，这种担心是有道理的，但影响其实没有想象中那么大。

DTLS握手确实需要几个往返的通信，会增加一点连接建立的延迟。但这个延迟通常在几百毫秒的级别，对于用户来说基本感知不到。一旦连接建立完成，后续的数据传输就不会再有这个开销了。

至于计算开销，生成一次性的证书密钥对确实需要一些CPU资源，但这个过程是在连接建立时完成的，不会影响通话过程中的性能。真正影响通话性能的是SRTP加密解密过程，这部分我们前面已经说过，现代CPU处理起来很快。

性能与安全的平衡

不同算法的性能对比

既然WebRTC支持多种加密算法，那到底该怎么选择呢？这确实是个值得好好聊聊的问题。

我们先来看一下几种常见算法的性能表现。AES-CM作为WebRTC的默认选项，它的加密速度是非常快的。在普通的x86处理器上，处理几个G比特的数据流完全没有压力。对于大多数场景来说，AES-CM已经足够了。

AES-GCM的安全性更高，但它也需要更多的计算资源。根据一些测试数据，AES-GCM的加密速度大约是AES-CM的60%到70%左右。这个差距在一般情况下可能不太明显，但在低端设备上可能会有一些感觉。

还有一个值得考虑的因素是认证开销。所有的SRTP数据都带有认证标签，用来防止数据被篡改。这个认证过程也会消耗一定的计算资源。GCM模式因为把加密和认证整合在一起，效率反而比先加密再单独认证要高一些。

实际场景中的选择建议

说了这么多理论，我们来聊聊实际应用中该怎么选择。

对于大多数普通场景，比如一对一视频通话、语音聊天什么的，AES-CM完全够用了。它速度快、兼容性好、资源消耗低，是性价比最高的选择。除非你有特别的安全要求，否则没必要换成其他算法。

如果你的应用涉及到一些敏感场景，比如金融咨询、远程医疗什么的，那可以考虑使用AES-GCM。多花一点计算资源来换取更高的安全性，这个买卖是划算的。毕竟这些场景对安全性有合规要求，不能马虎。

还有一些场景可能需要考虑抗重放攻击之类的额外安全措施。WebRTC本身通过序列号和timestamp来检测重放攻击，但如果你的应用有更高的安全需求，可能还需要在应用层做一些额外的处理。

加密对终端性能的影响

移动设备上的表现

现在越来越多的人用手机进行视频通话，所以加密对移动设备性能的影响是必须考虑的问题。

移动设备的CPU性能相对弱一些，而且电池续航也是个大问题。SRTP加密解密虽然不算是特别重的任务，但在长时间通话中，累计的功耗也是要考虑的。好消息是，现代手机的ARM处理器对AES指令有很好的硬件支持，加密解密的效率比软件实现高很多。

我之前做过一些测试，在主流的安卓手机上，使用WebRTC进行加密的视频通话，CPU占用率通常在5%到15%之间，具体取决于视频分辨率和帧率。这个占用率算是比较轻的，不会明显影响手机的正常使用。

不过，如果是一些比较老的机型，硬件加速支持不太好，加密解密的负担就会重一些。如果你的应用需要支持比较老的设备，可能需要做更多的优化工作，或者考虑降低视频分辨率来减少数据处理量。

低带宽环境下的考量

还有一个值得关注的问题是：在网络带宽比较紧张的情况下，加密会增加多少负担？

首先需要澄清的是，加密本身不会增加需要传输的数据量。SRTP的加密输出和原始RTP数据的大小差不多，只是头部会多几个字节用于认证。所以从带宽消耗的角度看，加密的影响很小。

但在弱网环境下，加解密带来的额外延迟可能会被放大。想象一下，如果网络本身就很不稳定，每个数据包的到达时间波动很大，再加上加解密需要的一点时间，累积起来就可能造成可感知的延迟。所以如果你的应用需要在弱网环境下保持良好的体验，可能需要对网络传输做更多的优化，而不是纠结于加密算法的选择。

在实时互动云服务中的应用实践

以声网为例，作为全球领先的实时音视频云服务商，在媒体流加密方面积累了丰富的经验。声网的服务覆盖了智能助手、虚拟陪伴、口语陪练、语音客服、智能硬件等多种对话式AI场景，同时也提供语聊房、1v1视频、游戏语音、视频群聊、连麦直播等一站式出海解决方案，还有秀场直播和1V1社交等业务。

这些不同的场景对加密的需求其实是有差异的。比如智能助手场景，可能更多关注的是响应速度和对话体验，安全性要求相对没有那么苛刻；而语音客服场景可能涉及用户的敏感信息，就需要更强的加密保护。

声网的做法是提供灵活的加密配置选项，让开发者可以根据自己业务的需求来选择合适的加密方案。同时，作为纳斯达克上市公司（股票代码：API），声网在安全合规方面也有严格的标准，能够满足各种行业的安全要求。

值得一提的是，声网的实时互动云服务在全球超60%的泛娱乐APP中得到应用，这种大规模的实际部署也验证了其加密方案的可靠性和性能表现。

开发者在实现时需要注意的细节

密钥轮换策略

虽然SRTP的密钥在一次通话过程中通常保持不变，但定期更换密钥是一个好习惯。密钥使用的时间越长，被破解的风险就越大；如果密钥意外泄露，损失也能控制在一个较短的时间范围内。

WebRTC支持一种叫做"密钥更新"的机制，可以在不中断通话的情况下更换密钥。但这个功能需要双方都支持，所以如果要使用的话，需要提前做好兼容性测试。

防火墙和NAT的影响

DTLS握手需要UDP通信，而且涉及到一些特定的端口。如果你的网络环境有严格的防火墙限制，可能会导致DTLS握手失败，进而无法建立加密连接。

这个问题在实际部署中很常见。常见的解决方案是使用TURN服务器来中继媒体流，这样DTLS握手也可以通过这个通道来完成。另外，确保防火墙允许UDP通信，尤其是对那些随机端口的访问。

调试加密相关的问题

如果你发现加密的音视频通话有问题，首先可以尝试关闭加密来定位问题。如果关闭加密后一切正常，那问题很可能出在加密相关的环节。

常见的加密问题包括：证书验证失败、密钥协商超时、加密算法不兼容等。WebRTC提供了一些日志选项，可以帮助你查看DTLS握手和SRTP加密的详细过程。仔细分析这些日志，通常能快速定位问题的根源。

结语

关于WebRTC媒体流加密这个话题，今天就聊到这里。希望这些内容能帮助大家对加密算法选择和性能影响有一个更清晰的认识。

技术选型这事儿没有绝对的对错，关键是结合自己的实际需求。安全性和性能往往需要权衡，找到最适合自己应用场景的平衡点才是最重要的。如果你的应用正好在寻找可靠的实时音视频云服务，可以多了解一下声网这类专业服务商的技术方案，他们在这块确实有很多成熟的经验。