Pełne szyfrowanie dysku

Szyfrowanie całego dysku to proces kodowania wszystkich danych użytkownika na urządzeniu z Androidem za pomocą zaszyfrowany klucz. Po zaszyfrowaniu urządzenia wszystkie dane utworzone przez użytkownika są automatycznie szyfrowane przed zapisaniem na dysku, a wszystkie odczyty automatycznie odszyfrowywane przed przekazaniem do procesu wywołania.

Szyfrowanie całego dysku zostało wprowadzone w Androidzie 4.4, ale w Androidzie 5.0 pojawiły się nowe funkcje:

• Utworzono szybkie szyfrowanie, które szyfruje tylko używane bloki na partycji danych by pierwsze uruchomienie nie zajmowało zbyt dużo czasu. Tylko systemy plików ext4 i f2fs obecnie obsługują szybkie szyfrowanie.
• Dodano: forceencrypt fstab do zaszyfrowania przy pierwszym uruchomieniu.
• Dodano obsługę wzorów i szyfrowania bez hasła.
• Dodano sprzętowe przechowywanie klucza szyfrowania przy użyciu funkcji podpisywania zaufanego środowiska wykonawczego (TEE) (np. w TrustZone). Więcej informacji znajdziesz w sekcji Przechowywanie zaszyfrowanego klucza. .

Uwaga: urządzenia z Androidem 5.0 lub nowszym Zaszyfrowane dane mogą zostać przywrócone do stanu niezaszyfrowanego przez przywrócenie danych fabrycznych. Nowe urządzenia z Androidem 5.0, które zostały zaszyfrowane przy pierwszym uruchomieniu, nie mogą zostać przywrócone do stanu niezaszyfrowanego.

Jak działa pełne szyfrowanie dysku na Androidzie

Szyfrowanie całego dysku w Androidzie opiera się na dm-crypt, czyli funkcji jądra, która działa na poziomie urządzenia blokowego. W związku z tym szyfrowanie działa z kartami Embedded MultiMediaCard (eMMC) i podobnymi urządzeniami flash, które są rozpoznawane przez jądro jako urządzenia blokowe. Szyfrowanie nie jest możliwe w przypadku YAFFS, który komunikuje się bezpośrednio z nieprzetworzonym układem flash NAND.

Algorytm szyfrowania to 128-bitowy Advanced Encryption Standard (AES) z łańcuchem szyfrowania blokowego (CBC) i ESSIV:SHA256. Klucz główny jest szyfrowany za pomocą 128-bitowego AES za pomocą wywołań biblioteki OpenSSL. Klucz musi mieć co najmniej 128 bitów (256 bitów jest opcjonalne).

Uwaga: producenci OEM mogą używać wersji 128-bitowej lub nowszej do szyfrowania klucza głównego.

W Androidzie 5.0 dostępne są 4 rodzaje stanów szyfrowania:

• domyślnie
• Kod PIN
• hasło
• wzór

Podczas pierwszego uruchomienia urządzenie tworzy losowo wygenerowany 128-bitowy klucz główny, a następnie szyfruje go za pomocą domyślnego hasła i zapisanego elementu soli. Domyślne hasło to „default_password”. Jednak wynikowy hasz jest również podpisany przez TEE (np. TrustZone), który do szyfrowania klucza głównego wykorzystuje skrót podpisu.

Domyślne hasło znajdziesz w projekcie Android Open Source cryptfs.cpp .

Gdy użytkownik ustawia kod PIN lub hasło na urządzeniu, tylko 128-bitowy klucz jest ponownie szyfrowany i przechowywany. (np. zmiany kodu PIN/karty/wzoru użytkownika NIE powodują przez ponowne szyfrowanie danych użytkownika). Pamiętaj, że urządzenie zarządzane może podlegać ograniczeniom związanym z kodem PIN, wzorem lub hasłem.

Szyfrowaniem zarządza init i vold. init wywołuje vold, a vold ustawia właściwości, aby wywoływać zdarzenia w init. Inne części systemu przejść do usług, np. zgłaszać stan, prosić o hasła lub komunikatu o przywróceniu ustawień fabrycznych w przypadku błędu krytycznego. Do wywołania funkcji szyfrowania w vold, system używa narzędzia wiersza poleceń Polecenia cryptfs na urządzeniu vdc: checkpw, restart, enablecrypto, changepw, cryptocomplete, verifypw, setfield, getfield, mountdefaultencrypted, getpwtype getpw i clearpw.

Aby szyfrować, odszyfrowywać lub kasować /data, /datanie może być zamontowany. Aby jednak wyświetlić dowolny interfejs użytkownika, platforma musi się uruchomić, a do uruchomienia musi być /data. Do jeśli nie uda się rozwiązać tej zagadki, na dysku /data zostanie podłączony tymczasowy system plików. Dzięki temu Android może wyświetlać prośby o hasła, pokazywać postęp lub sugerować wyczyszczenie danych w razie potrzeby. Wymusza ono jednak ograniczenie, że aby przejść z tymczasowego systemu plików do prawdziwego systemu plików /data, system musi zatrzymać wszystkie procesy z otwartymi plikami w tymczasowym systemie plików i ponownie uruchomić te procesy w rzeczywistym systemie plików /data. W tym celu wszystkie usługi musi należeć do jednej z 3 grup: core, main i late_start

• core: nigdy nie wyłączaj po uruchomieniu.
• main: wyłącz komputer, a następnie uruchom go ponownie po wpisaniu hasła do dysku.
• late_start: rozpoczyna się dopiero po odszyfrowaniu i podłączeniu urządzenia /data.

Aby wywołać te działania, właściwość vold.decrypt jest ustawiona na różne ciągi znaków. Aby wyłączyć i ponownie uruchomić usługi, użyj poleceń init:

• class_reset: zatrzymuje usługę, ale pozwala na jej ponowne uruchomienie za pomocą klasy class_start.
• class_start: uruchamia ponownie usługę.
• class_stop: zatrzymuje usługę i dodaje flagę SVC_DISABLED. Zatrzymane usługi nie odpowiadają na class_start.

Przepływy

W przypadku zaszyfrowanego urządzenia są 4 przepływy. Urządzenie jest szyfrowane tylko raz, a potem przechodzi przez normalny proces uruchamiania.

• Zaszyfruj wcześniej niezaszyfrowane urządzenie:
  • Szyfrowanie nowego urządzenia za pomocą forceencrypt: obowiązkowe szyfrowanie podczas pierwszego uruchamiania (od Androida L).
  • Zaszyfruj istniejące urządzenie: szyfrowanie inicjowane przez użytkownika (Android K i starsze).
• Uruchamianie zaszyfrowanego urządzenia:
  • Uruchamianie zaszyfrowanego urządzenia bez hasła: uruchamianie zaszyfrowanego urządzenia, które nie ma ustawionego hasła (dotyczy urządzeń z Androidem 5.0 i nowszym).
  • Uruchamianie zaszyfrowanego urządzenia przy użyciu hasła: uruchamianie zaszyfrowanego urządzenia, na którym zostało ustawione hasło.

Oprócz tych procesów urządzenie może również nie zaszyfrować /data. Poniżej szczegółowo opisujemy każdy z tych procesów.

Szyfrowanie nowego urządzenia przy użyciu wymuszania szyfrowania

To normalne pierwsze uruchomienie urządzenia z Androidem 5.0.

1. Wykrywanie niezaszyfrowanego systemu plików za pomocą flagi forceencrypt

   Plik /data nie jest zaszyfrowany, ale wymaga tego ustawienia przez system forceencrypt. Odłącz urządzenie /data.

2. Rozpocznij szyfrowanie /data

   vold.decrypt = "trigger_encryption" powoduje init.rc, co powoduje, że vold szyfruje /data bez hasła. (brak ustawienia, ponieważ to nowe urządzenie).

3. Montowanie tmpfs

   vold montuje tmpfs /data (korzystając z opcji tmpfs z ro.crypto.tmpfs_options) i ustawia wartość właściwości vold.encrypt_progress na 0. vold przygotowuje tmpfs /data do uruchamiania zaszyfrowanego systemu i ustawia właściwość vold.decrypt na: trigger_restart_min_framework

4. Otwórz schemat, aby wyświetlić postępy.

   Na urządzeniu nie ma praktycznie danych do zaszyfrowania, więc pasek postępu pojawiają się często, ponieważ szyfrowanie odbywa się bardzo szybko. Więcej informacji o interfejsie postępu znajdziesz w artykule Szyfrowanie istniejącego urządzenia.

5. Kiedy /data jest zaszyfrowany, usuń tę platformę

   vold ustawia vold.decrypt na trigger_default_encryption, co uruchamia usługę defaultcrypto. (spowoduje to rozpoczęcie poniższych czynności dotyczących zamontowania domyślnie zaszyfrowanych danych użytkownika) trigger_default_encryption sprawdza typ szyfrowania, aby sprawdzić, czy /data jest zaszyfrowany z użyciem protokołu hasła. Ponieważ urządzenia z Androidem 5.0 są szyfrowane przy pierwszym uruchomieniu, nie powinno być ustawionego hasła. Dlatego odszyfrowujemy i montujemy /data.

6. Montaż /data

   init podłącza następnie /data na dysku RAM Disk tmpfs za pomocą pobieranych przez niego parametrów z parametru ro.crypto.tmpfs_options, który jest ustawiony w aplikacji init.rc.

7. Uruchom platformę

   vold ustawia vold.decrypt na trigger_restart_framework, co powoduje kontynuowanie normalnego procesu uruchamiania.

Szyfrowanie istniejącego urządzenia

Dzieje się tak, gdy szyfrujesz niezaszyfrowane urządzenie z Androidem K lub starszym, które zostało przeniesione na Androida L.

Ten proces jest inicjowany przez użytkownika i jest nazywany „szyfrowaniem lokalnym”. kod. Gdy użytkownik zaszyfruje urządzenie, interfejs zapewnia bateria jest w pełni naładowana, a ładowarka jest podłączona, by zapewnić wystarczającą aby zakończyć proces szyfrowania.

Ostrzeżenie: jeśli w urządzeniu zostanie wyczerpane zasilanie i wyłączy się, zanim się zakończy danych plików pozostają w stanie częściowo zaszyfrowanego. Urządzenie musi zostać zresetowane do ustawień fabrycznych, a wszystkie dane zostaną usunięte.

Aby włączyć szyfrowanie na miejscu, vold uruchamia pętlę, która odczytuje każdy sektor rzeczywistego urządzenia blokowego, a następnie zapisze go na urządzeniu blokowym szyfrującym. Funkcja vold sprawdza, czy określony sektor przed przeczytaniem i pisaniem. Dzięki temu na nowych urządzeniach, które mają niewiele danych lub nie mają ich wcale.

Stan urządzenia: ustaw ro.crypto.state = "unencrypted". i wykonaj aktywator on nonencrypted init, aby kontynuować uruchamianie.

1. Sprawdź hasło

   Interfejs wywołuje vold z poleceniem cryptfs enablecrypto inplace, gdzie passwd to hasło do ekranu blokady.

2. Wyłączenie zasad

   vold sprawdza błędy, zwraca -1, jeśli nie może zaszyfrować, i drukuje przyczynę w dzienniku. Jeśli może zaszyfrować, ustawia właściwość vold.decrypt na trigger_shutdown_framework. Spowoduje to, że usługa init.rc przestanie obsługiwać klasy late_start i main.

3. Tworzenie stopki krypto
4. Tworzenie pliku ścieżki nawigacyjnej
5. Uruchom ponownie
6. Wykryj plik menu nawigacyjnego
7. Rozpocznij szyfrowanie /data

   vold konfiguruje mapowanie szyfrowania, które tworzy wirtualne urządzenie blokowe szyfrowania, które jest mapowane na rzeczywiste urządzenie blokowe, ale szyfruje każdy sektor podczas zapisu i odszyfrowuje każdy sektor podczas odczytu. vold następnie tworzy i zapisuje nie ma metadanych kryptograficznych.

8. Podczas szyfrowania podłącz tmpfs

   vold montuje tmpfs /data (korzystając z opcji tmpfs z ro.crypto.tmpfs_options) i ustawia wartość właściwości vold.encrypt_progress na 0. vold przygotowuje tmpfs /data do uruchamiania zaszyfrowanego systemu i ustawia właściwość vold.decrypt na: trigger_restart_min_framework

9. Otwórz schemat, aby wyświetlić postępy.

   trigger_restart_min_framework powoduje, że init.rc do uruchomić klasę usług main. Gdy framework wykryje, że wartość parametru vold.encrypt_progress wynosi 0, wyświetla pasek postępu interfejsu użytkownika, który co 5 sekund wysyła zapytanie do tej właściwości i aktualizuje pasek postępu. Pętla szyfrowania aktualizuje się vold.encrypt_progress za każdym razem szyfruje kolejny procent partycji.

10. Gdy kod /data jest zaszyfrowany, zaktualizuj stopkę kryptograficzną

    Gdy /data zostanie zaszyfrowany, vold usuwa flagę ENCRYPTION_IN_PROGRESS w metadanych.

    Gdy urządzenie zostanie odblokowane, hasło zostanie użyte do zaszyfrowania klucza głównego, a stopka kryptograficzna zostanie zaktualizowana.

    Jeśli z jakiegoś powodu restart się nie powiedzie, vold ustawia właściwość vold.encrypt_progress do error_reboot_failed i interfejs powinien wyświetlać komunikat z prośbą o naciśnięcie przycisku i uruchomić go ponownie. Nie powinno do tego dojść.

Uruchamianie zaszyfrowanego urządzenia z domyślnym szyfrowaniem

Dzieje się tak, gdy uruchamiasz zaszyfrowane urządzenie bez hasła. Ponieważ urządzenia z Androidem 5.0 są szyfrowane przy pierwszym uruchomieniu, nie powinno być ustawionego hasła, więc jest to stan domyślnego szyfrowania.

1. Wykrywanie zaszyfrowanych /data bez hasła

   Wykrywa, że urządzenie z Androidem jest zaszyfrowane, ponieważ /data nie można podłączyć, a jedna z flag encryptable lub Ustawienie forceencrypt jest ustawione.

   vold ustawia wartość vold.decrypt na trigger_default_encryption, która rozpoczyna się defaultcrypto. trigger_default_encryptionsprawdza typ szyfrowania, aby sprawdzić, czy /data jest zaszyfrowany z hasłem czy bez.

2. Odszyfruj /data

   Tworzy urządzenie dm-crypt na urządzeniu blokowym, aby było ono gotowe do użycia.

3. Podłączanie /dane

   vold najpierw montuje odszyfrowaną partycję /data, a potem przygotowuje nową partycję. Ustawia właściwość vold.post_fs_data_done na 0, a następnie ustawia vold.decrypt do: trigger_post_fs_data. Powoduje to, że init.rc będzie wykonywać polecenia post-fs-data. Tworzą one niezbędne katalogi lub linki, a potem ustawiają wartość parametru vold.post_fs_data_done na 1.

   Gdy vold zobaczy 1 w tej właściwości, ustawia właściwość vold.decrypt na: trigger_restart_framework.. Spowoduje to ponowne uruchomienie usług w klasie main przez init.rc oraz uruchomienie usług w klasie late_start po raz pierwszy od momentu uruchomienia.

4. Uruchom platformę

   Teraz platforma uruchamia wszystkie usługi przy użyciu odszyfrowanego pliku /data, a system jest gotowy do użycia.

Uruchamianie zaszyfrowanego urządzenia bez domyślnego szyfrowania

Tak się dzieje, gdy uruchamiasz zaszyfrowane urządzenie z ustawionym hasłem. Hasło urządzenia może być kodem PIN, wzorem lub hasłem.

1. Wykrywanie zaszyfrowanego urządzenia za pomocą hasła

   wykryć, że urządzenie z Androidem jest zaszyfrowane, ponieważ ma flagę ro.crypto.state = "encrypted"

   vold ustawia wartość vold.decrypt na trigger_restart_min_framework, ponieważ /data jest zaszyfrowany za pomocą hasła.

2. Montaż tmpfs

   init ustawia 5 właściwości, aby zapisać początkowe opcje podłączenia podana dla parametru /data z parametrami przekazywanymi z init.rc. vold używa tych właściwości do konfigurowania mapowania kryptowalut:

   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 (8-cyfrowy numer szesnastkowy w standardzie ASCII poprzedzony cyfrą 0x)
3. Uruchomienie frameworku, aby wyświetlić prośbę o hasło

   Platforma uruchamia się i widzi, że ustawiona jest vold.decrypt trigger_restart_min_framework Informuje ono framework, że uruchamia się na dysku tmpfs /data i musi pobrać hasło użytkownika.

   Najpierw jednak musi się upewnić, że dysk został prawidłowo zaszyfrowany. it wysyła polecenie cryptfs cryptocomplete do: vold. vold zwraca wartość 0, jeśli szyfrowanie zostało zakończone pomyślnie, -1 w przypadku błędu wewnętrznego lub -2, jeśli szyfrowanie nie zostało zakończone pomyślnie. vold określa sprawdzając metadane kryptograficzne dotyczące CRYPTO_ENCRYPTION_IN_PROGRESS flaga. Jeśli jest ustawiony, oznacza, że proces szyfrowania został przerwany i na urządzeniu nie ma żadnych przydatnych danych. Jeśli vold zwraca błąd, interfejs powinien Wyświetlać komunikat z prośbą o zrestartowanie urządzenia i przywrócenie go do ustawień fabrycznych, a także użytkownik może kliknąć przycisk, który to umożliwia.

4. Odszyfrowywanie danych za pomocą hasła

   Po pomyślnym rozwiązaniu cryptfs cryptocomplete platforma wyświetli interfejs użytkownika z prośbą o podanie hasła do dysku. Interfejs użytkownika sprawdza hasło, wysyłając polecenie cryptfs checkpw do vold. Jeśli hasło jest prawidłowe (co jest określane przez zamontowanie odszyfrowanego /data w tymczasowym miejscu, a następnie odmontowanie), vold zapisuje nazwę odszyfrowanego urządzenia blokującego w właściwości ro.crypto.fs_crypto_blkdev i zwraca stan 0 do interfejsu użytkownika. Jeśli hasło jest nieprawidłowe, zwraca ona -1 do interfejsu użytkownika.

5. Zatrzymaj platformę

   Interfejs wyświetla grafikę rozruchową kryptografii, a następnie wywołuje vold z użyciem tego kodu. polecenie cryptfs restart. vold ustawia właściwość vold.decrypt do trigger_reset_main, co powoduje init.rc, aby wykonać class_reset main. Spowoduje to zatrzymanie wszystkich usług w klasie głównej, co pozwoli na odmontowanie tmpfs /data.

6. Pod górę /data

   vold następnie podłącza odszyfrowaną prawdziwą partycję /data i przygotowuje nową partycję (która mogła nigdy nie być przygotowana, został zaszyfrowany przy użyciu opcji czyszczenia, która na początku nie jest obsługiwana. wersji produkcyjnych). Ustawia właściwość vold.post_fs_data_done na 0, a następnie ustawia wartość vold.decrypt na trigger_post_fs_data. To powoduje init.rc, aby uruchomić polecenia post-fs-data. Ta utwórz potrzebne katalogi lub linki, a następnie vold.post_fs_data_done do 1. Gdy funkcja vold zobaczy wartość 1 w tej właściwości, ustawi właściwość vold.decrypt na trigger_restart_framework. Powoduje to, że uruchamiana jest usługa init.rc usługi w klasie main i rozpocznij usługi w klasie late_start po raz pierwszy od uruchomienia.

7. Rozpocznij pełny framework

   Teraz framework uruchamia wszystkie swoje usługi przy użyciu odszyfrowanego systemu plików /data, a system jest gotowy do użycia.

Błąd

Urządzenie, które nie może odszyfrować danych, może być uszkodzone z kilku powodów. Urządzenie rozpoczyna normalną procedurę uruchamiania:

1. Wykrywaj zaszyfrowane urządzenie za pomocą hasła
2. Góra tmpfs
3. Uruchom framework, aby wyświetlić prompt z prośbą o hasło

Po otwarciu frameworku na urządzeniu mogą wystąpić błędy:

• Hasło jest zgodne, ale nie można odszyfrować danych
• użytkownik 30 razy wpisał nieprawidłowe hasło;

Jeśli te błędy nie zostaną usunięte, poproś użytkownika o przywrócenie ustawień fabrycznych:

Jeśli vold wykryje błąd podczas procesu szyfrowania, a żadne dane nie zostały jeszcze zniszczone i ramka jest aktywna, vold ustawia właściwość vold.encrypt_progress na error_not_encrypted. Interfejs prosi użytkownika o uruchomienie ponownie i ostrzega, że proces szyfrowania nigdy nie został uruchomiony. Jeśli błąd wystąpi po usunięciu frameworka, ale przed wyświetleniem paska postępu w interfejsie użytkownika, vold ponownie uruchomi system. Jeśli nie udało się uruchomić ponownie, ustaw vold.encrypt_progress na error_shutting_down i zwraca -1; ale nie będzie niczego wychwytywania błędu. To nie powinno się zdarzyć.

Jeśli vold wykryje błąd podczas procesu szyfrowania, ustawi vold.encrypt_progress na error_partially_encrypted i zwróci -1. Interfejs użytkownika powinien następnie wyświetlać komunikat informujący o szyfrowaniu nie udało się wykonać testu i udostępnić użytkownikowi przycisk przywracania urządzenia do ustawień fabrycznych.

Przechowywanie zaszyfrowanego klucza

Zaszyfrowany klucz jest przechowywany w metadanych szyfrowania. Obsługa sprzętowa jest implementowana za pomocą funkcji podpisywania zaufanego środowiska wykonawczego (TEE). Wcześniej klucz główny był szyfrowany za pomocą klucza wygenerowanego przez scrypt na podstawie hasła użytkownika i zmagazynowanego parametru soli. Aby klucz był odporny przed takimi atakami, rozszerzamy ten algorytm, podpisując powstały klucz zapisanym kluczem TEE. Uzyskany podpis jest następnie przekształcany w klucz o odpowiedniej długości przez zastosowanie jeszcze raz scrypt. Następnie klucz ten jest używany do szyfrowania i odszyfrowania klucza głównego. Aby zapisać ten klucz:

1. Wygeneruj losowy 16-bajtowy klucz szyfrowania dysku (DEK) i 16-bajtową sól.
2. Zastosuj scrypt do hasła użytkownika i soli, aby uzyskać 32-bajtowy klucz pośredni 1 (IK1).
3. Uzupełnij kod IK1 o 0 bajtów w zakresie rozmiaru powiązanego sprzętowo klucza prywatnego (HBK). W szczególności wypełniamy: 00 || IK1 || 00..00; 1 bajt równy 0, 32 bajty IK1, 223 bajty równe 0.
4. Podpisz wypełniony IK1 za pomocą HBK, aby uzyskać IK2 o długości 256 bajtów.
5. Zastosuj szyfrowanie IK2 i sól (taką samą jak w kroku 2), aby uzyskać 32-bajtowy kod IK3.
6. Użyj pierwszych 16 bajtów IK3 jako klucza KEK, a ostatnich 16 bajtów jako IV.
7. Szyfrowanie DEK przy użyciu AES_CBC z kluczem KEK i wektorem inicjującym IV.

Zmień hasło

Gdy użytkownik zmieni lub usunie hasło w ustawieniach, interfejs wyśle do polecenie cryptfs changepw do vold, vold ponownie szyfruje główny klucz dysku nowym hasłem.

Właściwości szyfrowania

vold i init komunikują się ze sobą, ustawiając właściwości. Oto lista dostępnych właściwości do szyfrowania.

Właściwości Vold

Właściwości init

init actions

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