Crittografia completa del disco

La crittografia completa del disco è il processo di codifica di tutti i dati utente su un dispositivo Android utilizzando un chiave criptata. Una volta che un dispositivo è criptato, tutti i dati creati dagli utenti vengono con crittografia automatica prima di eseguirne il commit su disco e di tutte le letture decriptare 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 la crittografia rapida, che cripta solo i blocchi utilizzati nella partizione dei dati per evitare che il primo avvio richieda molto tempo. Al momento, solo i file system ext4 e f2fs supportano la crittografia rapida.
• È stato aggiunto forceencrypt fstab per eseguire la crittografia al primo avvio.
• È stato aggiunto il supporto per le sequenze e la crittografia senza password.
• È stata aggiunta la memorizzazione basata su hardware della chiave di crittografia utilizzando la funzionalità di firma del Trusted Execution Environment (TEE), ad esempio in una 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. I nuovi dispositivi Android 5.0 criptati al primo avvio non possono essere ripristinati a uno stato non criptato.

Come funziona la crittografia completa del disco di Android

La crittografia dell'intero disco di Android si basa su dm-crypt, che è un kernel che funziona a livello di dispositivi a blocchi. A causa di questa funzionalità, la crittografia funziona con Embedded MultiMediaCard (eMMC) e dispositivi Flash simili che si presentano al kernel come blocchi dispositivi mobili. La crittografia non è possibile con YAFFS, che comunica direttamente con un chip flash NAND non elaborato.

L'algoritmo di crittografia è Advanced Encryption Standard (AES) a 128 bit con chaining di blocchi di crittografia (CBC) ed ESSIV:SHA256. La chiave master è criptata con AES a 128 bit tramite chiamate alla libreria OpenSSL. Devi utilizzare almeno 128 bit per la chiave (256 sono facoltativi).

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 di 128 bit generata in modo casuale, quindi la sottopone ad hashing con una password predefinita e un valore salt 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 progetto open source Android cryptfs.cpp .

Quando l'utente imposta il PIN/pass o la password sul dispositivo, solo la chiave a 128 bit viene ricriptata e archiviata. (ad esempio, le modifiche a PIN/pass/pattern dell'utente NON causano nuova crittografia dei dati utente.) Tieni presente che il dispositivo gestito potrebbe essere soggetto a limitazioni di 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 le funzionalità di crittografia in vold, il sistema utilizza i comandi cryptfs dello strumento a riga di comando 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 l'avanzamento o suggerire un reset dei dati, se necessario. ma pone il limite che, per passare dalla file system temporaneo al file system /data vero, il sistema deve interrompi ogni processo con file aperti sul file system temporaneo e riavviali processi sul file system /data reale. Per farlo, tutti i servizi deve far parte di uno di tre gruppi: core, main e late_start.

• core: non spegnere mai dopo l'avvio.
• main: dopo aver inserito la password del disco, arresta e riavvia il sistema.
• late_start: non si avvia finché /data non è 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 consente il riavvio con class_start.
• class_start: riavvia un servizio.
• class_stop: interrompe un servizio e aggiunge un flag SVC_DISABLED. I servizi interrotti non rispondono a class_start.

Flussi

Esistono quattro flussi per un dispositivo criptato. Un dispositivo viene criptato una sola volta e poi segue 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).
  • Crittografare un dispositivo esistente: crittografia avviata dall'utente (Android K e versioni precedenti).
• Avvia un dispositivo criptato:
  • Avvio di un dispositivo criptato senza password: avvio di un dispositivo criptato per il quale non è stata impostata una password (rilevante 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 spiegato 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 flag forceencrypt

   /data non è criptato, ma deve esserlo perché è richiesto da forceencrypt. 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. Montaggio tmpfs

   vold monta un tmpfs /data (utilizzando le opzioni tmpfs da 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 la proprietà vold.decrypt su: 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. Consulta Cripta un dispositivo esistente per ulteriori informazioni i dettagli dell'interfaccia utente di avanzamento.

5. Quando /data è criptato, rimuovi il framework

   vold imposta vold.decrypt su trigger_default_encryption che avvia la Servizio defaultcrypto. (Questo avvia il flusso di seguito per il montaggio di un dati utente criptati predefiniti). trigger_default_encryption controlla tipo di crittografia per vedere se /data è criptato con o senza un password. Poiché i dispositivi Android 5.0 sono criptati al primo avvio, non dovrebbe essere impostata alcuna password. Pertanto, decrittografiamo e montiamo /data.

6. Monta /data

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

7. Framework di avvio

   vold imposta vold.decrypt su trigger_restart_framework, che continua con il solito avvio e il processo di sviluppo.

Criptare un dispositivo esistente

Questo accade quando esegui la crittografia di un dispositivo Android K o precedente non criptato 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 del termine della crittografia, i dati dei file rimangono in uno stato di crittografia parziale. Il dispositivo deve ripristinare i dati di fabbrica e perdere tutti i dati.

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. Verifica 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 il framework

   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 su trigger_shutdown_framework. Questo fa sì che init.rc interrompi 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. Mostrare il framework per mostrare l'avanzamento

   trigger_restart_min_framework induce 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 delle criptovalute

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

    Una volta sbloccato il dispositivo, la password viene utilizzata per criptare la chiave principale e il piè di pagina della 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 succede quando avvii un dispositivo criptato senza password. Poiché i dispositivi Android 5.0 sono criptati al primo avvio, non dovrebbe essere impostata alcuna password, pertanto questo è lo stato di crittografia predefinita.

1. Rileva /data criptato senza password

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

   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 a blocchi in modo che il dispositivo pronto per l'uso.

3. Montaggio /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. In questo modo, init.rc esegue i suoi comandi post-fs-data. Creano le directory o i link necessari e impostano vold.post_fs_data_done su 1.

   Quando vold vede il numero 1 in quella proprietà, imposta la proprietà vold.decrypt a: trigger_restart_framework. Questo causa l'avvio di servizi da parte di init.rc nella classe main e avviare anche servizi nella classe late_start per il primo tempo dall'avvio.

4. Framework iniziale

   Ora il framework avvia tutti i servizi utilizzando l'oggetto /data decriptato, e il sistema è pronto per essere utilizzato.

Avviare un dispositivo criptato senza crittografia predefinita

Questo accade quando avvii un dispositivo criptato con una password impostata. La password del dispositivo può essere un PIN, una sequenza o una password.

1. Rilevare i dispositivi criptati 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 queste proprietà per configurare la mappatura della crittografia:

   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. Avvia il framework per richiedere la password

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

   Prima, però, deve assicurarsi che il disco sia 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 o -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, l'interfaccia utente deve mostrare un messaggio all'utente per riavviare e ripristinare i dati di fabbrica del dispositivo e fornire un pulsante da premere per farlo.

4. Decriptare i dati con password

   Una volta ottenuta l'approvazione di cryptfs cryptocomplete, il framework mostra una UI che richiede la password del disco. L'interfaccia utente controlla la password inviando il 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 vold.decrypt su trigger_reset_main, il che fa eseguire init.rc l'operazione class_reset main. In questo modo vengono interrotti tutti i servizi nella classe principale, il che consente di smontare il file system 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. Questi agenti creano le eventuali directory o i link necessari e poi impostano vold.post_fs_data_done su 1. Quando vold vede il numero 1 in questa 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. Inizia il framework completo

   Ora il framework avvia tutti i servizi utilizzando il file /data decriptato ed è pronto per l'uso.

Errore

Un dispositivo che non riesce a decriptare potrebbe risultare errato 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 è possibile 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 nessun dato è stato ancora eliminato e il framework è attivo, vold imposta vold.encrypt_progress a error_not_encrypted della proprietà. L'interfaccia utente chiede all'utente di riavviare il dispositivo e lo avvisa che la procedura di crittografia non è mai stata avviata. 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 il riavvio non va a buon fine, vold.encrypt_progress viene impostato su error_shutting_down e viene restituito -1, ma non verrà rilevato alcun errore. Non è previsto che ciò accada.

Se vold rileva un errore durante il processo di crittografia, imposta Da vold.encrypt_progress a error_partially_encrypted e restituisce -1. L'interfaccia utente dovrebbe quindi mostrare un messaggio che indica che la crittografia non è riuscita e fornire un pulsante per consentire all'utente di ripristinare i dati di fabbrica del dispositivo.

Archivia 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 contro gli attacchi esterni, estendiamo questo algoritmo firmando la chiave risultante con una chiave TEE memorizzata. La firma risultante viene poi trasformata in una chiave di lunghezza appropriata 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. Inserisci zero byte in IK1 per ottenere le dimensioni della chiave privata legata all'hardware (HBK). Nello specifico, il padding è: 00 || IK1 || 00..00; un byte zero, 32 byte IK1, 223 zero byte.
4. Firma l'IK1 con padding con HBK per produrre un IK2 di 256 byte.
5. Applicare scrypt a IK2 e sale (stesso sale del passaggio 2) per produrre IK3 da 32 byte.
6. Usa i primi 16 byte di IK3 come KEK e gli ultimi 16 byte come IV.
7. Cripta la DEK con AES_CBC, con la chiave KEK e il vettore di inizializzazione IV.

Cambiare la password

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

Proprietà della crittografia

vold e init comunicano tra loro tramite dell'impostazione delle proprietà. Ecco 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