Enkripsi metadata

Android 7.0 dan yang lebih tinggi mendukung enkripsi berbasis file (FBE). FBE memungkinkan file yang berbeda dienkripsi dengan kunci yang berbeda yang dapat dibuka secara independen. Kunci ini digunakan untuk mengenkripsi konten file dan nama file. Saat FBE digunakan, informasi lain, seperti tata letak direktori, ukuran file, izin, dan waktu pembuatan/modifikasi, tidak dienkripsi. Secara keseluruhan, informasi lain ini dikenal sebagai metadata sistem file.

Android 9 memperkenalkan dukungan untuk enkripsi metadata. Dengan enkripsi metadata, satu kunci yang ada pada waktu booting mengenkripsi konten apa pun yang tidak dienkripsi oleh FBE. Kunci ini dilindungi oleh KeyMint (sebelumnya Keymaster), yang pada gilirannya dilindungi oleh Booting Terverifikasi.

Enkripsi metadata selalu diaktifkan di penyimpanan yang dapat diadaptasi setiap kali FBE diaktifkan. Enkripsi metadata juga dapat diaktifkan di penyimpanan internal. Perangkat yang diluncurkan dengan Android 11 atau yang lebih tinggi harus mengaktifkan enkripsi metadata di penyimpanan internal.

Penerapan di penyimpanan internal

Anda dapat menyiapkan enkripsi metadata di penyimpanan internal perangkat baru dengan menyiapkan sistem file metadata, mengubah urutan init, dan mengaktifkan enkripsi metadata dalam file fstab perangkat.

Prasyarat

Enkripsi metadata hanya dapat disiapkan saat partisi data diformat pertama kali. Oleh karena itu, fitur ini hanya untuk perangkat baru; ini bukan sesuatu yang harus diubah oleh OTA.

Enkripsi metadata mengharuskan modul dm-default-key diaktifkan di kernel Anda. Di Android 11 dan yang lebih tinggi, dm-default-key didukung oleh kernel umum Android, versi 4.14 dan yang lebih tinggi. Versi dm-default-key ini menggunakan framework enkripsi independen hardware dan vendor yang disebut blk-crypto.

Untuk mengaktifkan dm-default-key, gunakan: 

CONFIG_BLK_INLINE_ENCRYPTION=y
CONFIG_FS_ENCRYPTION_INLINE_CRYPT=y
CONFIG_DM_DEFAULT_KEY=y

dm-default-key menggunakan hardware enkripsi inline (hardware yang mengenkripsi/mendekripsi data saat data sedang menuju ke/dari perangkat penyimpanan) jika tersedia. Jika Anda tidak menggunakan hardware enkripsi inline, Anda juga perlu mengaktifkan penggantian ke API kriptografi kernel: 

CONFIG_BLK_INLINE_ENCRYPTION_FALLBACK=y

Jika tidak menggunakan hardware enkripsi inline, Anda juga harus mengaktifkan akselerasi berbasis CPU yang tersedia seperti yang direkomendasikan dalam dokumentasi FBE.

Di Android 10 dan yang lebih rendah, dm-default-key tidak didukung oleh kernel umum Android. Oleh karena itu, vendor yang harus menerapkan dm-default-key.

Menyiapkan sistem file metadata

Karena tidak ada yang dapat dibaca di partisi userdata hingga kunci enkripsi metadata ada, tabel partisi harus menyisihkan partisi terpisah yang disebut partisi metadata untuk menyimpan blob KeyMint yang melindungi kunci ini. Partisi metadata harus berukuran 16 MB.

fstab.hardware harus menyertakan entri untuk sistem file metadata yang ada di partisi tersebut dengan memasangnya di /metadata, termasuk flag formattable untuk memastikan formatnya saat waktu booting. Sistem file f2fs tidak berfungsi pada partisi yang lebih kecil; sebaiknya gunakan ext4. Contoh: 

/dev/block/bootdevice/by-name/metadata              /metadata          ext4        noatime,nosuid,nodev,discard                          wait,check,formattable

Untuk memastikan titik pemasangan /metadata ada, tambahkan baris berikut ke BoardConfig-common.mk: 

BOARD_USES_METADATA_PARTITION := true

Perubahan pada urutan inisialisasi

Saat enkripsi metadata digunakan, vold harus berjalan sebelum /data dipasang. Untuk memastikan bahwa proses dimulai cukup awal, tambahkan stanza berikut ke init.hardware.rc: 

# We need vold early for metadata encryption
on early-fs
    start vold

KeyMint harus berjalan dan siap sebelum init mencoba memasang /data.

init.hardware.rc seharusnya sudah berisi instruksi mount_all yang memasang /data itu sendiri di stanza on late-fs. Sebelum baris ini, tambahkan perintah untuk mengeksekusi layanan wait_for_keymaster: 

on late-fs
   … 
    # Wait for Keymaster
    exec_start wait_for_keymaster

    # Mount RW partitions which need run fsck
    mount_all /vendor/etc/fstab.${ro.boot.hardware.platform} --late

Mengaktifkan enkripsi metadata

Terakhir, tambahkan keydirectory=/metadata/vold/metadata_encryption ke kolom fs_mgr_flags dari entri fstab untuk userdata. Misalnya, baris fstab lengkap mungkin terlihat seperti: 

/dev/block/bootdevice/by-name/userdata              /data              f2fs        noatime,nosuid,nodev,discard,inlinecrypt latemount,wait,check,fileencryption=aes-256-xts:aes-256-cts:inlinecrypt_optimized,keydirectory=/metadata/vold/metadata_encryption,quota,formattable

Secara default, algoritma enkripsi metadata di penyimpanan internal adalah AES-256-XTS. Hal ini dapat diganti dengan menetapkan opsi metadata_encryption, juga di kolom fs_mgr_flags:

  • Di perangkat yang tidak memiliki akselerasi AES, enkripsi Adiantum dapat diaktifkan dengan menyetel metadata_encryption=adiantum.
  • Di perangkat yang mendukung kunci yang di-wrap hardware, kunci enkripsi metadata dapat dibuat di-wrap hardware dengan menetapkan metadata_encryption=aes-256-xts:wrappedkey_v0 (atau metadata_encryption=:wrappedkey_v0 yang setara, karena aes-256-xts adalah algoritma default).

Karena antarmuka kernel ke dm-default-key berubah di Android 11, Anda juga harus memastikan bahwa Anda telah menetapkan nilai yang benar untuk PRODUCT_SHIPPING_API_LEVEL di device.mk. Misalnya, jika perangkat Anda diluncurkan dengan Android 11 (level API 30), device.mk harus berisi: 

PRODUCT_SHIPPING_API_LEVEL := 30

Anda juga dapat menetapkan properti sistem berikut untuk memaksakan penggunaan dm-default-key API baru, terlepas dari level API pengiriman: 

PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += \
    ro.crypto.dm_default_key.options_format.version=2

Validasi

Untuk memverifikasi bahwa enkripsi metadata diaktifkan dan berfungsi dengan benar, jalankan pengujian yang dijelaskan di bawah. Perhatikan juga masalah umum yang dijelaskan di bawah.

Pengujian

Mulai dengan menjalankan perintah berikut untuk memverifikasi bahwa enkripsi metadata diaktifkan di penyimpanan internal: 

adb root
adb shell dmctl table userdata

Output harus serupa dengan:

Targets in the device-mapper table for userdata:
0-4194304: default-key, aes-xts-plain64 - 0 252:2 0 3 allow_discards sector_size:4096 iv_large_sectors

Jika Anda mengganti setelan enkripsi default dengan menyetel opsi metadata_encryption di fstab perangkat, maka outputnya akan sedikit berbeda dari di atas. Misalnya, jika Anda mengaktifkan enkripsi Adiantum, maka kolom ketiga adalah xchacha12,aes-adiantum-plain64, bukan aes-xts-plain64.

Selanjutnya, jalankan vts_kernel_encryption_test untuk memverifikasi kebenaran enkripsi metadata dan FBE: 

atest vts_kernel_encryption_test

atau:

vts-tradefed run vts -m vts_kernel_encryption_test

Masalah umum

Selama panggilan ke mount_all, yang memasang partisi /data yang dienkripsi metadata, init menjalankan alat vdc. Alat vdc terhubung ke vold melalui binder untuk menyiapkan perangkat yang dienkripsi metadatanya dan memasang partisi. Selama durasi panggilan ini, init diblokir, dan upaya untuk membaca atau menetapkan properti init diblokir hingga mount_all selesai. Jika, pada tahap ini, bagian mana pun dari pekerjaan vold diblokir secara langsung atau tidak langsung saat membaca atau menyetel properti, akan terjadi kebuntuan. Penting untuk memastikan bahwa vold dapat menyelesaikan tugas membaca kunci, berinteraksi dengan KeyMint, dan memasang direktori data tanpa berinteraksi lebih lanjut dengan init.

Jika KeyMint belum sepenuhnya dimulai saat mount_all berjalan, KeyMint tidak akan merespons vold hingga KeyMint membaca properti tertentu dari init, sehingga menyebabkan kebuntuan yang dijelaskan. Menempatkan exec_start wait_for_keymaster di atas pemanggilan mount_all yang relevan seperti yang ditetapkan memastikan KeyMint berjalan sepenuhnya terlebih dahulu dan dengan demikian menghindari kebuntuan ini.

Konfigurasi di penyimpanan yang dapat diadaptasi

Sejak Android 9, bentuk enkripsi metadata selalu diaktifkan pada penyimpanan yang dapat diadaptasi setiap kali FBE diaktifkan, meskipun enkripsi metadata tidak diaktifkan pada penyimpanan internal.

Di AOSP, ada dua implementasi enkripsi metadata di penyimpanan yang dapat diadaptasi: yang sudah tidak digunakan lagi berdasarkan dm-crypt, dan yang lebih baru berdasarkan dm-default-key. Untuk memastikan penerapan yang benar dipilih untuk perangkat Anda, pastikan Anda telah menetapkan nilai yang benar untuk PRODUCT_SHIPPING_API_LEVEL di device.mk. Misalnya, jika perangkat Anda diluncurkan dengan Android 11 (level API 30), device.mk harus berisi: 

PRODUCT_SHIPPING_API_LEVEL := 30

Anda juga dapat menetapkan properti sistem berikut untuk memaksakan penggunaan metode enkripsi metadata volume baru (dan versi kebijakan FBE default baru) terlepas dari level API pengiriman: 

PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += \
    ro.crypto.volume.metadata.method=dm-default-key \
    ro.crypto.dm_default_key.options_format.version=2 \
    ro.crypto.volume.options=::v2

Metode saat ini

Pada perangkat yang diluncurkan dengan Android 11 atau yang lebih tinggi, enkripsi metadata pada penyimpanan yang dapat di-adopt menggunakan modul kernel dm-default-key, seperti pada penyimpanan internal. Lihat prasyarat di atas untuk mengetahui opsi konfigurasi kernel yang harus diaktifkan. Perhatikan bahwa hardware enkripsi inline yang berfungsi di penyimpanan internal perangkat mungkin tidak tersedia di penyimpanan yang dapat diadaptasi, sehingga CONFIG_BLK_INLINE_ENCRYPTION_FALLBACK=y mungkin diperlukan.

Secara default, metode enkripsi metadata volume dm-default-key menggunakan algoritma enkripsi AES-256-XTS dengan sektor kripto 4096 byte. Algoritma dapat diganti dengan menyetel properti sistem ro.crypto.volume.metadata.encryption. Nilai properti ini memiliki sintaksis yang sama dengan opsi fstab metadata_encryption yang dijelaskan di atas. Misalnya, pada perangkat yang tidak memiliki akselerasi AES, enkripsi Adiantum dapat diaktifkan dengan menyetel ro.crypto.volume.metadata.encryption=adiantum.

Metode lama

Di perangkat yang diluncurkan dengan Android 10 dan yang lebih rendah, enkripsi metadata di penyimpanan yang dapat di-adopt menggunakan modul kernel dm-crypt, bukan dm-default-key: 

CONFIG_DM_CRYPT=y

Tidak seperti metode dm-default-key, metode dm-crypt menyebabkan konten file dienkripsi dua kali: sekali dengan kunci FBE dan sekali dengan kunci enkripsi metadata. Enkripsi ganda ini mengurangi performa dan tidak diperlukan untuk mencapai tujuan keamanan enkripsi metadata, karena Android memastikan bahwa kunci FBE setidaknya sulit dikompromikan seperti kunci enkripsi metadata. Vendor dapat melakukan penyesuaian kernel untuk menghindari enkripsi ganda, khususnya dengan menerapkan opsi allow_encrypt_override yang diteruskan Android ke dm-crypt saat properti sistem ro.crypto.allow_encrypt_override disetel ke true. Penyesuaian ini tidak didukung oleh kernel umum Android.

Secara default, metode enkripsi metadata volume dm-crypt menggunakan algoritma enkripsi AES-128-CBC dengan ESSIV dan sektor kripto 512 byte. Hal ini dapat diganti dengan menyetel properti sistem berikut (yang juga digunakan untuk FDE):

  • ro.crypto.fde_algorithm memilih algoritma enkripsi metadata. Pilihannya adalah aes-128-cbc dan adiantum. Adiantum hanya dapat digunakan jika perangkat tidak memiliki akselerasi AES.
  • ro.crypto.fde_sector_size memilih ukuran sektor kripto. Pilihannya adalah 512, 1024, 2048, dan 4096. Untuk enkripsi Adiantum, gunakan 4096.