Luks шифрование. Системы шифрования данных LUKS, EncFS и CryptoFS под Linux
Шифрование 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.
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!
