Dm-crypt
Achtung: Nach der Verschlüsselung der Festplatte sind etwaige vorherige Daten nicht mehr zu rekonstruieren! In jedem Fall sollte also ein Backup alter Daten erstellt werden
Eine komplett verschlüsselte Festplatte kann in vielen Fällen sinnvoll sein. Zum Beispiel kann es sehr schnell passieren, dass der private Laptop mit den privaten Daten irgendwo liegen gelassen oder geklaut wird. In solchen Fällen ist es immer besser, wenn niemand auf die Daten zugreifen kann. In diesem Beitrag werden zwei Varianten vorgestellt wie sich Festplatten bereits während der Installation von Arch Linux verschlüsseln lassen. Beide Varianten sind gleich sicher, erstere Variante verlangt allerdings weniger Konfigurationsaufwand.
Festplatte Verschlüsseln
Das Ver- und Entschlüsseln wird über das Kryptographie-Modul des Devicemappers des Kernels abgewickelt. Dieser stellt uns ein virtuelles Device zu Verfügung, über das auf die verschlüsselten Partitionen zugegriffen werden kann. Den Verschlüsselungsalgorithmus, die Größe des Schlüssels und viele weitere Dinge die die Verschlüsselung beeinflussen, können selber festgelegt werden. Nähere Informationen zu den verfügbaren Parametern gibt es hier auf der Seite von dm-crypt. Informationen über die Geschwindigkeit der einzelnen Algorithmen gibt es hier übersichtlich dargestellt.
Verschlüsselte LVM Partition(Variante 1)
Dies ist die meist verbreitete Variante zumal viele andere Distributionen solch eine Verschlüsselung automatisch bei der Installation anbieten. Man kann der normalen Arch Install Scripts bzw. der für Anleitung für Einsteiger folgen und muss nur an einigen Punkten abweichen.
Partitionslayout
Man folge den Anleitungen bis zur Partitionierung, danach folge man dieser Anleitung bis auf weiteres.
Das Grundlayout solch einer Festplatte sieht vor, dass bis auf eine kleine Bootpartition die gesamte Platte verschlüsselt wird. Innerhalb des verschlüsselten Bereichs wird eine LVM angelegt. In dieser können wiederum eine unbegrenzte Anzahl von Logical Volumes angelegt werden. D.h. man partitioniert die Festplatte wie in der Anleitung mit dem Unterschied, dass man nur zwei Partitionen benötigt, einmal die besagte Bootpartition und einmal eine die verschlüsselt wird und in der später logische Partitionen für z.B. die Root- oder Homepartition angelegt werden. Ein beispielhaftes Layout auf einem reinen Linuxsystem könnte also so aussehen:
/dev/sda1 - ca. 100MB(Bootpartition) /dev/sda2 - Rest der Festplatte
Verschlüsselung anlegen
Nun sollte man die zu verschlüsselnde Partition mit zufälligen Daten überschreiben:
# shred -v /dev/sda2
shred überschreibt die Festplatte dreimal mit Zufallswerten. Eine schnelle Alternative wäre die Partition nur mit Nullen zu überschreiben.
# shred -vnz 0 /dev/sda2
Ob einem das reicht, muss man selber entscheidenl Laut einem Artikel bei Heise reicht dies bei modernen Festplatten.
Dann müssen die benötigten Kernelmodule geladen werden:
# modprobe dm-crypt
Danach verschlüsselt man sda2 mit folgendem Befehl:
# cryptsetup -c aes-xts-plain -y -s 512 luksFormat /dev/sda2
Hinweis: Für Volumes größer als 2TiB sollte aes-xts-plain64 verwendet werden. Kernelunterstützung hierfür gibt es seit Kernel 2.6.33.
Den Befehl bestätigen und das gewünschte Passwort eingeben, wobei man beachte, dass das Passwort sicher ist. Beim AES-Algorithmus bringen Passwörter, die länger als 32 Zeichen sind, keinen Sicherheitsgewinn.
Zur Auswahl alternativer Algorithmen konsultiere man die Manpage von Cryptsetup:
# man cryptsetup
Für die weiteren Schritte muss man die eben verschlüsselte Partition gleich einbinden:
# cryptsetup luksOpen /dev/sda2 lvm
In dem Ordner /dev/mapper erscheint jetzt die neue Gerätedatei lvm.
LVM einrichten
Mit
# pvcreate /dev/mapper/lvm # vgcreate main /dev/mapper/lvm
richtet man jetzt die LVM und eine Volume Group ein. Jetzt muss man noch die jeweiligen Logical Volumes einrichten. Logical Volumes sind so etwas wie virtuelle Partitionen, die von Linux wie richtige Partitionen gemountet und verwendet werden können. Zuallererst sollte man sich über das gewünschte Layout im klaren sein.
/ -> etwa 10GB (evtl. mehr, einige Pakete wie urbanterror (>1GB) oder auch texlive-full (=1GB) füllen schnell 10GB) /swap -> doppelte Arbeitsspeichergröße /home -> restlicher Festplattenplatz
Das Layout ist nur eine Empfehlung und kann beliebig verändert werden.
Um obiges Layout im LVM anzulegen muss man folgende Befehle verwenden.
# lvcreate -L 10GB -n root main # lvcreate -L 2GB -n swap main # lvcreate -l 100%FREE -n home main
Möchte man statt GB mit MB-Größen arbeiten, lässt sich auch Folgendes anwenden:
# lvcreate -L 3072M -n swap main
Arch Linux installieren und konfigurieren
Nun folgt man der gewöhnlichen Installationsanleitung. Wenn man während der Installation die Mountpoints festlegt, muss man jedoch natürlich die eben erstellen Partitionen wählen. In unserem Beispiel muss /boot auf /dev/sda1 angelegt werden, /home auf /dev/mapper/main-home, / auf /dev/mapper/main-root und die swap-Partition ist in diesem Fall /dev/mapper/main-swap. /dev/sda2 und /dev/mapper/lvm bleiben indes unangetastet.
Im Vergleich zur normalen Installation müssen ab der Erstellung des Linux-Kernels Änderungen beachtet werden. Zuerst muss man /etc/mkinitcpio.conf editieren:
nano /etc/mkinitcpio.conf
HOOKS="base udev autodetect modconf block filesystems encrypt lvm2 fsck"
Es ist besonders darauf zu achten, dass "encrypt" vor "lvm2" erscheint! Wünscht man bei der Abfrage der Passworts ein deutsches Tastaturlayout, sollte man noch "keymap" vor "encrypt" einfügen. Benutzt man eine USB-Tastatur (oder hat man vor, dies irgendwann zu tun), so müssen zusätzlich noch "keyboard" vor "encrypt" eingesetzt werden. Insgesamt sollte es also wie folgt aussehen:
HOOKS="base udev autodetect modconf block filesystems keyboard keymap encrypt lvm2 fsck"
Nachdem grub installiert wurde, muss vor der Erstellung der Konfigurationsdatei mit grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg noch die Kernelparameter anpassen. Dazu ändere man in /etc/default/grub den Eintrag GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT wie folgt:
nano /etc/default/grub
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="cryptdevice=/dev/sda2:main"
Sollte "keymap" in die mkinitcpio.conf eingetragen worden sein, so müssen noch "lang=de" und "locale=de_DE.UTF-8" in die Kernelzeile eingetragen werden. Danach kann man nach der normalen Anleitung weitermachen. Grub selbst sollte auf /dev/sda installiert werden.
Nachdem die Installation beendet ist startet man neu und genießt seine frisch verschlüsselte Festplatte.
LVM manuell mounten
Möchte man ein mit LVM eingerichtetes und verschlüsseltes System manuell mounten, beispielsweise beim Start von einer Live-CD, so ist wie im Folgenden zu verfahren.
Verschlüsselte Partition einbinden:
# cryptsetup luksOpen /dev/sda2 lvm
Unter /dev/mapper erscheint nun die Gerätedatei lvm. Im nächsten Schritt ist mitunter der folgende Befehl nötig, um die Volume-Group - in diesem Fall lautet sie main - zu aktivieren.
# vgchange -ay
Nun sollte es möglich sein, einzelne Partitionen aus dieser Volume-Group ins System einzubinden.
# mount -t ext4 /dev/main/root /mnt
Partitionen einzeln verschlüsseln(Variante 2)
Eine weitere Variante verfährt ohne LVM. Diese Anleitung ähnelt trotzdem stark der ersten, daher wird auf die einzelnen Punkte nur rudimänter eingegangen.
Partitionslayout festlegen
Wieder verfährt man nach Anleitung bis zur Partitionierung. Diesmal partitioniert man jedoch die Festplatte schon von vornherein so, wie man sie später haben will. Ein beispielhaftes Layout:
/dev/sda1 -> /boot (100MB) /dev/sda2 -> swap (2 x Arbeitsspeicher) /dev/sda3 -> / (10-15GB) /dev/sda4 -> /home (restliche Festplatte
Die Größe der einzelnen Partitionen kann natürlich variieren.
Crypto-Devices anlegen
Laden der benötigten Kernelmodule:
modprobe dm-crypt
Anlegen des Crypto-Devices:
# cryptsetup luksFormat /dev/sda3 --cipher aes-xts-plain -y -s 512
Öffnen des eben erstellten Crypto-Devices:
# cryptsetup luksOpen /dev/sda3 root
Formatieren und mounten der Partition:
# mkfs.ext4 -j /dev/mapper/root # mount /dev/mapper/root /mnt
Für die Homepartition wollen wir kein extra Passwort verwenden, sondern ein Keyfile, damit wir nicht bei jedem Start des Systems zwei Passwörter eingeben müssen. Das Keyfile für die Partition legen wir in /crypto/home.key ab. Allerdings ist es sehr wichtig dieses Keyfile zu sichern. Sollte die Root-Partition einmal beschädigt und nicht wiederherstellbar sein, ist die Home-Partition mit allen Daten ebenfalls verloren.
Hinweis: Eine andere Möglichkeit wäre es auch hier eine Passwort zu benutzen und dieses dann in der /etc/crypttab anzugeben. So muss das Passwort nicht auf einem physikalischen Datenträger abgelegt werden.
Das Keyfile werden zufällig erstellt, indem man einen 2048 Byte großen Block aus /dev/urandom kopiert.
# mkdir /mnt/crypto # dd if=/dev/urandom of=/mnt/crypto/home.key bs=1k count=2
Anlegen des nächsten Crypto-Devices:
# cryptsetup luksFormat /dev/sda4 /mnt/crypto/home.key --cipher aes-xts-plain -s 512 # cryptsetup luksOpen /dev/sda4 home --key-file /mnt/root/crypto/home.key
Formatieren und mounten der Partition:
# mkfs.ext4 -j /dev/mapper/home # mkdir /mnt/home # mount /dev/mapper/home /mnt/home
Arch Linux installieren und konfigurieren
Man verfährt nun nach der normalen Installationsanleitung.
Die Konfigurationsdateien für Grub und mkinitcpio müssen analog zur ersten Anleitung angepasst werden.
Damit unser System auch die Home-Partition korrekt einbindet und die Swap-Partition bei jedem Start mit einem neuen zufälligen Schlüssel verschlüsselt, müssen wir noch folgendes machen:
Zuerst öffnen wir /etc/crypttab und tragen unsere Home-Partition samt Schlüssel, der ja auf der Root-Partition in /crypto/home.key liegt, ein.
# NAME SOURCE DEVICE PASSWORD OPTIONS home /dev/sda4 /crypto/home.key ....
Um die Partitionen über die UUID einzubinden, benutzen wir die aus folgendem Befehl resultierende UUID
$ cryptsetup luksDump /dev/sda4 | grep UUID:
Damit wird bei jedem Systemstart die Home-Partition automatisch geöffnet. Jetzt können wir /dev/mapper/home ganz normal in unsere fstab-Datei eintragen, damit /home auch korrekt gemountet wird.
# <file system> <dir> <type> <options> <dump> <pass> /dev/mapper/home /home ext4 defaults 0 0
Auch die Swap Partition tragen wir in die /etc/crypttab ein.
Achtung: unbedingt darauf achten, dass hier das richtige Device angegeben wird, da sonst Datenverlust droht!
# NAME SOURCE DEVICE PASSWORD OPTIONS swap /dev/sda2 SWAP -c aes-xts-plain -s 512
Jetzt müssen wir nur noch /dev/mapper/swap in die fstab Datei eintragen.
# <file system> <dir> <type> <options> <dump> <pass> /dev/mapper/swap swap swap defaults 0 0
- ANMERKUNG: Falls nach dem Neustart die Swap-Partition nicht richtig eingebunden wird, kann folgender Befehl Abhilfe schaffen:
dd if=/dev/zero of=/dev/sda2
Achtung: Dies überschreibt die Partition mit Nullen - hierbei ist unbedingt darauf zu achten, dass es sich bei sda2 auch tatsächlich um die besagte SWAP-Partition handelt, da man sonst eine andere Partition überschreibt!
System per USB-Stick entschlüsseln
Wer nicht jedesmal beim Booten das LUKS Passwort für die root Partition eingeben will kann auch ein Keyfile auf einem USB-Stick speichern. Wenn der Stick beim Booten eingesteckt ist wird das System automatisch aufgeschlossen. Es gibt zwei Möglichkeiten den Key auf dem Stick zu speichern. Als einfache (sichtbare) klartext Datei, oder zwischen dem MBR und der ersten Partition des Sticks.
Vorbereitungen
Bei beiden Methoden muss zunächst erstmal eine Udev Regel für den Stick erstellt werden. Wie das geht wird hier beschrieben. Ab jetzt wird angenommen, dass die Udev Regel den Stick usbstick nennt und die erste Partition des Sticks usbstick1.
Jetzt erstellt man ein Keyfile und speichert es auf dem USB-Stick. Soll das Keyfile als klartext Datei gespeichert werden, darf der Name keine Sonderzeichen, Punkte (versteckte Dateien) etc. enthalten, da der encrypt HOOK die Datei sonst beim Booten nicht findet.
USB-Stick mounten
mkdir /mnt/usb-stick mount /dev/usbstick1 /mnt/usb-stick
Keyfile erstellen und auf dem Stick speichern.
dd if=/dev/urandom of=/mnt/usb-stick/archkey bs=512 count=4
Jetzt kann das Keyfile zu den Schlüsseln für die root Partition (hier /dev/sda3) hinzugefügt werden. Das alte LUKS Passwort sollte man nicht löschen. Falls das Keyfile mal verloren geht, oder das Entschlüsseln per USB-Stick nicht auf Anhieb funktioniert, kommt man immer noch ins System.
cryptsetup luksAddKey /dev/sda3 /mnt/usb-stick/archkey
/dev/sda3 gegebenen Falls anpassen...
Als nächstes wird die /etc/mkinitcpio.conf angepasst. Die Udev-Regel wird in die FILES="" Zeile eingetragen und zu den HOOKS usb hinzugefügt (vor encrypt).
FILES="/etc/udev/rules.d/50-myusb.rules" HOOKS="... usb encrypt filesystems ..."
Soll das Keyfile als klartext Datei gespeichert werden, müssen noch zwei Module zur MODULES="" Zeile hinzugefügt werden. Eins für das Dateisystem des Sticks (hier vfat) und eins für die Codepage
MODULES="ata_generic ata_piix nls_cp437 vfat"
Die Module für das Dateisystem und die Codepage müssen durch die passenden ersetzt werden, falls der USB-Stick ein anderes Dateisystem hat (z.B. ext2). Benutzer des Arch-stock Kernels sollten die hier genannte Codepage verwenden.
Jetzt kann das neue initrd-image erstellt werden. (evtl. das alte vorher sichern)
mkinitcpio -p kernel26
Ab dem Kernel 3.0-ARCH wird stattdessen dieser Befehl benötigt
mkinitcpio -p linux
Schlüssel als Klartext-Datei speichern
Da das Keyfile ja bereits auf dem Stick existiert, muss nur noch die Kernelzeile in der /boot/grub/menu.lst angepasst werden.
kernel /vmlinuz26 cryptdevice=/dev/sda3:root root=/dev/mapper/root ro vga=771 cryptkey=/dev/usbstick1:vfat:/archkey
/dev/usbstick1 ist dabei die FAT-Partition mit dem Keyfile.
Wenn alles geklappt hat, sollte das System beim nächsten Booten automatisch "aufgeschlossen" werden, vorausgesetzt der USB-Stick ist eingesteckt.
Schlüssel zwischen MBR und erster Partition speichern
ACHTUNG: Man sollte das hier nur machen, wenn man weiß, was man tut. Es kann zu Datenverlust kommen und die Partitionen oder der MBR des Sticks beschädigt werden.
Sollte auf dem Stick ein Bootloader installiert sein, müssen einige Werte angepasst werden. GRUB braucht z. B. die ersten 16 Sektoren. Man müsste also seek=4 durch seek=16 ersetzen. Andernfalls würden Teile von GRUB überschrieben werden. Im Zweifelsfall kann man sich die ersten 64 Sektoren anschauen und nach einem genügend großen freien Bereich suchen.
dd if=/dev/usbstick of=64sectors bs=512 count=64 # kopiert die ersten 64 Sektoren hexcurse 64sectors # freien Platz suchen
Den Schlüssel auf den Stick schreiben:
dd if=/mnt/usb-stick/archkey of=/dev/usbstick bs=512 seek=4
Wenn das geklappt hat kann das (Klartext-) Keyfile vom Stick gelöscht werden:
shred --remove --zero /mnt/usb-stick/archkey
Jetzt muss noch die Kernelzeile in der menu.lst (GRUB) Datei angepasst werden:
kernel /vmlinuz26 cryptdevice=/dev/sda3:root root=/dev/mapper/root ro vga=771 cryptkey=/dev/usbstick:2048:2048
Das Format für die cryptkey Option sieht so aus:
cryptkey=BLOCKDEVICE:OFFSET:SIZE
Die Werte für OFFSET und SIZE passen für dieses Beispiel, da das Keyfile die Länge 2048 hat (bs=512 count=4) und ab OFFSET 2048 (bs=512 seek=4) auf dem Stick gespeichert ist. Gegebenen Falls müssen die Werte angepasst werden.
Das wars, wenn alles geklappt hat, sollte das System beim nächsten Booten automatisch "aufgeschlossen" werden, vorausgesetzt der USB-Stick ist eingesteckt.
Padlock Fehlermeldung
FATAL: Error inserting padlock_aes (/lib/modules/2.6.24-ARCH/kernel/drivers/crypto/padlock-aes.ko): No such device
Wenn diese Fehlermeldung beim Booten erscheint, ist das nicht weiter schlimm. Die padlock-Module können nur mit speziellen Mini-ITX-Mainboards von VIA mit C7- oder Eden-CPU benutzt werden. Diese Mainboards enthalten eine Verschlüsselungseinheit namens Padlock, die unter anderem einen Hardware-Zufallsgenerator bereitstellt sowie hardwarebeschleunigte AES-Ver-/Entschlüsselung ermöglicht.
Die Module werden an zwei Stellen versucht zu Laden:
- in der initrd
- durch udev
Um die Meldung weg zu bekommen kan mann folgendes machen:
a)
Der encrypt-Hook bewirkt beim Erstellen des initrd-Images das alle Module die in Verzeichnissen namens crypto liegen eingebunden und versucht zu laden werden. Das kann man steuern durch den Parameter CRYPTO_MODULES in der /etc/mkinitcpio.conf ähnlich des MODULES Parameters dort. D.h., man muss alle Crypto-Module, die zum Aufschließen der verschlüsselten Root-Partition nötig sind, dort explizit aufführen da der encrypt-Hook diese nicht mehr automatisch einfügt. Die benötigten Module kann man durch lsmod im laufenden System finden. Wer seine crypto-Module anhand des Namens nicht eindeutig identifizieren kann findet sie auf diesen Weg:
cd /lib/modules/$(uname -r) source /lib/initcpio/functions m="$(all_modules "/crypto/") " echo $m
Diese Module würde der encrypt-Hook automatisch einbinden (darunter auch die padlock). Zum Abgleich mit den eigenen Modulen jetzt einfach lsmod mit dieser Liste vergleichen.
Der nötige Eintrag in der /etc/mkinitcpio.conf kann z.B. so aussehen:
CRYPTO_MODULES="blowfish sha256_generic aes_i586 aes_generic"
Jetzt noch das initrd-Image erstellen(als root):
mkinitcpio -g /boot/kernel26.img
b)
Damit das Modul durch udev nicht versucht wird zu laden. Es reicht nicht (bzw. hat keine Auswirkung) die Module in der rc.conf mit ! vom Laden ausschließen zu wollen. Erst das explizite Blacklisten bei udev führte bei mir zum Erfolg. Also Datei /etc/modprobe.d/modprobe.conf editieren
blacklist padlock-aes blacklist padlock-sha
Nachtrag:
Durch das Update auf 2.6.27 hat sich bei den notwendigen CRYPTO_MODULES wieder einiges geändert. Ich konnte meinen Laptop erstmal nicht normal starten, da in meinen vorgegebenen Modulen welche fehlten. Um das (und das padlock-Problem zu umgehen) habe ich nun die CRYPTO_MODULES Zeile wieder rausgenommen und habe einfach die Module selbst in lib/modules/2.6.27-ARCH/kernel/drivers/crypto/padlock-* gelöscht. Dann das initrd neu erstellt. Somit taucht diese Meldung ebenfalls nicht mehr auf (ich verwende nie eine Hardware für das ich dieses padlock brauchen würde).
lrw-benbi
Wer wie im US-Arch-Wiki mit lrw-benbi verschlüsseln will, muss ebenso die /etc/mkinitcpio.conf anpassen:
CRYPTO_MODULES="blowfish lrw sha256_generic aes_i586 aes_generic"
Bei einem Dateisystem-Prüffehler
Sollte der seltene Fall eintreten, dass die Dateisystem-Überprüfung einer entschlüsselten Partition fehlschlägt (etwa nach einem Crash des Betriebssystems mit anschließendem Kaltstart) und man dieses mit fsck händisch machen muss, ist unbedingt darauf zu achten, die betroffene Partition (wie üblich) vorher mit umount auszuhängen!
Bei folgendem Boot-Szenario hängt die Überprüfung bei /dev/mapper/root, das mit ext3 formatiert ist:
...
:: Running Hook [keymap]
:: Loading keymap...done.
:: Running Hook [encrypt]
...
EXT3-fs: barriers not enabled
EXT3-fs (dm-0): mounted filesystem with writeback data mode
kjournald starting. Commit interval 5 seconds
INIT: version 2.88 booting
> Arch Linux
...
--------------------------- [DONE]
:: Starting UDev Daemon [DONE]
:: Triggering UDev uevents [DONE]
:: Loading Modules [DONE]
:: Waiting for EDev uevents to be processed [DONE]
:: Bringing up loopback interface [DONE]
:: Unlocking encrypted volumes: home..ok [DONE]
:: Mounting Root Read-only [BUSY]
:: Checking Filesystems
/dev/mapper/root contains a file system with errors, check forced.
...
Inode 90689 has imagic flag set.
/dev/mapper/root: UNEXPECTED INCONSISTENCY; RUN fsck MANUALLY.
(i.e., without -a or -p options)
[FAIL]
**************** FILESYSTEM CHECK FAILED *****************
* *
* Please repair manually and reboot. Note that the root *
* file system is currently mounted read-only. To remount *
* it read-write write: mount -n -o remount,rw / *
* When you exit the maintenance shell the system will *
* reboot automatically. *
* *
**********************************************************
Give root password for maintenance
(or type Control-D to continue): _
Wie zu sehen, hängt die Überprüfung bei einer bestimmten Adresse (inode) -- es muss aber bei weitem nicht die einzige sein! Außerdem ist die entschlüsselte /dev/mapper/root-Partition bereits als / (Root) "read-only" eingehängt.
Nachdem man sich nun in der Wartungsumgebung (maintenance shell) als root eingeloggt hat, hängt man die Root-Partition (oder eben eine andere betroffene Partition) also wieder aus:
# umount /
und repariert sie anschließend mit:
# fsck.ext3 /dev/mapper/root
(oder je nach Format mit einer anderen fsck-Variante.) Fsck gibt dann laufend Statusmeldungen aus, und je nachdem, ob es viele Fehler gibt (was man vorher nicht wissen, aber wovon ausgehen kann), muss man häufig bestätigen. Um dies zu vermeiden, gibt man alternativ ein:
# fsck.ext3 -y /dev/mapper/root
Die Reparatur kann einige Zeit in Anspruch nehmen, man darf sie aber auf keinen Fall abbrechen, sonst wird die Partition zerstört! -- Schließlich startet man das System neu, und das Problem ist behoben.
