Enkripsi disk penuh

Enkripsi disk penuh adalah proses mengenkode semua data pengguna di perangkat Android menggunakan kunci terenkripsi. Setelah perangkat dienkripsi, semua data yang dibuat pengguna akan dienkripsi secara otomatis sebelum di-commit ke disk dan semua pembacaan akan otomatis mendekripsi data sebelum menampilkannya ke proses panggilan.

Enkripsi disk penuh diperkenalkan di Android 4.4, tetapi Android 5.0 memperkenalkan fitur baru berikut:

• Membuat enkripsi cepat, yang hanya mengenkripsi blok yang digunakan pada partisi data untuk menghindari booting pertama yang memakan waktu lama. Saat ini hanya sistem file ext4 dan f2fs yang mendukung enkripsi cepat.
• Menambahkan forceencrypt fstab flag untuk mengenkripsi saat booting pertama.
• Menambahkan dukungan untuk pola dan enkripsi tanpa sandi.
• Menambahkan penyimpanan kunci enkripsi yang didukung hardware menggunakan kemampuan penandatanganan Trusted Execution Environment (TEE) (seperti di TrustZone). Lihat Menyimpan kunci terenkripsi untuk mengetahui detail selengkapnya.

Perhatian: Perangkat yang diupgrade ke Android 5.0 dan kemudian dienkripsi dapat dikembalikan ke status tidak dienkripsi dengan reset data ke setelan pabrik. Perangkat Android 5.0 baru yang dienkripsi saat booting pertama tidak dapat dikembalikan ke status tidak dienkripsi.

Cara kerja enkripsi disk penuh Android

Enkripsi disk penuh Android didasarkan pada dm-crypt, yang merupakan fitur kernel yang berfungsi di lapisan perangkat blok. Oleh karena itu, enkripsi berfungsi dengan Embedded MultiMediaCard (eMMC) dan perangkat flash serupa yang menampilkan dirinya ke kernel sebagai perangkat blok. Enkripsi tidak dapat dilakukan dengan YAFFS, yang berkomunikasi langsung dengan chip flash NAND mentah.

Algoritma enkripsi adalah 128 Advanced Encryption Standard (AES) dengan cipher-block chaining (CBC) dan ESSIV:SHA256. Kunci master dienkripsi dengan AES 128-bit melalui panggilan ke pustaka OpenSSL. Anda harus menggunakan 128 bit atau lebih untuk kunci (dengan 256 bit bersifat opsional).

Catatan: OEM dapat menggunakan 128-bit atau yang lebih tinggi untuk mengenkripsi kunci utama.

Dalam rilis Android 5.0, ada empat jenis status enkripsi:

• default
• PIN
• sandi
• pola

Saat booting pertama, perangkat akan membuat kunci utama 128-bit yang dibuat secara acak, lalu melakukan hashing dengan sandi default dan salt yang disimpan. Sandi defaultnya adalah: "default_password" Namun, hash yang dihasilkan juga ditandatangani melalui TEE (seperti TrustZone), yang menggunakan hash tanda tangan untuk mengenkripsi kunci utama.

Anda dapat menemukan sandi default yang ditentukan dalam file cryptfs.cpp Proyek Open Source Android.

Saat pengguna menyetel PIN/pola atau sandi di perangkat, hanya kunci 128-bit yang dienkripsi ulang dan disimpan. (yaitu, perubahan PIN/sandi/pola pengguna TIDAK menyebabkan enkripsi ulang data pengguna.) Perhatikan bahwa perangkat terkelola mungkin tunduk pada batasan PIN, pola, atau sandi.

Enkripsi dikelola oleh init dan vold. init memanggil vold, dan vold menetapkan properti untuk memicu peristiwa di init. Bagian lain dari sistem juga melihat properti untuk melakukan tugas seperti melaporkan status, meminta sandi, atau meminta reset ke setelan pabrik jika terjadi error fatal. Untuk memanggil fitur enkripsi di vold, sistem menggunakan alat command line vdc’s cryptfs perintah: checkpw, restart, enablecrypto, changepw, cryptocomplete, verifypw, setfield, getfield, mountdefaultencrypted, getpwtype, getpw, dan clearpw.

Untuk mengenkripsi, mendekripsi, atau menghapus total /data, /data tidak boleh di-mount. Namun, untuk menampilkan antarmuka pengguna (UI), framework harus dimulai dan framework memerlukan /data untuk berjalan. Untuk menyelesaikan masalah ini, sistem file sementara dipasang di /data. Hal ini memungkinkan Android meminta sandi, menampilkan progres, atau menyarankan penghapusan data sesuai kebutuhan. Namun, ada batasan bahwa untuk beralih dari sistem file sementara ke sistem file /data yang sebenarnya, sistem harus menghentikan setiap proses dengan file terbuka di sistem file sementara dan memulai ulang proses tersebut di sistem file /data yang sebenarnya. Untuk melakukannya, semua layanan harus berada dalam salah satu dari tiga grup: core, main, dan late_start.

• core: Tidak pernah dimatikan setelah dimulai.
• main: Matikan, lalu mulai ulang setelah sandi disk dimasukkan.
• late_start: Tidak dimulai hingga setelah /data didekripsi dan di-mount.

Untuk memicu tindakan ini, properti vold.decrypt ditetapkan ke berbagai string. Untuk menghentikan dan memulai ulang layanan, perintah init adalah:

• class_reset: Menghentikan layanan, tetapi memungkinkan layanan dimulai ulang dengan class_start.
• class_start: Memulai ulang layanan.
• class_stop: Menghentikan layanan dan menambahkan flag SVC_DISABLED. Layanan yang dihentikan tidak merespons class_start.

Flows

Ada empat alur untuk perangkat terenkripsi. Perangkat dienkripsi hanya sekali dan kemudian mengikuti alur booting normal.

• Enkripsi perangkat yang sebelumnya tidak dienkripsi:
  • Mengenkripsi perangkat baru dengan forceencrypt: Enkripsi wajib saat booting pertama (dimulai di Android L).
  • Enkripsi perangkat yang ada: Enkripsi yang dimulai pengguna (Android K dan yang lebih lama).
• Mulai perangkat terenkripsi:
  • Memulai perangkat terenkripsi tanpa sandi: Mem-boot perangkat terenkripsi yang tidak memiliki sandi yang ditetapkan (relevan untuk perangkat yang menjalankan Android 5.0 dan yang lebih baru).
  • Memulai perangkat terenkripsi dengan sandi: Mem-booting perangkat terenkripsi yang memiliki sandi yang ditetapkan.

Selain alur ini, perangkat juga dapat gagal mengenkripsi /data. Setiap alur dijelaskan secara mendetail di bawah.

Mengenkripsi perangkat baru dengan forceencrypt

Ini adalah booting pertama yang normal untuk perangkat Android 5.0.

1. Mendeteksi sistem file yang tidak dienkripsi dengan tanda forceencrypt

   /data tidak dienkripsi, tetapi harus dienkripsi karena diwajibkan oleh forceencrypt. Lepaskan /data.

2. Mulai mengenkripsi /data

   vold.decrypt = "trigger_encryption" memicu init.rc, yang menyebabkan vold mengenkripsi /data tanpa sandi. (Tidak ada yang ditetapkan karena ini harus berupa perangkat baru.)

3. Mount tmpfs

   vold memasang /data tmpfs (menggunakan opsi tmpfs dari ro.crypto.tmpfs_options) dan menyetel properti vold.encrypt_progress ke 0. vold menyiapkan tmpfs /data untuk mem-boot sistem terenkripsi dan menetapkan properti vold.decrypt ke: trigger_restart_min_framework

4. Menampilkan framework untuk menunjukkan progres

   Karena perangkat hampir tidak memiliki data untuk dienkripsi, status progres tidak akan sering muncul karena enkripsi terjadi dengan sangat cepat. Lihat Mengenkripsi perangkat yang ada untuk mengetahui detail selengkapnya tentang UI progres.

5. Jika /data dienkripsi, hentikan framework

   vold menetapkan vold.decrypt ke trigger_default_encryption yang memulai layanan defaultcrypto. (Ini memulai alur di bawah untuk memasang userdata terenkripsi default.) trigger_default_encryption memeriksa jenis enkripsi untuk melihat apakah /data dienkripsi dengan atau tanpa sandi. Karena perangkat Android 5.0 dienkripsi saat booting pertama, tidak ada sandi yang ditetapkan; oleh karena itu, kita mendekripsi dan memasang /data.

6. Mount /data

   init kemudian memasang /data di RAMDisk tmpfs menggunakan parameter yang diambil dari ro.crypto.tmpfs_options, yang ditetapkan di init.rc.

7. Mulai framework

   vold menetapkan vold.decrypt ke trigger_restart_framework, yang melanjutkan proses booting seperti biasa.

Mengenkripsi perangkat yang sudah ada

Hal ini terjadi saat Anda mengenkripsi perangkat Android K atau yang lebih lama yang belum dienkripsi dan telah dimigrasikan ke L.

Proses ini dimulai oleh pengguna dan disebut sebagai “enkripsi di tempat” dalam kode. Saat pengguna memilih untuk mengenkripsi perangkat, UI akan memastikan baterai terisi penuh dan adaptor AC dicolokkan sehingga ada daya yang cukup untuk menyelesaikan proses enkripsi.

Peringatan: Jika daya perangkat habis dan perangkat mati sebelum selesai mengenkripsi, data file akan berada dalam keadaan terenkripsi sebagian. Perangkat harus direset ke setelan pabrik dan semua data akan hilang.

Untuk mengaktifkan enkripsi di tempat, vold memulai loop untuk membaca setiap sektor perangkat blok sebenarnya, lalu menulisnya ke perangkat blok kripto. vold memeriksa apakah sektor sedang digunakan sebelum membaca dan menulisnya, sehingga mengenkripsi data jauh lebih cepat di perangkat baru yang memiliki sedikit atau tidak ada data.

Status perangkat: Tetapkan ro.crypto.state = "unencrypted" dan jalankan pemicu on nonencrypted init untuk melanjutkan booting.

1. Periksa sandi

   UI memanggil vold dengan perintah cryptfs enablecrypto inplace dengan passwd adalah sandi layar kunci pengguna.

2. Menghapus framework

   vold memeriksa error, menampilkan -1 jika tidak dapat mengenkripsi, dan mencetak alasan dalam log. Jika dapat mengenkripsi, properti vold.decrypt akan ditetapkan ke trigger_shutdown_framework. Hal ini menyebabkan init.rc menghentikan layanan di class late_start dan main.

3. Membuat footer kripto
4. Membuat file breadcrumb
5. Mulai ulang
6. Mendeteksi file breadcrumb
7. Mulai mengenkripsi /data

   vold kemudian menyiapkan pemetaan kripto, yang membuat perangkat blok kripto virtual yang dipetakan ke perangkat blok sebenarnya, tetapi mengenkripsi setiap sektor saat ditulis, dan mendekripsi setiap sektor saat dibaca. vold kemudian membuat dan menulis metadata kripto.

8. Saat mengenkripsi, pasang tmpfs

   vold memasang /data tmpfs (menggunakan opsi tmpfs dari ro.crypto.tmpfs_options) dan menyetel properti vold.encrypt_progress ke 0. vold menyiapkan tmpfs /data untuk booting sistem terenkripsi dan menetapkan properti vold.decrypt ke: trigger_restart_min_framework

9. Menampilkan framework untuk menunjukkan progres

   trigger_restart_min_framework menyebabkan init.rc memulai class layanan main. Saat framework melihat bahwa vold.encrypt_progress ditetapkan ke 0, framework akan menampilkan UI status progres, yang mengkueri properti tersebut setiap lima detik dan memperbarui status progres. Loop enkripsi memperbarui vold.encrypt_progress setiap kali mengenkripsi persentase partisi lainnya.

10. Saat /data dienkripsi, perbarui footer kripto

    Jika /data berhasil dienkripsi, vold akan menghapus flag ENCRYPTION_IN_PROGRESS dalam metadata.

    Saat perangkat berhasil dibuka kuncinya, sandi kemudian digunakan untuk mengenkripsi kunci utama dan footer kripto diperbarui.

    Jika mulai ulang gagal karena alasan tertentu, vold akan menyetel properti vold.encrypt_progress ke error_reboot_failed dan UI akan menampilkan pesan yang meminta pengguna untuk menekan tombol guna memulai ulang. Hal ini tidak diharapkan akan pernah terjadi.

Memulai perangkat terenkripsi dengan enkripsi default

Inilah yang terjadi saat Anda mem-booting perangkat terenkripsi tanpa sandi. Karena perangkat Android 5.0 dienkripsi saat booting pertama, tidak ada setelan sandi, sehingga ini adalah status enkripsi default.

1. Mendeteksi /data terenkripsi tanpa sandi

   Mendeteksi bahwa perangkat Android dienkripsi karena /data tidak dapat dipasang dan salah satu flag encryptable atau forceencrypt disetel.

   vold menetapkan vold.decrypt ke trigger_default_encryption, yang memulai layanan defaultcrypto. trigger_default_encryption memeriksa jenis enkripsi untuk melihat apakah /data dienkripsi dengan atau tanpa sandi.

2. Mendekripsi /data

   Membuat perangkat dm-crypt di atas perangkat blok sehingga perangkat siap digunakan.

3. Pasang /data

   vold kemudian memasang partisi /data asli yang didekripsi lalu menyiapkan partisi baru. Tindakan ini menetapkan properti vold.post_fs_data_done ke 0, lalu menetapkan vold.decrypt ke trigger_post_fs_data. Hal ini menyebabkan init.rc menjalankan perintah post-fs-data-nya. Mereka membuat direktori atau link yang diperlukan, lalu menetapkan vold.post_fs_data_done ke 1.

   Setelah vold melihat 1 di properti tersebut, vold akan menyetel properti vold.decrypt ke: trigger_restart_framework. Hal ini menyebabkan init.rc memulai layanan di class main lagi dan juga memulai layanan di class late_start untuk pertama kalinya sejak booting.

4. Mulai framework

   Sekarang framework mem-boot semua layanannya menggunakan /data yang didekripsi, dan sistem siap digunakan.

Memulai perangkat terenkripsi tanpa enkripsi default

Inilah yang terjadi saat Anda mem-booting perangkat terenkripsi yang memiliki sandi yang ditetapkan. Sandi perangkat dapat berupa pin, pola, atau sandi.

1. Mendeteksi perangkat terenkripsi dengan sandi

   Mendeteksi bahwa perangkat Android dienkripsi karena tanda ro.crypto.state = "encrypted"

   vold menetapkan vold.decrypt ke trigger_restart_min_framework karena /data dienkripsi dengan sandi.

2. Mount tmpfs

   init menetapkan lima properti untuk menyimpan opsi pemasangan awal yang diberikan untuk /data dengan parameter yang diteruskan dari init.rc. vold menggunakan properti ini untuk menyiapkan pemetaan kripto:

   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 (Angka heksadesimal 8 digit ASCII yang diawali dengan 0x)
3. Mulai framework untuk meminta sandi

   Framework dimulai dan melihat bahwa vold.decrypt ditetapkan ke trigger_restart_min_framework. Hal ini memberi tahu framework bahwa framework sedang melakukan booting di disk /data tmpfs dan perlu mendapatkan sandi pengguna.

   Namun, pertama-tama, sistem harus memastikan bahwa disk telah dienkripsi dengan benar. Tindakan ini akan mengirimkan perintah cryptfs cryptocomplete ke vold. vold menampilkan 0 jika enkripsi berhasil diselesaikan, -1 jika terjadi error internal, atau -2 jika enkripsi tidak berhasil diselesaikan. vold menentukannya dengan melihat flag CRYPTO_ENCRYPTION_IN_PROGRESS di metadata kripto. Jika disetel, proses enkripsi terganggu, dan tidak ada data yang dapat digunakan di perangkat. Jika vold menampilkan error, UI harus menampilkan pesan kepada pengguna untuk memulai ulang dan mereset perangkat ke setelan pabrik, serta memberi pengguna tombol untuk ditekan agar dapat melakukannya.

4. Mendekripsi data dengan sandi

   Setelah cryptfs cryptocomplete berhasil, framework akan menampilkan UI yang meminta sandi disk. UI memeriksa sandi dengan mengirim perintah cryptfs checkpw ke vold. Jika sandi benar (yang ditentukan dengan berhasil memasang /data yang didekripsi di lokasi sementara, lalu melepasnya), vold akan menyimpan nama perangkat blok yang didekripsi di properti ro.crypto.fs_crypto_blkdev dan menampilkan status 0 ke UI. Jika sandi salah, nilai -1 akan ditampilkan ke UI.

5. Framework penghentian

   UI menampilkan grafik booting kripto, lalu memanggil vold dengan perintah cryptfs restart. vold menetapkan properti vold.decrypt ke trigger_reset_main, yang menyebabkan init.rc melakukan class_reset main. Hal ini menghentikan semua layanan di class utama, yang memungkinkan /data tmpfs dilepas.

6. Mount /data

   vold kemudian memasang partisi /data asli yang didekripsi dan menyiapkan partisi baru (yang mungkin belum pernah disiapkan jika dienkripsi dengan opsi hapus data, yang tidak didukung pada rilis pertama). Tindakan ini menetapkan properti vold.post_fs_data_done ke 0, lalu menetapkan vold.decrypt ke trigger_post_fs_data. Hal ini menyebabkan init.rc menjalankan perintah post-fs-data-nya. Mereka membuat direktori atau link yang diperlukan, lalu menetapkan vold.post_fs_data_done ke 1. Saat vold melihat 1 di properti tersebut, vold akan menetapkan properti vold.decrypt ke trigger_restart_framework. Hal ini menyebabkan init.rc memulai layanan di class main lagi dan juga memulai layanan di class late_start untuk pertama kalinya sejak booting.

7. Mulai framework lengkap

   Sekarang framework mem-boot semua layanannya menggunakan sistem file /data yang didekripsi, dan sistem siap digunakan.

Gagal

Perangkat yang gagal mendekripsi mungkin bermasalah karena beberapa alasan. Perangkat dimulai dengan serangkaian langkah normal untuk melakukan booting:

1. Mendeteksi perangkat terenkripsi dengan sandi
2. Pasang tmpfs
3. Mulai framework untuk meminta sandi

Namun, setelah framework terbuka, perangkat dapat mengalami beberapa error:

• Sandi cocok, tetapi tidak dapat mendekripsi data
• Pengguna memasukkan sandi yang salah 30 kali

Jika error ini tidak diselesaikan, minta pengguna untuk menghapus data ke setelan pabrik:

Jika vold mendeteksi error selama proses enkripsi, dan jika belum ada data yang dihancurkan dan framework sudah aktif, vold akan menyetel properti vold.encrypt_progress ke error_not_encrypted. UI akan meminta pengguna untuk melakukan reboot dan memberi tahu mereka bahwa proses enkripsi tidak pernah dimulai. Jika error terjadi setelah framework dihentikan, tetapi sebelum UI status progres ditampilkan, vold akan memulai ulang sistem. Jika mulai ulang gagal, vold.encrypt_progress akan disetel ke error_shutting_down dan menampilkan -1; tetapi tidak akan ada apa pun untuk menangkap error. Hal ini tidak diharapkan terjadi.

Jika vold mendeteksi error selama proses enkripsi, vold akan menetapkan vold.encrypt_progress ke error_partially_encrypted dan menampilkan -1. UI kemudian akan menampilkan pesan yang menyatakan bahwa enkripsi gagal dan menyediakan tombol bagi pengguna untuk mereset perangkat ke setelan pabrik.

Menyimpan kunci terenkripsi

Kunci terenkripsi disimpan dalam metadata kripto. Dukungan hardware diimplementasikan dengan menggunakan kemampuan penandatanganan Trusted Execution Environment (TEE). Sebelumnya, kami mengenkripsi kunci utama dengan kunci yang dibuat dengan menerapkan scrypt ke sandi pengguna dan salt yang disimpan. Untuk membuat kunci yang tangguh terhadap serangan di luar kotak, kami memperluas algoritma ini dengan menandatangani kunci yang dihasilkan dengan kunci TEE yang disimpan. Tanda tangan yang dihasilkan kemudian diubah menjadi kunci panjang yang sesuai dengan satu lagi penerapan scrypt. Kunci ini kemudian digunakan untuk mengenkripsi dan mendekripsi kunci utama. Untuk menyimpan kunci ini:

1. Buat kunci enkripsi disk (DEK) 16 byte acak dan salt 16 byte.
2. Terapkan scrypt ke sandi pengguna dan salt untuk menghasilkan kunci perantara 1 (IK1) 32 byte.
3. Isi IK1 dengan byte nol hingga ukuran kunci pribadi terikat hardware (HBK). Secara khusus, kami melakukan padding sebagai: 00 || IK1 || 00..00; satu byte nol, 32 byte IK1, 223 byte nol.
4. Tandatangani IK1 yang di-padding dengan HBK untuk menghasilkan IK2 256 byte.
5. Terapkan scrypt ke IK2 dan salt (salt yang sama seperti langkah 2) untuk menghasilkan IK3 32 byte.
6. Gunakan 16 byte pertama IK3 sebagai KEK dan 16 byte terakhir sebagai IV.
7. Enkripsi DEK dengan AES_CBC, dengan kunci KEK, dan vektor inisialisasi IV.

Mengubah sandi

Saat pengguna memilih untuk mengubah atau menghapus sandi mereka di setelan, UI akan mengirimkan perintah cryptfs changepw ke vold, dan vold akan mengenkripsi ulang kunci master disk dengan sandi baru.

Properti enkripsi

vold dan init saling berkomunikasi dengan menetapkan properti. Berikut daftar properti yang tersedia untuk enkripsi.

Properti Vold

properti init

tindakan 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