linux 磁盘加密和tpm搭配使用1

一.基本名称，容易混淆

1.dm-crypt是linux的2.6内核开始集成的一种磁盘加密功能。十几年来，连sche调度算法都被改了N次，但dm-crypt一直稳定在内核中，稳定性还是很好的。

2.cryptsetup是linux一般自带的一个用户态工具，用来操作dm-crypt。

[root@localhost mnt]# whereis cryptsetup
cryptsetup: /usr/sbin/cryptsetup /usr/share/man/man8/cryptsetup..gz

3.luks是dm-crypt 最常用的一种模式，因为是linux中最常用的，所以有人经常混淆这三个东西。

二.dm-crypt支持的类型

open <device> <name> --type <device_type>

              Opens (creates a mapping with) <name> backed by device <device>.

              Device type can be plain, luks (default), loopaes or tcrypt.

              For backward compatibility there are open command aliases:

              create (argument-order <name> <device>): open --type plain
              plainOpen: open --type plain
              luksOpen: open --type luks
              loopaesOpen: open --type loopaes
              tcryptOpen: open --type tcrypt-------这个在cryptsetup 的1.6版本之后才开始支持。

四种模型，建议使用luks。

PLAIN DM-CRYPT OR LUKS?
       Unless you understand the cryptographic background well, use LUKS.  With plain dm-crypt there are a number of possible user errors
       that massively decrease security. While LUKS cannot fix them all, it can lessen the impact for many of them.

由于cryptsetup 也在不停发展，在1.6的版本之后才开始支持tcrypt，所以如果要测试tcrypt 模式，建议使用高版本的内核，这样自带的cryptsetup 一般都支持。

# cryptsetup --version
cryptsetup 1.6.

三.测试记录：

由于不同的模式有不同的参数，本文记录的是luks模式。

You can only call luksFormat on a LUKS device that is not mapped.

              <options> can be [--hash, --cipher, --verify-passphrase, --key-size, --key-slot, --key-file (takes precedence over optional
              second  argument),  --keyfile-offset, --keyfile-size, --use-random | --use-urandom, --uuid, --master-key-file, --iter-time,
              --header, --force-password].

              WARNING: Doing a luksFormat on an existing LUKS container will make all data the old container  permanently  irretrievable,
              unless you have a header backup.

怎么设置参数呢？如果没指定的话，cryptsetup 会使用默认参数。

先fdisk分配一个分区，本文例子中，分区是sdb2。

对比两次不同的算法搭配不同的模式的性能比较：

[root@localhost mnt]# cryptsetup benchmark
# Tests are approximate using memory only (no storage IO).
PBKDF2-sha1        iterations per second
PBKDF2-sha256      iterations per second
PBKDF2-sha512      iterations per second
PBKDF2-ripemd160   iterations per second
PBKDF2-whirlpool   iterations per second
#  Algorithm | Key |  Encryption |  Decryption
     aes-cbc   128b   646.6 MiB/s  2649.2 MiB/s
 serpent-cbc   128b    79.2 MiB/s   535.7 MiB/s
 twofish-cbc   128b   170.5 MiB/s   352.5 MiB/s
     aes-cbc   256b   478.4 MiB/s  2049.6 MiB/s
 serpent-cbc   256b    90.6 MiB/s   553.2 MiB/s
 twofish-cbc   256b   183.2 MiB/s   353.4 MiB/s
     aes-xts   256b  2238.0 MiB/s  2244.4 MiB/s
 serpent-xts   256b   551.2 MiB/s   533.5 MiB/s
 twofish-xts   256b   342.4 MiB/s   349.7 MiB/s
     aes-xts   512b  1771.8 MiB/s  1767.3 MiB/s
 serpent-xts   512b   552.3 MiB/s   535.4 MiB/s
 twofish-xts   512b   343.8 MiB/s   349.3 MiB/s
[root@localhost mnt]# cryptsetup benchmark
# Tests are approximate using memory only (no storage IO).
PBKDF2-sha1        iterations per second
PBKDF2-sha256      iterations per second
PBKDF2-sha512      iterations per second
PBKDF2-ripemd160   iterations per second
PBKDF2-whirlpool   iterations per second
#  Algorithm | Key |  Encryption |  Decryption
     aes-cbc   128b   646.2 MiB/s  2622.6 MiB/s
 serpent-cbc   128b    90.5 MiB/s   551.6 MiB/s
 twofish-cbc   128b   183.8 MiB/s   353.0 MiB/s
     aes-cbc   256b   479.0 MiB/s  2048.1 MiB/s
 serpent-cbc   256b    90.4 MiB/s   554.1 MiB/s
 twofish-cbc   256b   183.6 MiB/s   353.5 MiB/s
     aes-xts   256b  2237.1 MiB/s  2238.7 MiB/s
 serpent-xts   256b   554.0 MiB/s   534.2 MiB/s
 twofish-xts   256b   339.8 MiB/s   348.9 MiB/s
     aes-xts   512b  1773.2 MiB/s  1708.6 MiB/s
 serpent-xts   512b   553.3 MiB/s   535.7 MiB/s
 twofish-xts   512b   343.6 MiB/s   348.2 MiB/s

可以看到，aes搭配xts性能较高，所以我们创建加密分区的时候，使用这种模式。

cryptsetup --cipher aes-xts-plain64 --key-size 512 --hash sha512  luksFormat /dev/sdb2

这个表示加密方式是aes-xts-plain64，密钥长度为512，散列算法为sha512 。

[root@localhost mnt]# cryptsetup --cipher aes-xts-plain64 --key-size  --hash sha512  luksFormat /dev/sdb2

WARNING!
========
This will overwrite data on /dev/sdb2 irrevocably.

Are you sure? (Type uppercase yes): YES
Enter passphrase:
Verify passphrase: 

密码必须大于8位，且不能是简单密码，否则会无法通过。

用 LUKS 方式创建（格式化）加密盘之后，开始可以打开该盘用于操作了。

cryptsetup open  /dev/sdb2 caq_Encrypted_Fs
Enter passphrase for /dev/sdb2: 

输入之前的密码，open成功，由于默认的open格式是luks，所以不需要输入对应的格式。否则，需要按照下面的格式来。

 Opens (creates a mapping with) <name> backed by device <device>.

              Device type can be plain, luks (default), loopaes or tcrypt.

              For backward compatibility there are open command aliases:

              create (argument-order <name> <device>): open --type plain
              plainOpen: open --type plain
              luksOpen: open --type luks
              loopaesOpen: open --type loopaes
              tcryptOpen: open --type tcrypt

可以看到，在/dev/mapper下，有一个创建的虚拟设备了。

[root@localhost mnt]# ls /dev/mapper/caq_Encrypted_Fs
/dev/mapper/caq_Encrypted_Fs
[root@localhost mnt]# cryptsetup status /dev/mapper/caq_Encrypted_Fs
/dev/mapper/caq_Encrypted_Fs is active.
  type:    LUKS1
  cipher:  aes-xts-plain64
  keysize:  bits
  device:  /dev/sdb2
  offset:   sectors
  size:     sectors
  mode:    read/write

之后，我们所有的操作都是基于caq_Encrypted_Fs。比如挂载，读写等。

创建一个目录，用来挂载。

mkdir -p /mnt/caqEncryptedFilesystem/

然后对我们的盘进行建立文件系统的操作：

root@localhost mnt]# mkfs.xfs -b size= -d sunit=,swidth= /dev/mapper/caq_Encrypted_Fs
meta-data=/dev/mapper/caq_Encrypted_Fs isize=    agcount=, agsize= blks
         =                       sectsz=  attr=, projid32bit=
         =                       crc=        finobt=, sparse=
data     =                       bsize=   blocks=, imaxpct=
         =                       sunit=      swidth= blks
naming   =version               bsize=   ascii-ci= ftype=
log      =internal log           bsize=   blocks=, version=
         =                       sectsz=  sunit= blks, lazy-count=
realtime =none                   extsz=   blocks=, rtextents=
[root@localhost mnt]# mount /dev/mapper/caq_Encrypted_Fs /mnt/caqEncryptedFilesystem/

挂载之后，可以对/mnt/caqEncryptedFilesystem/ 进行正常的文件读写了。

[root@localhost mnt]# cd /mnt/caqEncryptedFilesystem/
[root@localhost caqEncryptedFilesystem]# ls
[root@localhost caqEncryptedFilesystem]#
[root@localhost caqEncryptedFilesystem]#
[root@localhost caqEncryptedFilesystem]# dd if=/dev/zero of=caq.txt bs=4K count=
+ records in
+ records out
 bytes ( kB) copied, 0.000195657 s,  MB/s
[root@localhost caqEncryptedFilesystem]# ls *
caq.txt
[root@localhost caqEncryptedFilesystem]# echo "do it yourself" >>caq.txt2
[root@localhost caqEncryptedFilesystem]# ls
caq.txt  caq.txt2

加密，顾名思义，保存在硬盘上的数据，应该就不是明文了，但是我们cat 看到的文件和写的文件是一样的，是因为经过了解密。如果硬盘丢失了，就不会有各种艳照门出现了。

描述到此，也没看出分区加密和tpm什么关系啊，下面，开始描述两者结合产生的效果。

我们知道，tpm能够加密文件，如果我们的加密分区的密码是以文件的形式存在，两者就很好地配合了。来看下面的操作：

先产生一个随机文件：

dd if=/dev/urandom of=/tmp/passwd_caq bs=1k count=64

我们看dump默认的输出，是密码数组，所谓密码数组，是指可以用一组独立的密码来解密这个加密的分区。

# cryptsetup luksDump /dev/sdb2
LUKS header information for /dev/sdb2

Version:
Cipher name:       aes
Cipher mode:       xts-plain64
Hash spec:         sha512
Payload offset:
MK bits:
MK digest:         e6  5c  e8 ab 1d 8a  ac cc f6 e5 7d bb d0 e2 6c 5f ed
MK salt:           a8  1d b6  c8  cb de f4 2a  0d  5b cb
                   b9  aa e7 d2  eb aa aa   8f bf   f2
MK iterations:
UUID:              da24c447-4e62-463b-b533-89bd7fdf3238

Key Slot : ENABLED
    Iterations:
    Salt:                    8f  ab  9a e1   df  0b   5e
                               0c c7  fc e8 d6  e7 5d d1   0e f1
    Key material offset:
    AF stripes:
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED

目前使用了第一个密码，后面的是空的，我们用来存密码文件。

# cryptsetup luksAddKey /dev/sdb2 /tmp/passwd_caq
Enter any passphrase: 

现在，/tmp/passwd_caq 就成为了这个加密分区的密码文件了。重新dump一下，发现用掉了一个组，还剩下6个。

# cryptsetup luksDump /dev/sdb2
LUKS header information for /dev/sdb2

Version:
Cipher name:       aes
Cipher mode:       xts-plain64
Hash spec:         sha512
Payload offset:
MK bits:
MK digest:         e6  5c  e8 ab 1d 8a  ac cc f6 e5 7d bb d0 e2 6c 5f ed
MK salt:           a8  1d b6  c8  cb de f4 2a  0d  5b cb
                   b9  aa e7 d2  eb aa aa   8f bf   f2
MK iterations:
UUID:              da24c447-4e62-463b-b533-89bd7fdf3238

Key Slot : ENABLED
    Iterations:
    Salt:                    8f  ab  9a e1   df  0b   5e
                               0c c7  fc e8 d6  e7 5d d1   0e f1
    Key material offset:
    AF stripes:
Key Slot : ENABLED
    Iterations:
    Salt:                     c0 0c 4d  c2   d1 b6 4a a6 6d 8e
                              d3  5f d0 d4   a3  4d 4d ad
    Key material offset:
    AF stripes:
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED
Key Slot : DISABLED

然后我们umount这个挂载的路径，看新增加的密码文件能否解密我们的分区。

[root@localhost mnt]# umount /mnt/caqEncryptedFilesystem/
[root@localhost mnt]# cryptsetup close /dev/mapper/caq_Encrypted_Fs 
[root@localhost mnt]# cryptsetup --key-file /tmp/passwd_caq luksOpen /dev/sdb2 caq_Encrypted_Fs

从第三行可以看出，再也不用输入密码了，直接从文件中读密码。

下面的步骤，就简单了，使用之前的一篇博客，《linux tpm 测试完整记录，亲测有效》来再次加密这个/tmp/passwd_caq，就可以统一在tpm中管理我们的分区加密密码了。