Crittografia completa del disco

La crittografia dell'intero disco è il processo di codifica di tutti i dati utente su un dispositivo Android utilizzando una chiave criptata. Una volta criptato un dispositivo, tutti i dati creati dall'utente vengono criptati automaticamente prima di essere confermati su disco e tutte le letture decriptano automaticamente i dati prima di restituirli al processo di chiamata.

La crittografia completa del disco è stata introdotta in Android 4.4, ma Android 5.0 ha introdotto queste nuove funzionalità:

• È stata creata una crittografia rapida, che cripta solo i blocchi utilizzati sulla partizione dei dati evitando che il primo avvio richieda troppo tempo. Al momento, solo i file system ext4 e f2fs supportano la crittografia rapida.
• È stato aggiunto il forceencrypt flag fstab per la crittografia al primo avvio.
• Aggiunto il supporto per pattern e crittografia senza password.
• È stata aggiunta l'archiviazione con supporto hardware della chiave di crittografia utilizzando Attendibile Funzionalità di firma dell'ambiente di esecuzione (TEE, Execution Environment) (ad esempio in un TrustZone). Per ulteriori dettagli, consulta Archiviazione della chiave criptata.

Attenzione: i dispositivi di cui è stato eseguito l'upgrade ad Android 5.0 e poi la crittografia possono essere ripristinati a uno stato non criptato tramite il ripristino dei dati di fabbrica. Nuovo Android 5.0 i dispositivi criptati al primo avvio non possono essere restituiti allo stato non criptato.

Come funziona la crittografia dell'intero disco di Android

La crittografia completa del disco di Android si basa su dm-crypt, una funzionalità del kernel che funziona a livello di dispositivo di blocco. Per questo motivo, la crittografia funziona con Embedded MultiMediaCard (eMMC) e dispositivi flash simili che si presentano al kernel come dispositivi di blocco. La crittografia non è possibile con YAFFS, che comunica direttamente con un Chip Flash NAND.

L'algoritmo di crittografia è il 128 Advanced Encryption Standard (AES) con CBC (cipher-block chaining) ed ESSIV:SHA256. La chiave master viene criptata con AES a 128 bit tramite chiamate alla libreria OpenSSL. Devi usare almeno 128 bit per la chiave (256 è facoltativo).

Nota:gli OEM possono usare una versione a 128 bit o superiore per criptare la chiave master.

In Android 5.0 esistono quattro tipi di stati della crittografia:

• predefinito
• PIN
• password
• pattern

Al primo avvio, il dispositivo crea una chiave master a 128 bit generata in modo casuale e lo sottopone ad hashing con una password predefinita e il sale memorizzato. La password predefinita è: "default_password" Tuttavia, l'hash risultante viene firmato anche tramite un TEE (come TrustZone), che utilizza un hash della firma per criptare la chiave master.

Puoi trovare la password predefinita definita nel file cryptfs.cpp del progetto Android Open Source.

Quando l'utente imposta il PIN/la pass o la password sul dispositivo, solo la chiave di 128 bit viene sottoposta a nuova crittografia e memorizzata. (ad esempio, le modifiche a PIN/pass/pattern dell'utente NON causano nuova crittografia dei dati utente.) Tieni presente che dispositivo gestito potrebbero essere soggetti a restrizioni relative a PIN, sequenza o password.

La crittografia è gestita da init e vold. init chiama vold e vold imposta le proprietà da attivare eventi in init. Altre parti del sistema esaminano anche le proprietà per svolgere attività come controllare lo stato dei report, chiedere una password o richiedere il ripristino dei dati di fabbrica in caso di errore fatale. Per richiamare funzionalità di crittografia in vold, il sistema usa lo strumento a riga di comando Comandi cryptfs di vdc: checkpw, restart, enablecrypto, changepw, cryptocomplete, verifypw, setfield getfield, mountdefaultencrypted, getpwtype, getpw e clearpw.

Per criptare, decriptare o cancellare i dati di /data, /data non deve essere montato. Tuttavia, per mostrare qualsiasi interfaccia utente (UI), il il framework deve iniziare e richiede /data per l'esecuzione. A risolvere questo enigma, un file system temporaneo viene montato su /data. In questo modo Android può richiedere le password, mostrare i progressi o suggerire dati cancellarli se necessario. Tuttavia, impone la limitazione che, per passare dal file system temporaneo al file system /data reale, il sistema deve interrompere ogni processo con file aperti sul file system temporaneo e riavviare queste procedure sul file system /data reale. Per farlo, tutti i servizi devono appartenere a uno dei tre gruppi: core, main e late_start.

• core: non si spegne mai dopo l'avvio.
• main: arresta e riavvia dopo l'inserimento della password del disco.
• late_start: l'avvio non verrà avviato prima che /data sia stato decriptato e montato.

Per attivare queste azioni, la proprietà vold.decrypt è impostata su diverse stringhe. Per terminare e riavviare i servizi, i comandi init sono:

• class_reset: arresta un servizio, ma ne consente il riavvio con class_start.
• class_start: riavvia un servizio.
• class_stop: interrompe un servizio e aggiunge un flag SVC_DISABLED. I servizi arrestati non rispondono a class_start.

Flussi

Esistono quattro flussi per un dispositivo criptato. Un dispositivo viene criptato una sola volta seguendo un normale flusso di avvio.

• Criptare un dispositivo non criptato in precedenza:
  • Cripta un nuovo dispositivo con forceencrypt: crittografia obbligatoria al primo avvio (a partire da Android L).
  • Crittografia di un dispositivo esistente: crittografia avviata dall'utente (Android K e versioni precedenti).
• Avvia un dispositivo criptato:
  • Avvio di un dispositivo criptato senza password: l'avvio di un dispositivo criptato che non abbia una password impostata (per i dispositivi con Android 5.0 e versioni successive).
  • Avvio di un dispositivo criptato con una password: avvio di un dispositivo criptato con una password impostata.

Oltre a questi flussi, il dispositivo può anche non riuscire a criptare /data. Ciascun flusso è descritto in dettaglio di seguito.

Cripta un nuovo dispositivo con forceencrypt

Si tratta del normale primo avvio di un dispositivo con Android 5.0.

1. Rileva il file system non criptato con il flag forceencrypt

   /data non è criptato, ma deve esserlo perché forceencrypt lo richiede. Smonta /data.

2. Avvia la crittografia /data

   vold.decrypt = "trigger_encryption" attiva init.rc, che fa sì che vold cripta /data senza password. Non è impostata nessuna opzione perché dovrebbe essere un nuovo dispositivo.

3. Montare tmpfs

   vold monta un file system tmpfs /data (utilizzando le opzioni tmpfs di ro.crypto.tmpfs_options) e imposta la proprietà vold.encrypt_progress su 0. vold prepara il file tmpfs /data per l'avvio di un sistema criptato e imposta il valore proprietà vold.decrypt a: trigger_restart_min_framework

4. Mostrare il framework per mostrare l'avanzamento

   Poiché il dispositivo non ha praticamente dati da criptare, la barra di avanzamento non viene visualizzata spesso perché la crittografia avviene molto rapidamente. Per ulteriori dettagli sull'interfaccia utente di avanzamento, consulta Eseguire la crittografia di un dispositivo esistente.

5. Quando /data è criptato, rimuovi il framework

   vold imposta vold.decrypt su trigger_default_encryption, che avvia il servizio defaultcrypto. (Questo avvia il flusso riportato di seguito per il montaggio di userdata criptato predefinito.) trigger_default_encryption controlla il tipo di crittografia per verificare se /data è criptato con o senza una password. Poiché i dispositivi Android 5.0 sono criptati al primo avvio, non dovrebbe essere impostata alcuna password. Pertanto, decrittografiamo e montiamo /data.

6. Montaggio /data

   init monta quindi /data su un RAMDisk tmpfs utilizzando parametri acquisiti da ro.crypto.tmpfs_options, impostato in init.rc.

7. Framework iniziale

   vold imposta vold.decrypt su trigger_restart_framework, che continua il normale processo di avvio.

Criptare un dispositivo esistente

Ecco cosa succede quando cripti un Android K non criptato o una versione precedente dispositivo di cui è stata eseguita la migrazione a L.

Questa procedura viene avviata dall'utente ed è denominata "crittografia in loco" in il codice. Quando un utente sceglie di criptare un dispositivo, la UI fa in modo che la batteria sia completamente carica e che l'alimentatore CA sia collegato in modo che ci sia abbastanza per completare il processo di crittografia.

Avviso:se il dispositivo si scarica e si spegne prima della fine la crittografia, i dati dei file vengono lasciati in uno stato parzialmente criptato. Il dispositivo deve essere sottoposto a un ripristino dei dati di fabbrica e tutti i dati andranno persi.

Per attivare la crittografia in situ, vold avvia un ciclo per leggere ogni settore del dispositivo di blocco reale e poi scriverlo nel dispositivo di blocco crittografico. vold controlla se un settore è in da utilizzare prima di leggerli e scriverli, il che rende la crittografia molto più velocemente su un nuovo dispositivo con pochi o nessun dato.

Stato del dispositivo: imposta ro.crypto.state = "unencrypted" ed esegui l'attivatore on nonencrypted init per continuare l'avvio.

1. Controlla password

   L'interfaccia utente chiama vold con il comando cryptfs enablecrypto inplace dove passwd è la password della schermata di blocco dell'utente.

2. Rimuovere la struttura

   vold controlla la presenza di errori, restituisce -1 se non riesce a eseguire la crittografia e stampa un motivo nel log. Se può eseguire la crittografia, imposta la proprietà vold.decrypt a trigger_shutdown_framework. Di conseguenza, init.rc interrompe i servizi nelle classi late_start e main.

3. Creare un piè di pagina con crittografia
4. Creare un file breadcrumb
5. Riavvia
6. Rileva file breadcrumb
7. Avvia la crittografia /data

   vold configura quindi la crypto mapping, che crea un dispositivo a blocchi di criptovalute virtuale. che mappa sul dispositivo a blocchi ma cripta ogni settore mentre è scritto, e decripta ogni settore man mano che viene letto. vold quindi crea e scrive i metadati delle criptovalute.

8. Durante la crittografia, monta tmpfs

   vold monta un tmpfs /data (utilizzando le opzioni tmpfs) da ro.crypto.tmpfs_options) e imposta la proprietà vold.encrypt_progress a 0. vold prepara il file system tmpfs /data per l'avvio di un sistema criptato e imposta la proprietà vold.decrypt su: trigger_restart_min_framework

9. Apri la struttura per mostrare i progressi

   trigger_restart_min_framework causa init.rc a avviare la classe di servizi main. Quando il framework rileva che vold.encrypt_progress è impostato su 0, viene visualizzata l'interfaccia utente della barra di avanzamento, che esegue query su questa proprietà ogni cinque secondi e aggiorna una barra di avanzamento. Il loop di crittografia si aggiorna vold.encrypt_progress ogni volta cripta un'altra percentuale della partizione.

10. Quando /data è criptato, aggiorna il piè di pagina della crittografia

    Quando /data viene criptato correttamente, vold cancella il flag ENCRYPTION_IN_PROGRESS nei metadati.

    Quando il dispositivo viene sbloccato, la password viene utilizzata per crittografare la chiave master e il piè di pagina di crittografia viene aggiornato.

    Se il riavvio non riesce per qualche motivo, vold imposta la proprietà vold.encrypt_progress su error_reboot_failed e l'interfaccia utente dovrebbe mostrare un messaggio che chiede all'utente di premere un pulsante per riavviare. Non è previsto che questo accada.

Avviare un dispositivo criptato con la crittografia predefinita

Questo è ciò che accade quando avvii un dispositivo criptato senza password. Poiché i dispositivi Android 5.0 vengono criptati al primo avvio, non è necessario impostare per cui si tratta dello stato della crittografia predefinita.

1. Rileva /data criptato senza password

   Rileva che il dispositivo Android è criptato perché /data non può essere montato e uno dei flag encryptable o forceencrypt impostato.

   vold imposta vold.decrypt su trigger_default_encryption, che avvia il servizio defaultcrypto. trigger_default_encryption controlla il tipo di crittografia per verificare se /data è criptato con o senza una password.

2. Decripta /data

   Crea il dispositivo dm-crypt sul dispositivo di blocco in modo che sia pronto per l'uso.

3. Monta /data

   vold quindi monta la partizione /data reale decriptata e prepara la nuova partizione. Imposta la proprietà vold.post_fs_data_done su 0, poi imposta vold.decrypt a trigger_post_fs_data. Questo causa l'esecuzione di init.rc i suoi comandi post-fs-data. Creano tutte le directory necessarie o link e poi imposta vold.post_fs_data_done su 1.

   Quando vold vede il 1 in quella proprietà, imposta la proprietà vold.decrypt su: trigger_restart_framework.. Questo fa sì che init.rc riavvii i servizi nel gruppo main e avvii anche i servizi nel gruppo late_start per la prima volta dall'avvio.

4. Framework iniziale

   Ora il framework avvia tutti i suoi servizi utilizzando /data decriptato e il sistema è pronto per l'uso.

Avvia un dispositivo criptato senza crittografia predefinita

Ecco cosa succede quando avvii un dispositivo criptato password. La password del dispositivo può essere un PIN, una sequenza o una password.

1. Rilevare il dispositivo criptato con una password

   Rileva che il dispositivo Android è criptato perché il flag ro.crypto.state = "encrypted"

   vold imposta vold.decrypt su trigger_restart_min_framework perché /data è criptato con una password.

2. Montare tmpfs

   init imposta cinque proprietà per salvare le opzioni di montaggio iniziale specificato per /data con parametri passati da init.rc. vold utilizza le seguenti proprietà per configurare la 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 (numero esadecimale di 8 cifre ASCII preceduto da 0x)
3. Inizia il framework per richiedere la password

   Il framework si avvia e rileva che vold.decrypt è impostato su trigger_restart_min_framework. Questo indica al framework che sta avviandosi su un disco /data tmpfs e che deve recuperare la password dell'utente.

   Prima, però, deve assicurarsi che il disco sia stato criptato correttamente. Invia il comando cryptfs cryptocomplete a vold. vold restituisce 0 se la crittografia è stata completata correttamente, -1 in caso di errore interno oppure -2 se la crittografia non è stata completata correttamente. vold lo determina cercando il flag CRYPTO_ENCRYPTION_IN_PROGRESS nei metadati della crittografia. Se impostato, il processo di crittografia è stato interrotto e non utilizzabili sul dispositivo. Se vold restituisce un errore, la UI deve mostrare un messaggio all'utente per riavviare il dispositivo e ripristinare i dati di fabbrica e restituire all'utente un pulsante su cui premere per farlo.

4. Decriptare i dati con password

   Una volta completata la procedura cryptfs cryptocomplete, il framework visualizza un'interfaccia utente che richiede la password del disco. La UI controlla la password invio del comando cryptfs checkpw a vold. Se sia corretta (determinata montando correttamente /data decriptato in una posizione temporanea e poi smontato), vold salva il nome del dispositivo a blocchi decriptato nella proprietà ro.crypto.fs_crypto_blkdev e restituisce lo stato 0 alla UI. Se la password non è corretta, viene restituito -1 all'interfaccia utente.

5. Framework di interruzione

   La UI mostra la grafica di un avvio di crittografia e quindi chiama vold con il comando cryptfs restart. vold imposta la proprietà Da vold.decrypt a trigger_reset_main, il che causa init.rc per fare class_reset main. Tutti i servizi verranno interrotti nella classe main, il che consente di smontare il file tmpfs /data.

6. Monta /data

   vold quindi monta la partizione /data reale decriptata e prepara la nuova partizione (che potrebbe non essere mai stata preparata se è stata criptata con l'opzione di reset, che non è supportata nella prima release). Imposta la proprietà vold.post_fs_data_done su 0 e poi imposta vold.decrypt su trigger_post_fs_data. In questo modo, init.rc eseguirà i suoi comandi post-fs-data. Loro creare le directory o i link necessari e quindi impostare Da vold.post_fs_data_done a 1. Quando vold vede il valore 1 in quella proprietà, imposta la proprietà vold.decrypt su trigger_restart_framework. Questo causa l'avvio di init.rc di nuovo nella classe main e avviano anche servizi nella classe late_start per la prima volta dall'avvio.

7. Avvia il framework completo

   Ora il framework avvia tutti i suoi servizi utilizzando il file system /data decriptato e il sistema è pronto per l'uso.

Errore

Un dispositivo che non riesce a decriptare potrebbe avere dei problemi per diversi motivi. Il dispositivo inizia con la normale serie di passaggi per l'avvio:

1. Rilevare il dispositivo criptato con una password
2. Monta tmpfs
3. Avvia il framework per richiedere la password

Tuttavia, dopo l'apertura del framework, il dispositivo può riscontrare alcuni errori:

• La password corrisponde, ma non può decriptare i dati
• L'utente inserisce la password errata 30 volte

Se questi errori non vengono risolti, chiedi all'utente di eseguire il ripristino dei dati di fabbrica:

Se vold rileva un errore durante il processo di crittografia e se non sono stati ancora distrutti dati e il framework è attivo, vold imposta la proprietà vold.encrypt_progress su error_not_encrypted. La UI richiede all'utente di riavviare e avvisa del processo di crittografia non è mai iniziato. Se l'errore si verifica dopo la rimozione del framework, prima che l'UI della barra di avanzamento sia attiva, vold riavvia il sistema. Se se il riavvio non va a buon fine, imposta vold.encrypt_progress su error_shutting_down e restituisce -1; ma non ci sarà nulla per individuare l'errore. Non è previsto che ciò accada.

Se vold rileva un errore durante la procedura di crittografia, imposta vold.encrypt_progress su error_partially_encrypted e restituisce -1. La UI dovrebbe quindi visualizzare un messaggio che indica che la crittografia non è andato a buon fine e fornisci all'utente un pulsante per ripristinare i dati di fabbrica del dispositivo.

Memorizza la chiave criptata

La chiave criptata viene archiviata nei metadati della crittografia. Il supporto hardware viene implementato utilizzando la funzionalità di firma del Trusted Execution Environment (TEE). In precedenza, criptavamo la chiave principale con una chiave generata applicando scrypt alla password dell'utente e al sale archiviato. Per rendere la chiave resiliente agli attacchi off-box, estendiamo questo algoritmo firmando la chiave risultante con una chiave TEE memorizzata. La firma risultante viene quindi trasformata in un chiave di lunghezza con un'altra applicazione di scrypt. Questa chiave viene poi utilizzata per criptare e decriptare la chiave master. Per memorizzare questa chiave:

1. Genera una chiave di crittografia del disco (DEK) casuale di 16 byte e un valore di salt di 16 byte.
2. Applica scrypt alla password dell'utente e al sale per produrre la chiave intermedia 1 (IK1) di 32 byte.
3. Crea un pad IK1 con zero byte, in base alla dimensione della chiave privata associata all'hardware (HBK). Nello specifico, il padding è: 00 || IK1 || 00..00; un byte zero, 32 byte IK1, 223 zero byte.
4. Firma IK1 con padding con HBK per produrre IK2 di 256 byte.
5. Applicare scrypt a IK2 e sale (stesso sale del punto 2) per produrre IK3 da 32 byte.
6. Utilizza i primi 16 byte di IK3 come KEK e gli ultimi 16 byte come IV.
7. Cripta DEK con AES_CBC, con la chiave KEK e il vettore di inizializzazione IV.

Cambiare la password

Quando un utente sceglie di modificare o rimuovere la propria password nelle impostazioni, la UI invia il comando cryptfs changepw per vold e vold ricripta la chiave master del disco con la nuova password.

Proprietà della crittografia

vold e init comunicano tra loro impostando le proprietà. Di seguito è riportato un elenco delle proprietà disponibili per la crittografia.

Proprietà vold

proprietà init

azioni init

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