Шифрование дисков в Linux

Безопасность и конфиденциальность очень важны, для тех, кто хранит важные данные на компьютере. Ваш домашний компьютер находится в безопасности, но с ноутбуком или другими переносными устройствами ситуация очень сильно меняется. Если вы носите свой ноутбук с собой почти везде и к нему могут иметь доступ посторонние лица, возникает вопрос - как защитить свои данные от чужого вмешательства. Именно от физических атак, где каждый желающий может попытаться получить данные из USB накопителя или жесткого диска ноутбука просто забрав устройство или в случае ноутбука, вытянув жесткий диск и подключив его к другой операционной системе.

Многие предприятия и даже простые пользователи используют шифрование дисков в linux чтобы защитить конфиденциальную информацию, такую как: сведения о клиенте, файлы, контактную информацию и многое другое. В операционной системе Linux поддерживается несколько криптографических методов для защиты разделов, отдельных каталогов или полностью всего жесткого диска. Все данные, в любом из этих способов автоматически зашифровываются и расшифровываются на лету.

Содержание статьи

• Методы шифрования данных в Linux
• Как работает LUKS?
• Утилита Cryptsetup
• Шифрование диска Linux
  • 1. Создание раздела
  • 2. Форматирование раздела
  • 3. Монтирование раздела
  • 4. Отключение раздела
  • 5. Повторное монтирование
  • 6. Проверить файловую систему luks
  • 7. Изменить парольную фразу luks
• Выводы

Методы шифрования данных в Linux

Шифрование на уровне файловой системы:

• 1. eCryptfs - это криптографическая файловая система Linux. Она хранит криптографические метаданные для каждого файла в отдельном файле, таким образом, что файлы можно копировать между компьютерами. Файл будет успешно расшифрован, если у вас есть ключ. Это решение широко используется для реализации зашифрованной домашней директории, например, в Ubuntu. Также ChromeOS прозрачно встраивает эти алгоритмы при использовании сетевых устройств для хранения данных (NAS).
• 2. EncFS - обеспечивает шифрованную файловую систему в пространстве пользователя. Она работает без каких-либо дополнительных привилегий и использует библиотеку fuse и модуль ядра для обеспечения интерфейса файловой системы. EncFS - это свободное программное обеспечение и она распространяется под лицензией GPL. В наши дни эта файловая система уже устарела потому что в ней было найдено несколько уязвимостей. Вместо неё популярность набирают другие утилиты.

Блочное шифрование на уровне устройства:

• Loop-AES - быстрая и прозрачная файловая система, а также пакет для шифрования раздела подкачки в Linux. Исходный код программы давно не изменялся. Она работает с ядрами 4.x, 3.x, 2.2, 2.0.
• TrueCrypt - это бесплатное решение с открытым исходным кодом для шифрования диска в операционных системах Windows 7 / Vista /XP / Mac OS X, а также в Linux.
• dm-crypt+LUKS - dm-crypt - это прозрачная подсистема для шифрования диска в ядре 2.6 и более поздних версиях. Поддерживается шифрование целых дисков, съемных носителей, разделов, томов RAID, программного обеспечения, логических томов и файлов.

В этой инструкции мы рассмотрим шифрование жесткого диска на Linux с помощью алгоритма Linux Unified Key Setup-on-disk-format (LUKS).

Как работает LUKS?

LUKS (Linux Unified Key Setup - протокол шифрования блочного устройства. Но мы забежали далеко наперед, чтобы понять как это работает, нужно сначала разобраться с другими технологиями, используемыми в этом способе.

Чтобы выполнить шифрование диска linux используется модуль ядра dm-crypt. Этот модуль позволяет создавать в каталоге /dev/mapper виртуальное блочное устройство с прозрачным для файловой системы и пользователя шифрованием. Фактически все данные лежат на зашифрованном физическом разделе. Если пользователь пытается записать данные на виртуальное устройство, они на лету шифруются и записываются на диск, при чтении с виртуального устройства, выполняется обратная операция - данные расшифровываются с физического диска и передаются в открытом виде через виртуальный диск пользователю. Обычно для шифрования используется метод AES, потому что под него оптимизированы большинство современных процессоров. Важно заметить, что вы можете шифровать не только разделы и диски, но и обычные файлы, создав в них файловую систему и подключив как loop устройство.

Алгоритм LUKS определяют какие действия и в каком порядке будут выполняться во время работы с шифрованными носителями. Для работы с LUKS и модулем dm-crypt используется утилита Cryptsetup. Ее мы и рассмотрим далее.

Утилита Cryptsetup

Утилита Cryptsetup позволят облегчить шифрование раздела Linux с помощью модуля dm-crypt. Давайте сначала ее установим.

В Debian или Ubuntu, для этого используйте такую команду:

sudo apt install cryptsetup

В дистрибутивах, основанных на Red Hat это будет выглядеть так:

sudo yum install cryptsetup-luks

Синтаксис запуска команды такой:

$ cryptsetup опции операция параметры_операции

Рассмотрим основные операции, которые можно сделать с помощью этой утилиты:

• luksFormat - создать зашифрованный раздел luks linux;
• luksOpen - подключить виртуальное устройство (нужен ключ);
• luksClose - закрыть виртуальное устройство luks linux;
• luksAddKey - добавить ключ шифрования;
• luksRemoveKey - удалить ключ шифрования;
• luksUUID - показать UUID раздела;
• luksDump - создать резервную копию заголовков LUKS.

Параметры операции зависят от самой операции, обычно это либо физическое устройство, с которым нужно произвести действие, либо виртуальное или и то и другое. Еще не все понятно, но на практике, я думаю, вы со всем разберетесь.

Шифрование диска Linux

Теория пройдена, все инструменты готовы. Теперь рассмотрим шифрование раздела Linux. Перейдем к настройке жесткого диска. Обратите внимание, что это удалит все данные из диска или раздела, который вы собираетесь зашифровать. Так что если там есть важные данные, лучше скопируйте их в более надежное место.

1. Создание раздела

В этом примере мы будем шифровать раздел /dev/sda6, но вместо него вы можете использовать целый жесткий диск или просто один файл, заполненный нулями. Создаем шифрованный раздел:

sudo cryptsetup -y -v luksFormat /dev/sdb1

Эта команда выполнит инициализацию раздела, установит ключ инициализации и пароль. Сначала надо подтвердить создание виртуального шифрованного диска набрав YES, затем нужно указать пароль. Указывайте такой пароль, чтобы его потом не забыть.

Выполните такую команду чтобы открыть только что созданный раздел с помощью модуля dm-crypt в /dev/mapper, для этого понадобится ввести пароль, с которым выполнялось шифрование luks linux:

sudo cryptsetup luksOpen /dev/sdb1 backup2

Теперь вы можете увидеть новое виртуальное устройство /dev/mapper/backup2 созданное с помощью команды luksFormat:

ls -l /dev/mapper/backup2

Чтобы посмотреть состояние устройства выполните:

sudo cryptsetup -v status backup2

А с помощью следующей команды вы можете сделать резервную копию заголовков LUKS на всякий случай:

cryptsetup luksDump /dev/sdb1

Ну, можно сказать, раздел готов. И что самое интересное, теперь вы можете им пользоваться так же, как и любым другим обычным разделом в каталоге /dev. Его можно форматировать с помощью стандартных утилит, записывать на него данные, изменять или проверять файловую систему и т д. Нельзя только изменить размер. То есть все полностью прозрачно, как и сказано в начале статьи.

2. Форматирование раздела

Давайте для начала отформатируем диск. Для надежности, чтобы стереть все данные, которые были в этом месте раньше, перезапишем наш шифрованный раздел linux нулями. Это уменьшит вероятность взлома шифрования, через увеличение количества случайной информации. Для этого выполните:

dd if=/dev/zero of=/dev/mapper/backup2

Работа утилиты может занять несколько часов, чтобы иметь возможность наблюдать за процессом, используйте pv:

pv -tpreb /dev/zero | dd of=/dev/mapper/backup2 bs=128M

Когда процесс завершится мы можем отформатировать устройство в любую файловую систему. Например, отформатируем в ext4:

sudo mkfs.ext4 /dev/mapper/backup2

Как видите, все команды cryptsetup применяются к физическому разделу, в то время как остальные команды для работы с дисками - к нашему виртуальному.

3. Монтирование раздела

Теперь можно примонтировать только, что созданную файловую систему:

mkdir /backup2

sudo mount /dev/mapper/backup2 /backup2

ls -l /backup2

4. Отключение раздела

Все работает, но как отключить устройство и защитить данные. Для этого выполните:

sudo umount /backup2

sudo cryptsetup luksClose backup2

5. Повторное монтирование

Чтобы снова получить возможность работать с зашифрованным разделом с помощью LUKS linux необходимо опять его открыть:

sudo cryptsetup luksOpen /dev/sdb1 backup2

Теперь можем монтировать:

sudo mount /dev/mapper/backup2 /backup2

6. Проверить файловую систему luks

Поскольку после открытия раздела с помощью luks linux, этот раздел воспринимается системой, как и все другие, вы можете просто использовать утилиту fsck:

sudo umount /backup2

sudo fsck -vy /dev/mapper/backup2

sudo mount /dev/mapper/backup2 /backu2

7. Изменить парольную фразу luks

Шифрование дисков Linux выполняется с определенной парольной фразой, но вы можете ее изменить. Даже больше, вы можете создать до восьми разных парольных фраз. Для изменения выполнив следующие команды. Сначала сделаем резервную копию заголовков LUKS:

sudo cryptsetup luksDump /dev/sdb1

Затем создадим новый ключ:

sudo cryptsetup luksAddKey /dev/sdb1

И удалим старый:

sudo cryptsetup luksRemoveKey /dev/sdb1

Сейчас вам придется ввести еще старый пароль.

Выводы

Вот и все теперь вы знаете как зашифровать раздел в Linux, а также понимаете как все это работает. Кроме того, шифрование дисков в Linux по алгоритму LUKS открывает широкие возможности для полного шифрования устанавливаемой системы.

Плюсы:

• LUKS шифрует все блочное устройство, и поэтому очень хорошо подходит для защиты содержимого переносных устройств, таких как мобильные телефоны, съемные носители или жесткие диски ноутбуков.
• Вы можете использовать на серверах NAS для защиты резервных копий
• Процессоры Intel и AMD с AES-NI (Advanced Encryption Standard) имеют набор команд, которые могут ускорить процесс шифрования на основе dm-crypt в ядре Linux начиная с 2.6.32.
• Работает в том числе и с разделом подкачки, так что ваш ноутбук может использовать функцию спящего режима, или гибернации полностью безопасно.

Минусы:

• LUKS поддерживает шифрование только до восьми паролей. Это значит что только восемь пользователей с разными паролями могут иметь доступ к устройству.
• LUKS не рекомендуется для приложений, требующих шифрование на уровне файлов.