Chiffrement intégral du disque

Le chiffrement intégral du disque est le processus d'encodage de toutes les données utilisateur sur un appareil Android à l'aide d'une clé chiffrée. Une fois qu'un appareil est chiffré, toutes les données créées par l'utilisateur sont automatiquement chiffrées avant de les enregistrer sur le disque et toutes les lectures déchiffrent automatiquement les données avant de les renvoyer au processus appelant.

Le chiffrement intégral du disque a été introduit sur Android en 4.4, mais Android 5.0 a introduit ces nouvelles fonctionnalités :

• Création d'un cryptage rapide, qui ne crypte que les blocs utilisés sur la partition de données pour éviter que le premier démarrage ne prenne beaucoup de temps. Seuls les systèmes de fichiers ext4 et f2fs prennent actuellement en charge le chiffrement rapide.
• Ajout de l' indicateur fstab forceencrypt pour chiffrer au premier démarrage.
• Ajout de la prise en charge des modèles et du cryptage sans mot de passe.
• Ajout d'un stockage matériel de la clé de chiffrement à l'aide de la capacité de signature de Trusted Execution Environment (TEE) (comme dans une TrustZone). Voir Stockage de la clé chiffrée pour plus de détails.

Attention : Les appareils mis à niveau vers Android 5.0 puis cryptés peuvent être ramenés à un état non crypté par la réinitialisation des données d'usine. Les nouveaux appareils Android 5.0 chiffrés au premier démarrage ne peuvent pas être remis dans un état non chiffré.

Fonctionnement du chiffrement complet du disque Android

Le chiffrement complet du disque Android est basé sur dm-crypt , qui est une fonctionnalité du noyau qui fonctionne au niveau de la couche de périphérique de bloc. Pour cette raison, le chiffrement fonctionne avec Embedded MultiMediaCard ( eMMC) et les périphériques flash similaires qui se présentent au noyau comme des périphériques de bloc. Le cryptage n'est pas possible avec YAFFS, qui communique directement avec une puce flash NAND brute.

L'algorithme de cryptage est 128 Advanced Encryption Standard (AES) avec chaînage de blocs de chiffrement (CBC) et ESSIV:SHA256. La clé principale est cryptée avec AES 128 bits via des appels à la bibliothèque OpenSSL. Vous devez utiliser 128 bits ou plus pour la clé (256 étant facultatif).

Remarque : les OEM peuvent utiliser 128 bits ou plus pour chiffrer la clé principale.

Dans la version Android 5.0, il existe quatre types d'états de chiffrement :

• défaut
• ÉPINGLER
• le mot de passe
• motif

Lors du premier démarrage, l'appareil crée une clé principale 128 bits générée de manière aléatoire, puis la hache avec un mot de passe par défaut et du sel stocké. Le mot de passe par défaut est : "default_password" Cependant, le hachage résultant est également signé via un TEE (tel que TrustZone), qui utilise un hachage de la signature pour chiffrer la clé principale.

Vous pouvez trouver le mot de passe par défaut défini dans le fichier cryptfs.cpp du projet Open Source Android.

Lorsque l'utilisateur définit le code PIN/mot de passe ou le mot de passe sur l'appareil, seule la clé de 128 bits est rechiffrée et stockée. (c'est-à-dire que les modifications du code PIN/mot de passe/modèle de l'utilisateur n'entraînent PAS le rechiffrement des données utilisateur.) Notez que l' appareil géré peut être soumis à des restrictions de code PIN, de modèle ou de mot de passe.

Le chiffrement est géré par init et vold . init appelle vold et vold définit les propriétés pour déclencher des événements dans init. D'autres parties du système examinent également les propriétés pour effectuer des tâches telles que l'état du rapport, demander un mot de passe ou inviter à réinitialiser les paramètres d'usine en cas d'erreur fatale. Pour appeler les fonctionnalités de chiffrement dans vold , le système utilise les commandes vdc de l'outil de ligne de commande cryptfs : checkpw , restart , enablecrypto , changepw , cryptocomplete , verifypw , setfield , getfield , mountdefaultencrypted , getpwtype , getpw et clearpw .

Pour chiffrer, déchiffrer ou effacer /data , /data ne doit pas être monté. Cependant, pour afficher une interface utilisateur (UI), le framework doit démarrer et le framework nécessite /data pour s'exécuter. Pour résoudre cette énigme, un système de fichiers temporaire est monté sur /data . Cela permet à Android de demander des mots de passe, d'afficher la progression ou de suggérer un effacement des données si nécessaire. Il impose la limitation selon laquelle, pour passer du système de fichiers temporaire au véritable système de fichiers /data , le système doit arrêter tous les processus avec des fichiers ouverts sur le système de fichiers temporaire et redémarrer ces processus sur le système de fichiers réel /data . Pour ce faire, tous les services doivent appartenir à l'un des trois groupes suivants : core , main et late_start .

• core : Ne jamais s'éteindre après le démarrage.
• main : Arrêtez puis redémarrez après avoir entré le mot de passe du disque.
• late_start : ne démarre pas tant que /data n'a pas été déchiffré et monté.

Pour déclencher ces actions, la propriété vold.decrypt est définie sur diverses chaînes . Pour tuer et redémarrer les services, les commandes init sont :

• class_reset : arrête un service mais autorise son redémarrage avec class_start.
• class_start : Redémarre un service.
• class_stop : arrête un service et ajoute un indicateur SVC_DISABLED . Les services arrêtés ne répondent pas à class_start .

Les flux

Il existe quatre flux pour un appareil chiffré. Un appareil est chiffré une seule fois, puis suit un flux de démarrage normal.

• Crypter un appareil précédemment non crypté :
  • Crypter un nouvel appareil avec forceencrypt : Cryptage obligatoire au premier démarrage (à partir d'Android L).
  • Chiffrer un appareil existant : chiffrement initié par l'utilisateur (Android K et versions antérieures).
• Démarrez un appareil chiffré :
  • Démarrage d'un appareil crypté sans mot de passe : Démarrage d'un appareil crypté sans mot de passe défini (pertinent pour les appareils exécutant Android 5.0 et versions ultérieures).
  • Démarrage d'un appareil crypté avec un mot de passe : Démarrage d'un appareil crypté avec un mot de passe défini.

En plus de ces flux, l'appareil peut également échouer à chiffrer /data . Chacun des flux est expliqué en détail ci-dessous.

Chiffrer un nouvel appareil avec forceencrypt

Il s'agit du premier démarrage normal d'un appareil Android 5.0.

1. Détecter le système de fichiers non chiffré avec l'indicateur forceencrypt

   /data n'est pas crypté mais doit l'être car forceencrypt l'exige. Démontez /data .

2. Commencer à chiffrer /data

   vold.decrypt = "trigger_encryption" déclenche init.rc , ce qui vold à chiffrer /data sans mot de passe. (Aucun n'est défini car il doit s'agir d'un nouveau périphérique.)

3. Monter tmpfs

   vold monte un tmpfs /data (en utilisant les options tmpfs de ro.crypto.tmpfs_options ) et définit la propriété vold.encrypt_progress sur 0. vold prépare le tmpfs /data pour démarrer un système chiffré et définit la propriété vold.decrypt sur : trigger_restart_min_framework

4. Afficher le cadre pour montrer les progrès

   Étant donné que l'appareil n'a pratiquement aucune donnée à chiffrer, la barre de progression n'apparaît souvent pas en raison de la rapidité du chiffrement. Voir Chiffrer un appareil existant pour plus de détails sur l'interface utilisateur de progression.

5. Lorsque /data est crypté, supprimez le framework

   vold définit vold.decrypt sur trigger_default_encryption qui démarre le service defaultcrypto . (Cela démarre le flux ci-dessous pour monter une donnée utilisateur chiffrée par défaut.) trigger_default_encryption vérifie le type de chiffrement pour voir si /data est chiffré avec ou sans mot de passe. Étant donné que les appareils Android 5.0 sont chiffrés au premier démarrage, aucun mot de passe ne doit être défini. donc nous déchiffrons et montons /data .

6. Monter /data

   init monte ensuite /data sur un RAMDisk tmpfs en utilisant les paramètres qu'il récupère de ro.crypto.tmpfs_options , qui est défini dans init.rc .

7. Cadre de démarrage

   vold définit vold.decrypt sur trigger_restart_framework , qui continue le processus de démarrage habituel.

Chiffrer un appareil existant

C'est ce qui se passe lorsque vous chiffrez un appareil Android K ou antérieur non chiffré qui a été migré vers L.

Ce processus est initié par l'utilisateur et est appelé « cryptage sur place » dans le code. Lorsqu'un utilisateur choisit de chiffrer un appareil, l'interface utilisateur s'assure que la batterie est complètement chargée et que l'adaptateur secteur est branché afin qu'il y ait suffisamment d'alimentation pour terminer le processus de chiffrement.

Avertissement : Si l'appareil est à court d'alimentation et s'éteint avant la fin du cryptage, les données du fichier sont laissées dans un état partiellement crypté. L'appareil doit être réinitialisé en usine et toutes les données sont perdues.

Pour activer le chiffrement sur place, vold démarre une boucle pour lire chaque secteur du périphérique de bloc réel, puis l'écrit sur le périphérique de bloc crypto. vold vérifie si un secteur est utilisé avant de le lire et de l'écrire, ce qui rend le chiffrement beaucoup plus rapide sur un nouvel appareil qui a peu ou pas de données.

État de l'appareil : ro.crypto.state = "unencrypted" et exécutez le déclencheur init on nonencrypted pour continuer le démarrage.

1. Vérifier le mot de passe

   L'interface utilisateur appelle vold avec la commande cryptfs enablecrypto inplace où passwd est le mot de passe de l'écran de verrouillage de l'utilisateur.

2. Démonter le cadre

   vold vérifie les erreurs, renvoie -1 s'il ne peut pas chiffrer et affiche une raison dans le journal. S'il peut chiffrer, il définit la propriété vold.decrypt sur trigger_shutdown_framework . Cela amène init.rc à arrêter les services dans les classes late_start et main .

3. Créer un pied de page crypto
4. Créer un fichier fil d'Ariane
5. Redémarrer
6. Détecter le fichier de fil d'Ariane
7. Commencer à chiffrer /data

   vold configure ensuite le crypto mappage, qui crée un périphérique de bloc crypto virtuel qui correspond au périphérique de bloc réel mais chiffre chaque secteur au fur et à mesure qu'il est écrit et déchiffre chaque secteur au fur et à mesure qu'il est lu. vold crée et écrit ensuite les métadonnées de chiffrement.

8. Pendant le cryptage, montez tmpfs

   vold monte un tmpfs /data (en utilisant les options tmpfs de ro.crypto.tmpfs_options ) et définit la propriété vold.encrypt_progress sur 0. vold prépare le tmpfs /data pour démarrer un système chiffré et définit la propriété vold.decrypt sur : trigger_restart_min_framework

9. Afficher le cadre pour montrer les progrès

   trigger_restart_min_framework init.rc à démarrer la classe main de services. Lorsque le framework voit que vold.encrypt_progress est défini sur 0, il affiche l'interface utilisateur de la barre de progression, qui interroge cette propriété toutes les cinq secondes et met à jour une barre de progression. La boucle de chiffrement met à jour vold.encrypt_progress chaque fois qu'elle chiffre un autre pourcentage de la partition.

10. Lorsque /data est chiffré, mettez à jour le pied de page crypto

    Lorsque /data est chiffré avec succès, vold efface l'indicateur ENCRYPTION_IN_PROGRESS dans les métadonnées.

    Lorsque l'appareil est déverrouillé avec succès, le mot de passe est ensuite utilisé pour chiffrer la clé principale et le pied de page de chiffrement est mis à jour.

    Si le redémarrage échoue pour une raison quelconque, vold définit la propriété vold.encrypt_progress sur error_reboot_failed et l'interface utilisateur doit afficher un message demandant à l'utilisateur d'appuyer sur un bouton pour redémarrer. Cela ne devrait jamais se produire.

Démarrage d'un appareil chiffré avec le chiffrement par défaut

C'est ce qui se passe lorsque vous démarrez un appareil crypté sans mot de passe. Étant donné que les appareils Android 5.0 sont chiffrés au premier démarrage, aucun mot de passe ne doit être défini et il s'agit donc de l'état de chiffrement par défaut .

1. Détecter les /data cryptées sans mot de passe

   Détecter que l'appareil Android est chiffré car /data ne peut pas être monté et l'un des indicateurs encryptable ou forceencrypt est défini.

   vold définit vold.decrypt sur trigger_default_encryption , qui démarre le service defaultcrypto . trigger_default_encryption vérifie le type de chiffrement pour voir si /data est chiffré avec ou sans mot de passe.

2. Déchiffrer /données

   Crée le périphérique dm-crypt sur le périphérique de bloc afin que le périphérique soit prêt à l'emploi.

3. Monter /données

   vold monte ensuite la partition real /data déchiffrée puis prépare la nouvelle partition. Il définit la propriété vold.post_fs_data_done sur 0, puis définit vold.decrypt sur trigger_post_fs_data . Cela oblige init.rc à exécuter ses commandes post-fs-data . Ils créeront tous les répertoires ou liens nécessaires, puis vold.post_fs_data_done sur 1.

   Une fois que vold voit le 1 dans cette propriété, il définit la propriété vold.decrypt sur : trigger_restart_framework. Cela oblige init.rc à redémarrer les services dans la classe main et à démarrer également les services dans la classe late_start pour la première fois depuis le démarrage.

4. Cadre de démarrage

   Maintenant, le framework démarre tous ses services en utilisant le /data déchiffré, et le système est prêt à être utilisé.

Démarrage d'un appareil chiffré sans chiffrement par défaut

C'est ce qui se passe lorsque vous démarrez un appareil crypté avec un mot de passe défini. Le mot de passe de l'appareil peut être un code PIN, un motif ou un mot de passe.

1. Détecter un appareil crypté avec un mot de passe

   Détecter que l'appareil Android est crypté car le drapeau ro.crypto.state = "encrypted"

   vold définit vold.decrypt sur trigger_restart_min_framework car /data est chiffré avec un mot de passe.

2. Monter tmpfs

   init définit cinq propriétés pour enregistrer les options de montage initiales données pour /data avec les paramètres transmis depuis init.rc . vold utilise ces propriétés pour configurer le crypto mapping :

   1. ro.crypto.fs_type
   2. ro.crypto.fs_real_blkdev
   3. ro.crypto.fs_mnt_point
   4. ro.crypto.fs_options
   5. ro.crypto.fs_flags (numéro hexadécimal à 8 chiffres ASCII précédé de 0x)
3. Démarrer le framework pour demander le mot de passe

   Le framework démarre et voit que vold.decrypt est défini sur trigger_restart_min_framework . Cela indique au framework qu'il démarre sur un disque tmpfs /data et qu'il doit obtenir le mot de passe de l'utilisateur.

   Cependant, il doit d'abord s'assurer que le disque a été correctement chiffré. Il envoie la commande cryptfs cryptocomplete à vold . vold renvoie 0 si le chiffrement a été effectué avec succès, -1 en cas d'erreur interne ou -2 si le chiffrement n'a pas été effectué avec succès. vold détermine en recherchant dans les métadonnées de chiffrement l'indicateur CRYPTO_ENCRYPTION_IN_PROGRESS . S'il est défini, le processus de cryptage a été interrompu et il n'y a pas de données utilisables sur l'appareil. Si vold renvoie une erreur, l'interface utilisateur doit afficher un message à l'utilisateur pour redémarrer et réinitialiser l'appareil en usine, et donner à l'utilisateur un bouton sur lequel appuyer pour le faire.

4. Déchiffrer les données avec mot de passe

   Une fois que cryptfs cryptocomplete a réussi, le framework affiche une interface utilisateur demandant le mot de passe du disque. L'interface utilisateur vérifie le mot de passe en envoyant la commande cryptfs checkpw à vold . Si le mot de passe est correct (ce qui est déterminé en montant avec succès le /data déchiffré à un emplacement temporaire, puis en le démontant), vold enregistre le nom du périphérique de bloc déchiffré dans la propriété ro.crypto.fs_crypto_blkdev et renvoie l'état 0 à l'interface utilisateur . Si le mot de passe est incorrect, il renvoie -1 à l'interface utilisateur.

5. Cadre d'arrêt

   L'interface utilisateur met en place un graphique de démarrage cryptographique, puis appelle vold avec la commande cryptfs restart . vold définit la propriété vold.decrypt sur trigger_reset_main , ce qui oblige init.rc à effectuer class_reset main . Cela arrête tous les services de la classe principale, ce qui permet de démonter tmpfs /data .

6. Monter /data

   vold monte ensuite la partition réelle /data déchiffrée et prépare la nouvelle partition (qui n'a peut-être jamais été préparée si elle a été chiffrée avec l'option wipe, qui n'est pas prise en charge dans la première version). Il définit la propriété vold.post_fs_data_done sur 0, puis définit vold.decrypt sur trigger_post_fs_data . Cela oblige init.rc à exécuter ses commandes post-fs-data . Ils créeront tous les répertoires ou liens nécessaires, puis vold.post_fs_data_done sur 1. Une fois que vold verra le 1 dans cette propriété, il définira la propriété vold.decrypt sur trigger_restart_framework . Cela oblige init.rc à redémarrer les services dans la classe main et à démarrer également les services dans la classe late_start pour la première fois depuis le démarrage.

7. Commencer le cadre complet

   Maintenant, le framework démarre tous ses services en utilisant le système de fichiers déchiffré /data , et le système est prêt à être utilisé.

Échec

Un appareil qui ne parvient pas à déchiffrer peut être défectueux pour plusieurs raisons. L'appareil démarre avec la série normale d'étapes pour démarrer :

1. Détecter un appareil crypté avec un mot de passe
2. Monter tmpfs
3. Démarrer le framework pour demander le mot de passe

Mais après l'ouverture du framework, l'appareil peut rencontrer des erreurs :

• Le mot de passe correspond mais ne peut pas déchiffrer les données
• L'utilisateur saisit un mot de passe erroné 30 fois

Si ces erreurs ne sont pas résolues, invitez l'utilisateur à effacer les paramètres d'usine :

Si vold détecte une erreur pendant le processus de chiffrement, et si aucune donnée n'a encore été détruite et que le framework est opérationnel, vold définit la propriété vold.encrypt_progress sur error_not_encrypted . L'interface utilisateur invite l'utilisateur à redémarrer et l'avertit que le processus de chiffrement n'a jamais démarré. Si l'erreur se produit après la suppression du framework, mais avant que l'interface utilisateur de la barre de progression ne soit affichée, vold redémarrera le système. Si le redémarrage échoue, il définit vold.encrypt_progress sur error_shutting_down et renvoie -1 ; mais il n'y aura rien pour attraper l'erreur. On ne s'attend pas à ce que cela se produise.

Si vold détecte une erreur pendant le processus de chiffrement, il définit vold.encrypt_progress sur error_partially_encrypted et renvoie -1. L'interface utilisateur doit alors afficher un message indiquant que le cryptage a échoué et fournir un bouton permettant à l'utilisateur de réinitialiser l'appareil en usine.

Stockage de la clé chiffrée

La clé chiffrée est stockée dans les métadonnées de chiffrement. La sauvegarde matérielle est mise en œuvre à l'aide de la capacité de signature de Trusted Execution Environment (TEE). Auparavant, nous chiffrions la clé principale avec une clé générée en appliquant scrypt au mot de passe de l'utilisateur et au sel stocké. Afin de rendre la clé résistante aux attaques hors boîte, nous étendons cet algorithme en signant la clé résultante avec une clé TEE stockée. La signature résultante est ensuite transformée en une clé de longueur appropriée par une autre application de scrypt. Cette clé est ensuite utilisée pour chiffrer et déchiffrer la clé principale. Pour stocker cette clé :

1. Générez une clé de chiffrement de disque (DEK) aléatoire de 16 octets et un sel de 16 octets.
2. Appliquez scrypt au mot de passe utilisateur et au sel pour produire la clé intermédiaire 1 de 32 octets (IK1).
3. Complétez IK1 avec zéro octet à la taille de la clé privée liée au matériel (HBK). Plus précisément, nous rembourrons comme suit : 00 || IK1 || 00..00 ; un octet zéro, 32 octets IK1, 223 octets zéro.
4. Signez IK1 rembourré avec HBK pour produire IK2 de 256 octets.
5. Appliquez scrypt à IK2 et sel (même sel qu'à l'étape 2) pour produire 32 octets IK3.
6. Utilisez les 16 premiers octets de IK3 comme KEK et les 16 derniers octets comme IV.
7. Crypter DEK avec AES_CBC, avec la clé KEK et le vecteur d'initialisation IV.

Changer le mot de passe

Lorsqu'un utilisateur choisit de modifier ou de supprimer son mot de passe dans les paramètres, l'interface utilisateur envoie la commande cryptfs changepw à vold , et vold chiffre à nouveau la clé principale du disque avec le nouveau mot de passe.

Propriétés de chiffrement

vold et init communiquent entre eux en définissant des propriétés. Voici une liste des propriétés disponibles pour le chiffrement.

Propriétés Vold

propriétés d'initialisation

Actions d'initialisation

on post-fs-data
on nonencrypted
on property:vold.decrypt=trigger_reset_main
on property:vold.decrypt=trigger_post_fs_data
on property:vold.decrypt=trigger_restart_min_framework
on property:vold.decrypt=trigger_restart_framework
on property:vold.decrypt=trigger_shutdown_framework
on property:vold.decrypt=trigger_encryption
on property:vold.decrypt=trigger_default_encryption