Не секрет, что на сегодняшний день шифрование данных – единственный, пожалуй, способ, как-то их сохранить. Сегодня мы узнаем, как создать шифрованный раздел в Linux при помощи стандарта luks (Linux Unified Key Setup). Буду приводить для примера скриншоты из операционки CentOS Linux.
Итак, прежде всего заготовим раздел, который будем шифровать. В рамках своей виртуальной машины я создал новый диск, подключил его к интерфейсу SATA, в системе появилось устройство /dev/sdb
Создадим на нем основной раздел:
# fdisk /dev/sdb
Создали 1 раздел (sdb1), отвели ему всё свободное место.
Отлично, теперь отформатируем раздел /dev/sdb1 с использованием средств криптозащиты по парольной фразе. Нам будет предложено ввести пароль. Повторим его дважды, чтобы не ошибиться.
# cryptsetup --verbose --verify-passphrase luksFormat /dev/sdb1
По умолчанию используется алгоритм AES 256bit. При необходимости можно выбрать другой алгоритм, указав ключи -c алгоритм -s длина ключа
# cryptsetup -c aes -s 1024 --verbose --verify-passphrase luksFormat /dev/sdb1
Затем активируем криптоконтейнер под именем safe:
# cryptsetup luksOpen /dev/sdb1 safe
В результате чего у нас создается новое блочное устройство в каталоге /dev/mapper/ с именем safe.
Создаем файловую систему:
# mkfs.ext3 /dev/mapper/safe
Что делать, если мы хотим, чтобы наш раздел активировался каждый раз при старте системы (разумеется, спрашивая парольную фразу)?
Отредактируем файл /etc/crypttab, который похож на /etc/fstab
# vim /etc/crypttab
Допишем туда строку:
safe /dev/sdb1 none
А в файл /etc/fstab следующее:
/dev/mapper/safe /safe ext3 defaults 0 0
Так, ситуация. Мы создали криптованый раздел. Знаем ключ. Можно ли сделать так, чтобы раздел был доступен не только по нашему ключу, но и по другому. То есть хотим дать доступ “Васе”, чтобы он мог работать наравне с нами. Легко.
Добавим ещё один ключ в криптоконтейнер.
Всего можно создать до 8-ми ключей, каждый из которых помещается в свой слот.
Показать занятые слоты можно так:
# cryptsetup luksDump /dev/sdb1
Как видим, заняты слоты 0 и 1. Вместо паролей можно использовать и ключевые файлы.
Показать статус криптоконтейнера можно так:
# cryptsetup status safe
Практический пример.
Цель: Защитить USB устройство от назойливых глаз.
Подключим флешку к нашей системе:
Флешка определилась как девайс sdc. Это значит, что появилось устройство /dev/sdc. Если на флешке были разделы fat или ntfs, то лучше информацию куда-нибудь скинуть, потому как после шифрования устройства всё пропадёт.
Итак, можем разметить флешку с помощью fdisk, можем оставить как есть.
# cryptsetup luksFormat /dev/sdc
Вводим парольную фразу.
Теперь подключим наше шифрованное устройство, чтобы разметить его под новую файловую систему:
# cryptsetup luksOpen /dev/sdc flash
Теперь у нас спросят парольную фразу, после ввода которой в системе появится новое устройство /dev/mapper/<имя>, в нашем случае flash.
Создадим файловую систему на этом устройстве:
# mkfs.ext3 /dev/mapper/flash
Готово. Ну чтож, пора создать ключи, по которым будет осуществляться доступ к устройству. Ключей можно заготовить несколько (всего до 8-ми слотов, хотя 0-ой слот уже занят под парольную фразу, но его можно удалить).
# dd if=/dev/urandom of=~/keyfile.key bs=1 count=256
Таким образом создадим файл в 256 байт, забитый случайными числами. Проверить это можно так:
# xxd ~/keyfile.key
Действительно. полный рэндом. Теперь осталось добавить этот ключ в нашу флешку.
Отключим пока криптоконтейнер.
# cryptsetup luksClose flash
Добавляем ключ:
# cryptsetup luksAddKey /dev/sdc ~/keyfile.key
Нам предложат ввести парольную фразу, чтобы удостовериться, что у нас есть доступ к этому хранилищу.
# cryptsetup luksDump /dev/sdc
Отлично! Теперь сохраним ключ в надежное местечко.. Он нам понадобится для доступа к контейнеру.
Пример 1.
Пользователь “A” хочет закинуть на флешку файл, зная парольную фразу:
Разлочили по паролю, создав девайс mydisk, далее примонтировали mydisk в домашний каталог. Создали текстовый файл hello.txt с содержимым. Отключили контейнер.
Пример 2.
Разлочили по ключевому файлу, создали устройство flashka. Смонтировали его в домашний каталог пользователя sergey, прочитали файл – всё ок!
: - Русский
Активная разработка страницы завершена
Если есть что добавить, то дополняйте разделы новой информацией. Наши опечатки и ошибки в статье можно править смело, нет необходимости сообщать об этом на почту, просьба соблюдать стилевое оформление этой страницы и использовать разделители разделов (серые линии различной толщины).
Шифрование данных в Debian
Многим кажется что шифровать свои данные не нужно. Однако в повседневной жизни мы часто сталкиваемся с такими ситуациями как "потерялась флешка" или же "ноутбук сдан в ремонт" итп. В случае если ваши данные зашифрованы, то можно за них совершенно не беспокоиться: никто не опубликует их в интернете, или не воспользуется каким-то другим способом.
Шифрование при помощи cryptsetup
Установим необходимые компоненты:
# apt-get install cryptsetupСтандартный синтаксис
/dev/sda2 . Введем команду:
# cryptsetup create sda2_crypt /dev/sda2Данная команда создаст шифрованное подключение к нашему диску. В каталоге /dev/mapper появится новое устройство с запрошенным нами именем: /dev/mapper/sda2_crypt , обращаясь к которому мы используем шифрованный доступ к диску. В случае с LUKS имя будет /dev/mapper/sda2_crypt
Если на диске уже была файловая система и мы хотели бы сохранить данные на ней то необходимо выполнить их шифрование для последующего их использования:
# dd if=/dev/sda2 of=/dev/mapper/sda2_cryptЕсли же создается новый диск на пустом разделе, то можно отформатировать его:
# mkfs.ext3 /dev/mapper/sda2_cryptВ последствии можно будет смонтировать этот диск куда угодно:
# mount /dev/mapper/sda2_crypt /path/to/mount/pointПроверить целостность данных (как обычно, лучше использовать только в размонтированном состоянии):
# fsck.ext3 /dev/mapper/sda2_cryptИ даже расшифровать обратно, если мы больше не хотим использовать шифрование:
# dd if=/dev/mapper/sda2_crypt of=/dev/sda2LUKS синтаксис
Вышеуказанные действия можно выполнить в соответствии со стандартом LUKS
Инициализируем раздел:
cryptsetup luksFormat /dev/sda2Подключаем в систему:
cryptsetup luksOpen /dev/sda2 sda2_cryptФорматируем:
mkfs.ext4 -v -L DATA /dev/mapper/sda2_cryptМонтируем:
mount /dev/mapper/sda2_crypt /mnt/dataРаздел можно вручную отключить о системы
cryptsetup luksClose sda2_cryptПодключение при запуске
Для этой цели используется файл crypttab .
Для нашего диска пропишем в него следующую строку:
nano /etc/crypttab # имя mapper устройство ключ параметры/опции # При стандартном синтаксисе sda2_crypt /dev/sda2 none aes-cbc-plain:sha256 # и\или под стандарту LUKS sda2_crypt /dev/sda2 none luksПо умолчанию используется шифрование по паролю введенному пользователем. Таким образом каждый раз когда Вы загружаете Ваш компьютер система будет спрашивать каждый раз у Вас пароль для подключения каждого зашифрованного раздела. Даже если в fstab эти разделы не прописаны.
Если хотим монтировать вручную, то добавляем опцию noauto в поле "параметры/опции".
Подключение шифрованного раздела вручную по данным из /etc/crypttab
cryptdisks_start msda2_cryptИ отключение с заранее отмонтированной фс.
cryptdisks_stop sda2_cryptДля автоматического монтирования фс на подключённом зашифрованном разделе добавляем строку в /etc/fstab
/dev/mapper/sda2_crypt /mnt/data ext4 defaults 0 0Работа с ключами в LUKS
Раздел LUKS поддерживает 8 различных ключей, каждый из которых помещается в свой слот.
Cмотрим список используемых ключей
cryptsetup luksDump /dev/sda2В LUKS могут использоваться 2 вида ключей – ключевые фразы и файлы.
Можно добавить ключевую фразу
cryptsetup luksAddKey /dev/sda2Можно добавить ключевой файл (2048 bit) и выставить права доступа к нему.
dd if=/dev/urandom of=/root/ext2.key bs=512 count=4 cryptsetup luksAddKey /dev/sda2 /root/ext2.key chmod 400 /root/sda2.key cryptsetup -d /root/sda2.key luksOpen /dev/sda2 sda2_cryptДля подключения при запуске по ключу правим /etc/crypttab
nano /etc/crypttab sda2_crypt /dev/sda2 /root/sda2.key luksМожно удалить ключевую фразу или ключ из раздела
cryptsetup luksKillSlot /dev/sda2 1Аварийное монтирование в "чужом" дистрибутиве
От проблем никто не застрахован и иногда нужно получить доступ к зашифрованному разделу из аварийного LiveCD диска.
Загружаемся, подключаем раздел в систему и монтируем фс:
cryptsetup luksOpen /dev/sda2 sda2_crypt mount -t ext4 /dev/mapper/sda2_crypt /mnt/backupПосле работы отмонтируем фс и отключим зашифрованный раздел от системы
umount /mnt/backup cryptsetup luksClose sda2_cryptСообщения об ошибках при выключении
Если корневой раздел зашифрован, то при выключении будет выдаваться сообщение
stopping early crypto disks... failedЭто техническая ошибка. При выключении в первую очередь всегда демонтируется файловые системы и лишь потом происходит отключение раздела. В итоге получается что утилита cryptsetup находящаяся на корневом отмонтированном разделе уже недостуна для запуска, о чём нам INIT и сообщает. Без костылей такую проблему не решить, т.к. для этого нужно рассматривать варианты с переносом cryptsetup в RAM диск
Аналогичная ситуация складыватеся и при использовании программного RAID содержащего корневой раздел. 8)
Шифрование при помощи модуля loop-aes
Шифрование раздела винчестера, флешки с помощью пароля
В данном howto описан метод шифрования AES256 , другие методы можно применять аналогично (заменив название метода на соответствующее). Нам понадобятся следующие пакеты:
# apt-get install loop-aes-utils loop-aes-modules-`uname -r`Примечание : если Вы используете ядро для которого в репозитарии нет нужного loop-aes-modules, Вы можете установить модули следующими командами:
# apt-get install module-assistant loop-aes-source # module-assistant a-i loop-aesНачальный этап
На начальном этапе мы готовим диск к тому чтобы работать с ним, используя шифрование.
Выберем раздел диска (или флешки) который мы хотим зашифровать, например это будет /dev/sda2 . Введем команду:
# losetup -e AES256 -T /dev/loop0 /dev/sda2После выполнения данной команды, все обращения к девайсу /dev/loop0 будут шифроваться и в шифрованном виде перенаправляться в девайс /dev/sda2 . Теперь мы имеем одновременно шифрованный и нешифрованный каналы к устройству хранения данных. Шифруются данные при помощи пароля который вы указали при выполнении losetup.
Теперь мы можем например отформатировать девайс:
# mkfs.ext3 /dev/loop0Можем смонтировать его:
# mount /dev/loop0 /path/to/mountможем отключить шифрование:
# losetup -d /dev/loop0и самое главное, можем зашифровать раздел без потери данных :
# dd if=/dev/sda2 of=/dev/loop0а так же расшифровать, если решаем что шифрование не наш метод:
# dd if=/dev/loop0 of=/dev/sda2Ну и самое приятное, мы можем делать проверки файловой системы на целостность:
# fsck.ext3 /dev/loop0Данная возможность доступна далеко не во всех методах шифрования разделов.
Повседневное использование
Если у Вас уже была запись о разделе /dev/sda2 в Вашем /etc/fstab , то Вам нужно просто добавить опции, а если не было то прописать примерно следующее:
/dev/sda2 /path/to/mount ext3 loop,encryption=AES256 0 0Теперь при загрузке операционной системы у Вас будет запрошен пароль для монтирования.
Если Вы не хотите чтобы процесс загрузки прерывался запросом пароля, то можно добавить опции noauto ,user в запись /etc/fstab :
/dev/sda2 /path/to/mount ext3 loop,encryption=AES256,noauto,user 0 0Разумеется можно монтировать вручную (или из скрипта):
# mount /dev/sda2 /path/to/mount -o loop,encryption=AES256Монтирование нескольких файловых систем
Иногда хочется зашифровать одновременно несколько разделов с данными, но так чтобы не вводить море паролей на каждый mount . Например у Вас есть флешка, которую вы таскаете из дома на работу, переносной винчестер и т.п. Или же просто несколько разделов/винчестеров.
Допустим мы имеем зашифрованный раздел /dev/sda2 , который мы при каждой загрузке монтируем в каталог /mnt1 . Появился новый винчестер /dev/sdb1 и мы хотим чтобы он автоматически монтировался в каталог mnt2 при монтировании первого. Можно конечно создать общую систему на чем-то вроде LVM , однако можно и более простым путем пойти:
прописываем в fstab примерно следующую строку:
/dev/sda2 /mnt1 ext3 noatime,exec,loop,encryption=AES256 0 0 /dev/sdb1 /mnt2 ext3 noatime,exec,loop,encryption=AES256,cleartextkey=/mnt1/key.txt 0 0Система при загрузке монтирует точки в том же порядке, который описан в fstab , таким образом, если первый раздел не будет смонтирован, то ключ для монтирования второго раздела останется недоступным и второй раздел так же не будет смонтирован.
Пароль хранится в виде plain/text это конечно не очень красиво, но он хранится на зашифрованном разделе (который можно и отмонтировать). Можно вместо этого использовать gpg -ключ, однако много безопасности это не добавит (если уж смогут спереть ключ, то большой разницы какой этот ключ не будет), вариант шифрования с gpg -ключом описан в man losetup , здесь я лишь приведу пример записи в fstab :
/dev/sda2 /mnt1 ext3 noatime,exec,loop,encryption=AES256 0 0 /dev/sdb1 /mnt2 ext3 noatime,exec,loop,encryption=AES256,gpgkey=/mnt1/key.gpg 0 0Примечания
Дополнительную информацию о поддерживаемых алгоритмах шифрования смотри в man losetup , там же можно посмотреть описание других опций программы losetup .
Если у Вас возникнут проблемы при установке модулей AES, то читайте документацию идущую с пакетом loop-aes-source .
GRUB и шифрованный корневой диск
При установке корневого раздела на зашифрованный диск GRUB может в главном меню показывать кракозябры. Это происходит из-за недоступности стандартного шрифта /usr/share/grub/unicode.pf2. Копируем шрифт
cp /usr/share/grub/unicode.pf2 /boot/grub/Указываем настройку
nano /etc/default/grub GRUB_FONT=/boot/grub/unicode.pf2Применяем настройку:
update-grubШифрование домашнего каталога обеспечивает надежную защиту данных, хранящихся на жёстком диске или ином носителе. Шифрование особенно актуально на переносных ПК, на компьютерах с множественным доступом, а также в любых других условиях. Шифрование домашнего каталога предлагается при установке Linux Mint.
Основная загвоздка при полном шифровании домашнего каталога состоит в том, что необходимо «вынести» каталог с зашифрованными данными за пределы точки монтирования.
Производительность снижается незначительно, по крайней мере пока не пользуется SWAP. SWAP – это специальный раздел на диске или файл в который операционная система перемещает отдельные блоки оперативной памяти в случае когда оперативной памяти не хватает для работы приложений. SWAP тоже шифруется, если в инсталляторе выбрать шифрование домашнего каталога, и при этом перестает работать спящий режим.
Не шифровать SWAP при шифрованном домашнем каталоге – потенциально опасно, так как там могут оказаться данные из шифрованных файлов в открытом виде – весь смысл шифрования теряется. Начиная с 14-ой версти Linux Mint, при установке есть возможность выбрать вариант шифрования всего диска. Этот вариант наиболее подходит для сохранения персональных данных на переносных устройствах (у которых, как правило, только один пользователь).
1.3 Шифрование в gnome – Seahorse
В Linux Mint есть встроенная утилита «Пароли и ключи» или же Seahorse. Используя её возможности пользователь может оперировать всеми ключами, паролями, а также сертификатами которые имеются в данной ОС.
По сути Seahorse – это приложение для GNOME (GNOME – свободная среда рабочего стола для Unix-подобных операционных систем), являющееся фронтэндом к GnuPG (свободная программа для шифрования информации и создания электронных цифровых подписей) и предназначенное для управления ключами шифрования и паролями. Пришел на замену GNOME Keyring, которого полностью заменил в GNOME 2.22, хотя был анонсирован еще в GNOME 2.18. Позволяет производить все операции которые ранее необходимо делать в командной строке и объединяя их под едиными интерфесом:
управлять безопасностью своей рабочей среды и ключами OpenPGP и SSH;
шифровать, расшировывать и проверять файлы и текст;
добавлять и проверять цифровые подписи к документам;
синхронизировать ключи с ключевыми серверами;
создавать и публиковать ключи;
резервировать ключевую информацию;
добавлять к изображениями в любом поддерживаемом GDK как OpenGPG photo ID;
1.4 TrueCrypt
TrueCrypt обладает достаточно удобным графическим интерфейсом, но, к сожалению, разработчики жестко зашили в код интеграцию с файловым менеджером Nautilus.
Для шифрования данных можно использовать разные методы.
Для начала нужно создать так называемый контейнер, в котором будут содержаться файлопапки, предназначенные для шифрования. Контейнером может служить файл с произвольным названием или даже целый раздел диска. Для доступа к контейнеру необходимо указать пароль, а также можно сделать файл ключа (необязательная опция), с помощью которого будет шифроваться информация. Размер контейнера ограниченный.
Создание зашифрованных разделов/файлов
Создание файл ключа:
truecrypt -create-keyfile /home/user/test/file , где file – название файла-ключа.
Создание контейнера, в данном случае раздела:
sudo truecrypt -k /home/user/test/file -c /dev/sda9
Вместо раздела /dev/sda9 вполне можно указать и файл, например /home/user/test/cryptofile, но в этом случае необходимо будет указать его размер, это делается параметром -size=5G до параметра -c. В указанном примере создастся файл cryptofile размером 5 Гбайт. Иногда TrueCrypt принимает размер только в байтах, для 5 Гбайт можно или высчитать значение заранее и указать -size=5368709120, или же записать следующим образом: -size=`echo 1024^3*5 | bc`.
Для шифрования будет использоваться сделанный уже файл-ключ.
При создании будет предложен выбор типа контейнера (нормальный / скрытый), файловой системы (FAT, ext2/3/4 или без ФС), в данном примере был выбран режим без использования ФС. Также будет предложен выбор алгоритма шифрования (например, AES), а так же hash-алгоритм (например, SHA-1) для шифрования потоков данных.
TrueCrypt используется для шифрования данных налету, то есть можно, подмонтировав контейнер, работать с находящимися в нём файлами как обычно (открывать/редактировать/закрывать/создавать/удалять), что очень удобно.
Шифрованный раздел/файл был создан. Теперь, если необходимо его внутреннюю файловую систему (далее ФС) отформатировать под нужную, следует сделать следующее.
Выбрать необходимый раздел используя Truecrypt:
truecrypt -k /home/user/test/file /dev/sda9
По умолчанию будет задействован созданный Truecrypt девайс /dev/mapper/truecrypt0. По обращению к этому девайсу, можно менять, например ФС в шифрованном контейнере. В данном случае это нужно сделать.
sudo mkfs.ext4 -v /dev/mapper/truecrypt0
Этим самым была сделана ФС ext4 внутри данного шифрованного контейнера.
Далее, так как данный контейнер уже «прикреплён» к девайсу /dev/mapper/truecrypt0, то осталось его просто примонтировать к какой-нибудь директории. Эта директория для монтирования должна уже существовать в системе.
sudo mount /dev/mapper/truecrypt0 /mnt/crypto , где /mnt/crypto – директория, к которой примонтирован шифрованный контейнер.
truecrypt -d
Теперь без знания файла-ключа и пароля никто не сможет прочесть спрятанную информацию.
Введение
Хранение данных в зашифрованном виде - прекрасный способ защитить информацию, чтобы она не попала к злоумышленнику. Для охраны интеллектуальной собственности, производственных секретов или информации личного характера разрабатываются криптографические системы. Они могут быть выполнены в различных формах, предлагать разные уровни функциональности и содержать любое число опций, чтобы подходить под широкий диапазон операционных оболочек и сред. Сегодня количество современных криптографических методов, алгоритмов и решений гораздо больше, чем раньше. Да и качество разработки намного лучше. Более того, на рынке присутствует немало работоспособных решений на основе открытого кода, что позволяет достигать хорошего уровня защиты, не тратя большие суммы денег.
В декабре 2005 Понемонский институт провёл среди различных специалистов в сфере защиты информации опрос, касающийся шифрования и защиты данных. Среди 6298 опрошенных лишь 4 процента респондентов использовали шифрование в масштабах предприятия. Из этого же опроса выявились три главные причины стойкого противления официальным правилам шифрования:
- 69% опрошенных упоминали проблемы с производительностью;
- 44% опрошенных упоминали сложности с реализацией;
- 25% опрошенных говорили о высокой цене реализации криптографических алгоритмов.
Во многих странах организации подвержены воздействию множества рычагов давления для увеличения "прозрачности" их работы. Но, с другой же стороны, на них лежит установленная законом ответственность за необеспечение сохранности конфиденциальной информации. Так было, в частности, в случае с обувными магазинами корпорации DSW в США).
Федеральная торговая комиссия США выдвинула иск против DSW, в котором было заявлено о необеспечении должного уровня защиты информации и непринятии должных мер для построения адекватных систем ограничения доступа к этим данным, а также о неудовлетворительной защите сетевых соединений между магазинными и офисными компьютерами. В случае с компанией DSW примерно 1,4 миллиона кредитных карт и около 96 тысяч чековых счетов были потенциально доступны преступникам. И прежде чем соглашения между компанией и ФТК были достигнуты, этими счетами уже успели нелегально воспользоваться.
В наше время программные и инженерные решения по шифрованию данных доступны, как никогда. USB-ключ, дешевеющий день ото дня, всё чаще используется вместо смарт-карт. Последние, в свою очередь, тоже нередко можно встретить, ведь большинство ноутбуков содержат считыватель смарт-карт.
Потребители всё чаще начинают задумываться об опасностях, касающихся кражи личной информации, данных о владельце, номеров кредитных карточек. И эти опасения только лишь подогреваются сообщениями о массовых продажах украденной информации подобного рода из учреждений, которым доверены столь ценные данные.
Потребители также начинают осознавать, что важно защищать личную информацию не только в Интернете, но и вне сети. В конце концов, нежелательный доступ к вашим данным не всегда происходит через сеть. Этот вопрос особенно актуален для тех, чьи незащищённые ноутбуки могут попасть либо в руки обслуживающего персонала для изменения конфигурации, либо в сервис на ремонт.
Технические вопросы шифрования
Функции шифрования необходимы всем современным многопользовательским компьютерным системам, где данные, процессы и информация пользователей логически разделяются. Чтобы установить подлинность пользователя в подобной системе, логины и пароли хэшируются и сравниваются с уже имеющимися в системе хэшами (либо хэш используется для расшифровки сеансового ключа, который потом проверяется на валидность). В целях предотвращения несанкционированного просмотра личной информации внутри зашифрованных контейнеров могут храниться отдельные файлы или целые разделы. А сетевые протоколы, например, SSL\TLS и IPSec, позволяют, если это необходимо, усилить криптографическую защиту различных устройств (/dev/random, /dev/urandom и т.д.) с помощью модульных алгоритмов, работающих с ядром операционной системы.
Задача любой технологии шифрования диска состоит в защите от нежелательного доступа к личной информации и в уменьшении урона от потерь интеллектуальной собственности в результате нелегального доступа или кражи физического устройства. Операционная система Linux с версией ядра 2.6.4 представила усовершенствованную криптографическую инфраструктуру, которая просто и надёжно защищает личные данные на многих уровнях программного обеспечения. Существуют как целые стандарты хранения данных в зашифрованном виде на низком уровне, подобно Linux Unified Key Setup (LUKS), так и реализации на пользовательском уровне, например, файловые системы EncFS и CryptoFS, которые, в свою очередь, основаны на Fast Userspace File System (FUSE) под Linux. Конечно же, любая криптографическая система устойчива к взлому настолько, насколько устойчивы её пароли и ключи доступа. Всего существует три основных уровня, на которых применяются технологии шифрования:
- уровень файлов и файловой системы (пофайловое шифрование, контейнер с файлами);
- низкий блочный уровень (контейнер с файловой системой);
- уровень "железа" (специализированные криптографические устройства).
Шифрование на уровне файлов - весьма простой способ, применяющийся обычно для обмена файлами. Шифрование используется от случая к случаю, что удобно для пересылки разумного количества файлов. Для многопользовательских файловых систем возникает проблема управления ключами, поскольку папки и файлы разных пользователей шифруются разными ключами. Конечно, можно использовать один ключ, но тогда мы получаем технологию, напоминающую шифрование диска. Как и всегда, на пользователя ложится ответственность за выбор наиболее надёжного пароля.
Более продвинутые криптографические приложения работают на уровне файловой системы, отслеживая файлы в момент создания, записи или модификации. Этот метод предоставляет лучшую защиту личной информации при любом способе её использования, он хорош и при большом количестве файлов. Кроме того, здесь не нужно заботиться о приложениях, которые не умеют шифровать файлы по отдельности.
Некоторые криптографические технологии бесплатны и включены во многие дистрибутивы. Кстати, последние версии Windows оснащаются специальной файловой системой с поддержкой шифрования Encrypted File System (EFS). Fedora поддерживает ряд опций шифрования, включая LUKS (можно включить поддержку LUKS и под Windows, если использовать файловые системы FAT или FAT32 и приложение FreeOTFE). А в дополнительных пакетах Extras доступны FUSE и EncFS. CryptoFS тоже можно установить, скачав с официального сайта. .
Инфраструктура FUSE состоит из загружаемого модуля ядра и userspace-библиотеки, которая служит основой как для файловой системы CryptoFS, так и для Encrypted file system (EncFS). По своей структуре FUSE не затрагивает исходный код ядра и при этом обеспечивает высокую гибкость для реализации многих интересных дополнений, например, файловой системы с удалённым монтированием Secure Shell file system (SSHFS).
CryptoFS хранит зашифрованные данные в привычной структуре директорий, разделённой на две основных части: текстовая информация (список файлов, папок, архивов) и собственно зашифрованные данные. Повторно смонтировать зашифрованную директорию можно только с помощью ключа. При использовании CryptoFS не нужно специальных привилегий, настройка тоже труда не составляет.
Файловая система EncFS - тоже userspace-реализация на основе библиотека FUSE, обеспечивающая защиту от кражи информации и работающая по принципу пофайлового шифрования. Она унаследовала свою структуру от ранних версий, но с улучшениями как по форме, так и по функциям. Файловая система EncFS может быть динамически расширена, чтобы удовлетворить возрастающим требованиям пользователей. Файлы могут шифроваться по различным параметрам (например, при изменении содержания, по атрибутам и т.д.). По сути, нижележащим хранилищем для EncFS может быть что угодно: от ISO-образа до сетевого раздела или даже распределённой файловой системы.
Обе файловых системы работают по сквозному принципу, и их можно использовать поверх других файловых систем и логических абстракций, например, поверх журнальной или расширенной файловой системы, которая может быть распределена по нескольким физическим носителям посредством менеджера логических разделов (LVM). Следующая иллюстрация схематично показывает, как работает эта файловая система: в данной диаграмме видимая директория обозначена /mount (уровень незашифрованных данных EncFS).
Userspace-оверлей, показывающий взаимодействие FUSE и EncFS.
Под уровнем абстракций файловой системы находятся схемы низкоуровневого (блочного) шифрования, подобные использующейся в LUKS. Схемы такого типа работают только по блокам диска, не обращая внимания на абстракции файловой системы более высоких уровней. Подобные схемы могут быть использованы для файлов подкачки, для различных контейнеров или даже для целых физических носителей, включая полное шифрование корневого раздела.
LUKS работает без точного знания формата файловой системы.
LUKS разработана в соответствии с Trusted Key Setup #1 (TKS1) и совместима с Windows, если использовать какой-либо общий формат файловой системы (FAT/FAT32). Система хорошо подходит для мобильных пользователей, поддерживает выпуск и отзыв ключей Gnu Privacy Guard (GPG) и абсолютно бесплатна. LUKS способна на гораздо большее, чем любая другая описанная в этой статье реализация. Более того, LUKS поддерживает большое число решений для создания и управления устройствами с шифрованием LUKS.
Файловая система CryptoFS принимает только пароль, в то время как носитель, зашифрованный с помощью LUKS, работает с любыми ключами PGP (Pretty Good Privacy) с любым количеством паролей. EncFS также использует пароль для защиты файлов, но он открывает ключ, хранящийся в соответствующем корневом каталоге.
Различия между реализациями на низком и userspace-уровнях лучше всего заметны на практических тестах. На низком уровне данные могут быть "прозрачно" переданы файловой системе, которая управляет операциями записи и чтения гораздо эффективнее.
Тестовая конфигурация
Нашей тестовой платформой стал ноутбук Dell Latitude C610, немного устаревший, но всё же достаточно шустрый представитель технологий образца 2002 года. При питании от аккумулятора C610 снижает частоту процессора до 733 МГц. Поэтому во время тестирования мы не отключали ноутбук от розетки. В следующей таблице приведена конфигурация ноутбука
Результаты тестирования были получены при использовании файловой системы EXT3 под Linux. Возможно, EXT3 в сравнении с другими журнальными файловыми системами не самая производительная. Но эксперименты с тонкой настройкой формата системы, размера блоков, параметров накопителей и т.д. не являются задачами нашего тестирования, поскольку не соответствуют критериями простой настройки и конфигурации. Напомним, что целью статьи было показать, как криптографические решения под Linux позволяют просто, эффективно и дёшево создавать защищённые хранилища данных.
Установка
LUKS, FUSE и EncFS доступны в дистрибутиве Fedora, так что дополнительных усилий прилагать не потребуется. А вот CryptoFS придется скачивать отдельно.
Компиляция CryptoFS из исходного кода достаточно проста. Распакуйте архив, выполните конфигурационный скрипт в конечной директории, затем запустите make, как показано на иллюстрации. Файл конфигурации содержит четыре параметра: код шифрования (encryption cipher), алгоритм профиля сообщения (message digest algorithm), размер блока (block size) и счётчик (encryption salt count).
Процесс установки CryptoFS прост.
Настройка состоит из указания путей начальной и конечной директорий (для зашифрованных и незашифрованных данных). Затем можно запускать команду cryptofs, как показано на следующем рисунке.
Настройка CryptoFS.
Затем можно запускать команду mount, после чего можно будет видеть смонтированный раздел.
Сначала убедитесь в загрузке модуля ядра FUSE (modprobe fuse). EncFS упрощает процесс создания зашифрованного контейнера, как видно на следующей иллюстрации.
Если опустить процесс установки ключей (который специфичен для каждой ситуации), то LUKS можно легко настроить, как показано ниже.
Тесты и анализ производительности
Различия в производительности между "родной" установкой и установкой в среде, зашифрованной LUKS, достаточно незначительны. Особенно с учётом заметной разницы у userspace-решений. Для поочерёдной оценки производительности зашифрованных файловых систем мы использовали Iozone. Для тестов используются записи от 4 кбайт до 16 Мбайт, размер файла меняется от 64 кбайт до 512 Мбайт, а результат указан в кбайт/с.
Заключение
По крайней мере, там, где используется LUKS, о производительности можно не задумываться. Хотя, конечно, некоторая потеря производительности вызвана "прозрачным" шифрованием данных. Систему LUKS легко и просто установить, а использовать её можно как в Linux, так и под Windows.
Корпоративным пользователям наверняка придётся столкнуться с ограничениями, связанными с политикой компании. Часто они запрещают решения на основе открытого исходного кода или запрещают некоторые реализации. Кроме того, иногда приходится учитывать ограничения по импорту/экспорту технологий шифрования, касающиеся стойкости кода, или ИТ-департамент требует телефонной поддержки со стороны поставщика решения, что позволяет забыть о LUKS, EncFS и CryptoFS. В любом случае, LUKS - прекрасное решение, если подобные проблемы вас не беспокоят. Хороший вариант для малого бизнеса или для домашних пользователей.
Но следует помнить, что шифрование данных - это не панацея. Поскольку шифрование выполняется прозрачно, то любая троянская программа, работающая от имени пользователя, может получить доступ к зашифрованным данным.
Мнение редактора
CryptoFS и EncFS - userspace-реализации. Как мы объясняли ранее, они отличаются простотой дизайна и реализации, но за это приходится платить производительностью и возможностями. Особенно это очевидно при сравнении с LUKS. Она не только работает ощутимо быстрее, но также поддерживает один или несколько PGP-ключей и может использоваться на всём разделе.
Userspace-контейнеры важны, в первую очередь, для пользователей, которые желают защитить личную информацию в многопользовательском окружении. И кому нужно защитить свои данные так, чтобы даже администратор не смог получить доступ к аппаратным или программным ресурсам. Кроме преимуществ по производительности и межплатформенной поддержке, LUKS прекрасно интегрируется с GNOME и системами управления PGP-ключами. А лёгкость повседневного использования шифрованных LUKS разделов просто впечатляет. Кстати, EncFS поддерживает Pluggable Authentication Module (PAM) под Linux в соответствующих окружениях.
Автор: Nitish Tiwari
Дата публикации: 04 febriary 2015
Перевод: Н.Ромоданов
Дата перевода: март 2015 г.
TrueCrypt больше не поддерживается, но dm-crypt и LUKS - отличный вариант с открытым исходным кодом, позволяющий шифровать и использовать шифрованные данные.
Безопасность данных стала одной из самых больших проблем среди интернет-пользователей. Новости о краже данных с веб-сайтов стали очень распространенными, но защита ваших данных - это не только обязанность сайтов, есть многое, что мы, как конечные пользователи, можем сделать для нашей собственной безопасности. Например, только некоторые примеры - использовать надежные пароли, шифровать жесткие диски, которые расположены на наших компьютерах, и использовать безопасные соединения. В частности, шифрования жесткого диска является хорошим способом обеспечения безопасности - оно не только защитит вас от любых троянов, пытающихся украсть ваши данные через сеть, но также и от физических атак.
В мае этого года остановилась разработка приложения TrueCrypt, известного инструментального средства с открытым исходным кодом, предназначенного для шифрования дисков. Как многие из вас знают, это был один из весьма надежных инструментов, предназначенных для шифрования дисков. Прискорбно видеть исчезновение инструмента такого калибра, но величие мира с открытым исходным кодом таково, что есть несколько других инструментов с открытым исходным кодом, которые помогут вам достичь безопасности с помощью шифрования дисков, у которых, к тому же, есть много конфигурационных настроек. Мы рассмотрим два из них - dm-crypt и LUKS - в качестве альтернативы TrueCrypt для платформы Linux. Давайте начнем с краткого рассмотрения dm-crypt, а затем - LUKS.
Это основная информация об устройстве, использующим LUKS, в которой указывается, какое используется шифрование, режим шифрования, алгоритм хэширования и другие криптографические данные.
Ресурсы
Шаг 01: Рассматриваем Dm-crypt
Название приложения dm-crypt является сокращением от device mapper- crypt (шифрование при отображении устройства). Как следует из названия, оно базируется на отображении устройств — фреймворке ядра Linux, предназначенном для отображения блочных устройств на виртуальные блочные устройства более высокого уровня. При отображении устройств можно пользоваться несколькими функциями ядра, такими как dm-cache (создает гибридные тома), dm-verity (предназначена для проверки целостности блоков, является частью Chrome OS) и также очень популярным Docker. Для криптографических целей в dm-crypt применяется фреймворк ядра Linux Crypto API.
Итак, если подвести итог, то приложение dm-crypt является подсистемой шифрования на уровне ядра, предлагающее прозрачное шифрование диска: это означает, что файлы доступными сразу после монтирования диска - для конечного пользователя нет видимой задержки. Чтобы шифровать с использованием dm-crypt вы можете просто указать один из симметричных шифров, режим шифрования, ключ (любого допустимого размера), режим генерации IV, а затем в /dev создать новое блочное устройство. Теперь при любой записи на это устройство будет происходить шифрование, а при чтении — расшифровка. Вы можете как и обычно смонтировать на этом устройстве файловую систему, либо можете использовать устройство dm-crypt для создания других конструкций, таких как RAID или том LVM. Таблица соответствия для dm-crypt задается следующим образом:
Здесь значение start-sector (начальный сектор), как правило, равно значению 0, значение size (размер) равно размеру устройства, указываемую в секторах, а target name является именем, которое вы хотите присвоить зашифрованному устройству. Таблица целевого отображения target-mapping table состоит из следующих разделов:
Шаг 02: Рассматриваем LUKS
Как мы уже видели на предыдущем шаге, приложение dm-crypt может самостоятельно шифровать / расшифровывать данные. Но у него есть несколько недостатков - если приложением dm-crypt пользоваться непосредственно, то оно не будет создавать на диске метаданные, и это может стать серьезной проблемой в случае, если вы хотите обеспечить совместимость между различными дистрибутивами Linux. Кроме того, приложение dm-crypt не поддерживает использование несколько ключей, тогда как в реальных ситуация очень важно пользоваться несколькими ключами.
Именно по этим причинам на свет появилась методика LUKS (Linux Unified Key Setup — Унифицированная настройка ключей в Linux). LUKS является в Linux стандартом шифрования жестких дисков и стандартизация позволяет обеспечить совместимость различных дистрибутивов. Также поддерживается использование нескольких ключей и парольных фраз. В рамках такой стандартизации к зашифрованным данным добавляется заголовок LUKS и в этом заголовке присутствует вся информация, необходимая для настройки. Когда есть такой заголовок с данными, то пользователи могут легко перейти на любой другой дистрибутив. Сейчас в проекте dm-crypt рекомендуется использовать LUKS в качестве предпочтительного способа настройки шифрования диска. Давайте рассмотрим, как установить утилиту cryptsetup и как ее использовать для создания томов на основе LUKS.
Шаг 03: Установка
Функциональные возможности уровня ядра, которые применяются в dm-crypt, уже есть во всех дистрибутивах Linux; нам нужно к ним только интерфейс. Мы будем пользоваться утилитой cryptsetup, с помощью которой можно создавать тома с использованием dm-crypt, стандарта LUKS, а также старого и доброго приложения TrueCrypt. Для того, чтобы установить cryptsetup на дистрибутивах Debian / Ubuntu, вы можете воспользоваться следующими командами:
$ sudo apt-get update $ sudo apt-get install cryptsetup
Первая команда синхронизирует индексные файлы ракета с содержимым их репозиториев: она получает информацию о последних версиях всех доступных пакетов. Вторая команда загрузит и установит на ваш компьютер пакет cryptsetup. Если вы используете дистрибутив RHEL/Fedora/CentOS, то для установки утилиты cryptsetup вы можете воспользоваться командой yum.
$ yum install cryptsetup-luks
Шаг 04: Создание целевого файла
Теперь, когда утилита cryptsetup успешно установлена, мы должны создать целевой файл, в котором будет храниться контейнер LUKS. Хотя есть много способов создания такого файла, при его создании необходимо выполнить ряд условий:
- Файл не должен состоять из нескольких частей, расположенных в различных местах диска, т. е. для него при создании следует сразу выделить достаточное количество памяти.
- Весь файл нужно заполнить случайными данными с тем, чтобы никто не мог сказать, где будут расположены данные, применяемые при шифровании.
В создании файла, который будет удовлетворять вышеуказанным условиям, нам может помочь команда dd, хотя она и будет работать сравнительно медленно. Просто используйте ее вместе с файлом специального устройства /dev/random, указанным в качестве входных данных, и целевого файла, который должен быть указан в качестве выходных данных. Пример команды выглядит следующим образом:
$ dd if=/dev/random of=/home/nitish/basefile bs=1M count=128
В результате в каталоге /home/nitish будет создан файл с именем basefile, имеющий размер в 128 МБ. Однако, учтите, что на выполнение этой команды может потребоваться достаточно большое время; в системе, которой пользовался наш эксперт, на это потребовался час времени.
Шаг 05: Создаем dm-crypt LUKS
После того, как вы создали целевой файл, в этом файле необходимо создать раздел LUKS. Этот раздел служит в качестве основного слоя, на базе которого строится все шифрование данных. Кроме этого, в заголовке этого раздела (LUKS header) содержится вся информация, требуемая для совместимости с другими устройствами. Чтобы создать раздел LUKS применяется команда cryptsetup:
$ cryptsetup -y luksFormat /home/nitish/basefile
После того, как вы согласитесь с тем, что данные, находящиеся внутри файла basefile, будут безвозвратно удалены, введете парольную фразу, а затем — ее подтверждение, будет создан раздел LUKS. Вы можете проверить это с помощью следующей команды file:
$ file basefile
Обратите внимание, что фраза, которую вы здесь вводите, будет использоваться для расшифровки данных. Очень важно ее запомнить и хранить ее в безопасном месте, поскольку если вы ее забудете, то почти наверняка потеряете все данные, имеющиеся в зашифрованном разделе.
Шаг 06: Создаем и монтируем файловую систему
Контейнер LUKS, который мы создали на предыдущем шаге, теперь доступен в виде файла. В нашем примере, это /home/nitish/basefile. Утилита cryptsetup позволяет открывать контейнер LUKS как независимое устройство. Чтобы сделать это, сначала отобразите файл контейнера на имя устройства, а затем смонтируйте устройство. Команда, осуществляющая отображение, выглядит следующим образом:
После того как вы успешно введете парольную фразы, созданную на предыдущем шаге, контейнер LUKS будет отображен на имя volume1. Фактически происходит открытие файла как локального устройства типа loopback, так что остальная часть системы теперь может обрабатывать файл, как если бы это было реальное устройство.
Шаг 07: Файловая система - продолжение
Файл контейнера LUKS теперь доступен в системе в виде обычного устройства. Прежде, чем мы сможем использовать его для обычных операций, мы должны его отформатировать и создать на нем файловую систему. Вы можете пользоваться любой файловой системой, которая поддерживается в вашей системе. В моем примере, мы использовали ext4, поскольку это самая новая файловая система для систем Linux.
$ mkfs.ext4 -j /dev/mapper/volume1
После того, как устройство будет успешно отформатировано, следующим шагом будет его монтирование. Сначала вы должны создать точку монтирования, предпочтительно в /mnt (исходя из здравого смысла).
$ mkdir /mnt/files
Теперь выполняем монтирование:
Для перекрестной проверки воспользуйтесь командой df –h - вы в конце списка смонтированные устройств увидите устройство "/dev/mapper/volume1". Видно, что заголовок LUKS уже занимает в устройстве уже некоторое место.
Благодаря этому шагу, вы теперь можете использовать устройство LUKS с файловой системой ext4. Просто используйте это устройство для хранения файлов - все, что вы будет записывать на это устройство, будет шифроваться, а все, что вы будете читать с него, будет расшифровано и показано вам.
Шаг 08: Использование шифруемого диска
Мы выполнили несколько шагов для того, чтобы достичь этого результата, и если вам не очень понятно, как все это работает, вы, скорее всего, запутаетесь в том, что нужно сделать только один раз (требуется для установки), и в том, что нужно делать регулярно при использовании шифрования. Давайте рассмотрим следующий сценарий: вы успешно выполнили все описанные выше шаги, а затем выключили компьютер. На следующий день, когда вы запускаете ваш компьютер, вы не в состоянии найти смонтированное устройство - куда оно делось? Чтобы со всем этим разобраться, нужно иметь в виду, что после запуска системы нужно смонтировать контейнер LUKS, а перед остановкой компьютера - размонтировать.
Для того, чтобы получить доступ к файлу LUKS, каждый раз, когда вы включаете компьютер, выполняйте следующие действия, а затем прежде, чем выключить компьютер, безопасно закрывайте файл:
Откройте файл LUKS (т.е. /home/nitish/basefile) и введите пароль. Команда выглядит следующим образом:
$ cryptsetup luksOpen /home/nitish/basefile volume1
После того, как файл будет открыт, смонтируйте его (если он не монтируется автоматически):
$ mount /dev/mapper/volume1 /mnt/files
Теперь вы можете использовать смонтированное устройство как обычный диск и читать с него или записывать на него данные.
После того, как все сделаете, размонтируйте устройство следующим образом:
$ umount /mnt/files
После успешного размонтирования, закройте файл LUKS:
$ cryptsetup luksClose volume1
Шаг 09: Резервное копирование
Большинство потерь данных, хранящихся в контейнере LUKS, связаны с повреждением заголовка LUKS или слотов с ключами. Кроме того, что даже из-за случайной перезаписи в память заголовка могут быть повреждены заголовки LUKS, в реальных условиях также возможен полный выход жесткого диска из строя. Лучший способ защититься от таких проблем — это резервное копирование. Давайте посмотрим, какие доступны варианты резервного копирования.
Чтобы создать резервную копию файла заголовка LUKS, укажите в команде параметр luksHeaderBackup:
$ sudo cryptsetup luksHeaderBackup /home/nitish/basefile --header-backup-file /home/nitish/backupfile
Или, если вы хотите восстановить файл из резервной копии, то укажите в команде параметр luksHeaderRestore:
$ sudo cryptsetup luksHeaderRestore /home/ nitish/basefile --header-backup-file /home/nitish/backupfile
Для проверки файла заголовка LUKS и проверки того, что файл, с которым вы имеете дело, соответствует действительно существующему устройству LUKS, вы можете воспользоваться параметром isLuks.
$ sudo cryptsetup -v isLuks /home/nitish/basefile
Мы уже видели, как делать резервную копию файлов заголовков LUKS, но резервная копия заголовка LUKS на самом деле не защитит от полного отказа диска, так что вам с помощью следующей команды cat необходимо сделать резервную копию всего раздела:
$ cat /home/nitish/basefile > basefile.img
Шаг 10: Различные настройки
Есть несколько других настроек, которые при использовании шифрования dm-crypt LUKS могут оказаться полезными. Давайте их рассмотрим.
Чтобы сделать дамп заголовка LUKS, в команде cryptsetup есть параметр luksDump. Он позволит вам сделать снимок файла заголовка LUKS того устройства, которое вы используете. Пример команды выглядит следующим образом:
$ cryptsetup luksDump /home/nitish/basefile
В начале данной статьи мы упоминали о том, что LUKS поддерживает работу с несколькими ключами. Давайте сейчас это увидим в действии, добавив новый слот ключа (прим.пер.: слот ключа — место под ключ ):
$ cryptsetup luksAddKey --Key-slot 1 /home/nitish/basefile
Эта команда добавляет ключ к слоту ключа с номером 1, но только после того, как вы введете текущий пароль (ключ, присутствующий в слоте ключа 0). Всего есть восемь слотов ключей, и вы можете расшифровывать данные с использованием любого ключа. Если вы после того, как добавили второй ключ, сделаете дамп заголовка, вы увидите, что второй слот ключа занят.
Вы можете удалить слоты с ключами следующим образом:
$ cryptsetup luksRemoveKey /home/nitish/basefile
В результате будет удален слот с ключом с самым большим номером слота. Будьте аккуратны и не удаляйте все слоты, иначе ваши данные будут навсегда потеряны.
