Каждый из нас хранит на жестком диске изрядное количество конфиденциальной информации. Для кого-то это всего лишь пароли от различных сетевых сервисов, другие ответственны за хранение важной документации, третьи уже не первый год занимаются разработкой инновационной программы. В любом случае, данные необходимо беречь от посторонних, что в нашем мобильном мире сделать довольно проблематично без использования систем шифрования.
Взглянув на список шифрующего ПО для Linux и проанализировав степень популярности и актуальности каждого из них, мы придем к выводу, что есть только четыре безопасные и поддерживаемые криптосистемы для шифрования жестких дисков и других носителей информации на лету:
WARNING
В целях безопасности индексацию зашифрованных разделов лучше отключить, отредактировав конфигурационный файл /etc/updatedb.conf. Файлы, зашифрованные EncFS, не могут иметь жестких ссылок, так как система шифрования привязывает данные не к inode, а к имени файла.
В данной статье я попытаюсь сравнить производительность различных систем шифрования под linux. В теории, конечно, известно, какая система производительнее, и попытки посчитать производительность разных систем были (). Truecrypt даже содержит встроенный бенчмарк (который показывает, однако, производительность на RAM, его можно использовать разве что для оценки скорости разных алгоритмов шифрования). Я же сделаю несколько другое - измерю скорость файловой системы, зашифрованной разными средствами, в процентном соотношении по сравнению с обычной нешифрованной файловой системой.
Шифровать будем отдельный раздел на отдельном HDD, не содержащий корневую файловую систему, алгоритмом, использующимся по-умолчанию в каждом конкретном случае. Как обычный пользователь, я не разбираюсь в нюансах стандартов шифрования (например, чем отличается хэширование RIPEMD-160 от Whirpool, какой из этих режимов быстрее, какой способствует более высокой защите), поэтому просто положимся на то, что производители каждого программного продукта выбрали достаточно криптостойкие параметры по-умолчанию. Может, это и не совсем корректно, т. к. производительность различных алгоритмов шифрования неодинакова. При желании, конечно можно сменить тип шифрования, но я не уверен, что во всех тестируемых продуктах существует абсолютно идентичный набор алгоритмов. Тестировать будем:
3) eCryptfs - система, по умолчанию предлагаемая пользователям Ubuntu для шифрования домашних каталогов, поэтому и включена в данный тест. Работает поверх уже существующей ФС. Шифрует каждый файл отдельно, поэтому всем видны права, даты изменения, количество зашифрованных файлов; по-умолчанию также видны имена файлов, хотя и существует опция для их шифрования. Самое малофункциональное средство из представленных.
4) EncFS - примерный аналог eCryptfs, но использует FUSE.
Итак, для тестов выделена отдельная машина довольно преклонного возраста в следующей конфигурации: ЦП - Intel Celeron 2000Mhz, ОЗУ - 512 Mb DDR PC2700, системный HDD - WD Caviar SE 5400 RPM 80Gb, тестовый HDD - WD Caviar SE 7200 RPM 80Gb.
ОС - Ubuntu 12.04 LTS, версии всего ПО актуальные для репозиториев этой ОС на момент написания статьи (Truecrypt 7.1a-linux-x86 не из репозиториев).
Тестировать будем дефолтную для большинства дистрибутивов файловую систему ext4. Для тестирования производительности будем использовать утилиту iozone3 и написанный «на коленке» shell-скрипт для измерения процентной разницы в тестах.
Скрипт для подсчёта. Особое внимание чистоте кода не уделялось, единственным критерием при написании было наличие правильного результата.
#!/bin/sh
gendifffile () {
#процедура генерирует файл, который удобно анализировать. Во-первых, обрезаются
#не подлежащие анализу строки; во-вторых, в каждой строке обрезаются первых два числа, обозначающие
#размер файла и размер записи соответственно; в-третьих, весь файл выводится построчно -
#один результат теста на одну строку
cat $1 | while read LINE ; do
echo $LINE| grep "^[[:space:]]*[[:digit:]]" | awk "{for (i=3;i<=NF;i++) {print $i}}"
done >> $2
}
getline () {
#процедура выводит строку номер $2 файла $1
head -n $2 "$1" | tail -n 1
}
compare () {
#процедура сравнивает построчно файлы $1 и $2, вычисляя процентную разницу каждой пары тестов
#затем вычисляется среднее арифметическое значение, на сколько процентов быстрее или медленнее
#файл, содержащий первую группу тестов, файла, содержащего вторую группу
P=0
MAX=0
L1=`cat "$1" | wc -l` #количество тестов в файле
L2=`cat "$2" | wc -l`
if [ $L1 -ne $L2 ]; then #если файлы содержат разное количество тестов, то сравнивать их мы не будем
echo error
return
fi
STEP=$(($L1*5/100))
J=0
for I in `seq 1 $L1`; do
J=$(($J+1))
if [ $J -eq $STEP ]; then
J=0
echo "$((100*$I/$L1))% завершено ($I из $L1)"
fi
A=`getline "$1" $I`
B=`getline "$2" $I`
if [ `echo $A \> $B|bc -l` -eq 1 ]; then
D=`echo "100-($B*100/$A)"|bc -l`
if [ `echo $D \> $MAX| bc -l` -eq "1" ]; then
MAX=$D
sleep 5
fi
else
D=`echo "100-($A*100/$B)"|bc -l`
if [ `echo $D \> $MAX| bc -l` -eq "1" ]; then
MAX=$D
sleep 5
fi
D="-$D" #если значение имеет знак "-", значит, данный тест был выполнен быстрее
#во втором файле, а не в первом
fi
P=`echo "$P+$D"| bc -l`
done
P=`echo $P/$L1| bc -l` #вычислим среднее арифметическое
echo PERCENT=$P MAX_PERCENT=$MAX
}
genaverage () {
#процедура генерации подготовленного к анализу файла, каждой строкой которого является
#среднее арифметическое соответствующих строк всех файлов отчётов, лежащих в анализируемой директории
AVG=`mktemp`
F=`ls "$1"|wc -l` #количество файлов с отчётами в заданной директории
#при условии, что там хранятся только такие файлы и больше ничего другого
#проверять корректность данного допущения мы не будем
if [ ! -d "$1" -o $F -lt 2 ]; then
echo error >/dev/stderr #в этой процедуре будем выводить все сообщения в stderr, т.к.
#stdout подставляется в другую процедуру
rm -f $AVG
exit
fi
TMP=`mktemp`
find "$1" -type f| while read FILE; do #для каждого файла отчёта iozone, лежащего в заданной директории
I=`mktemp` #сгенерируем временный файл, подготовленный для анализа
gendifffile "$FILE" "$I" #имена всех таких файлов запишем в "TMP" построчно
echo "$I">>$TMP
done
L=`cat \`getline "$TMP" 1\`|wc -l`
cat "$TMP"| while read LINE; do #немного проверок не помешает
L1=`cat "$LINE"| wc -l` #все ли файлы содержат одинаковое количество тестов
if [ $L -ne $L1 ]; then
echo error >/dev/stderr
exit
fi
done
STEP=$(($L*5/100))
J=0
for I in `seq 1 $L`; do
J=$(($J+1))
if [ $J -eq $STEP ]; then
J=0
echo "$((100*$I/$L))% завершено ($I из $L)" >/dev/stderr
fi
SUMFILE=`mktemp` #таким образом я получаю значение переменной SUM из вложенного цикла
SUM=0
cat "$TMP"| while read LINE; do
SUM=$((`getline "$LINE" $I`+$SUM))
echo $SUM > "$SUMFILE"
done
echo `tail -n 1 "$SUMFILE"`/$F|bc -l >> $AVG #получаем среднее арифметическое
#и запишем его в соответствующее место
#файла AVG
rm -f "$SUMFILE"
done
cat "$TMP"| while read LINE; do #удалим временныe файлы
rm -f "$LINE"
done
rm -f "$TMP"
echo $AVG
}
printf %b "\\033-chainmode-ivmode[:ivopts]>
Шаг 02: Рассматриваем LUKS
Как мы уже видели на предыдущем шаге, приложение dm-crypt может самостоятельно шифровать / расшифровывать данные. Но у него есть несколько недостатков - если приложением dm-crypt пользоваться непосредственно, то оно не будет создавать на диске метаданные, и это может стать серьезной проблемой в случае, если вы хотите обеспечить совместимость между различными дистрибутивами Linux. Кроме того, приложение dm-crypt не поддерживает использование несколько ключей, тогда как в реальных ситуация очень важно пользоваться несколькими ключами.
Именно по этим причинам на свет появилась методика LUKS (Linux Unified Key Setup — Унифицированная настройка ключей в Linux). LUKS является в Linux стандартом шифрования жестких дисков и стандартизация позволяет обеспечить совместимость различных дистрибутивов. Также поддерживается использование нескольких ключей и парольных фраз. В рамках такой стандартизации к зашифрованным данным добавляется заголовок LUKS и в этом заголовке присутствует вся информация, необходимая для настройки. Когда есть такой заголовок с данными, то пользователи могут легко перейти на любой другой дистрибутив. Сейчас в проекте dm-crypt рекомендуется использовать LUKS в качестве предпочтительного способа настройки шифрования диска. Давайте рассмотрим, как установить утилиту cryptsetup и как ее использовать для создания томов на основе LUKS.
Шаг 03: Установка
Функциональные возможности уровня ядра, которые применяются в dm-crypt, уже есть во всех дистрибутивах Linux; нам нужно к ним только интерфейс. Мы будем пользоваться утилитой cryptsetup, с помощью которой можно создавать тома с использованием dm-crypt, стандарта LUKS, а также старого и доброго приложения TrueCrypt. Для того, чтобы установить cryptsetup на дистрибутивах Debian / Ubuntu, вы можете воспользоваться следующими командами:
$ sudo apt-get update $ sudo apt-get install cryptsetup
Первая команда синхронизирует индексные файлы ракета с содержимым их репозиториев: она получает информацию о последних версиях всех доступных пакетов. Вторая команда загрузит и установит на ваш компьютер пакет cryptsetup. Если вы используете дистрибутив RHEL/Fedora/CentOS, то для установки утилиты cryptsetup вы можете воспользоваться командой yum.
$ yum install cryptsetup-luks
Шаг 04: Создание целевого файла
Теперь, когда утилита cryptsetup успешно установлена, мы должны создать целевой файл, в котором будет храниться контейнер LUKS. Хотя есть много способов создания такого файла, при его создании необходимо выполнить ряд условий:
- Файл не должен состоять из нескольких частей, расположенных в различных местах диска, т. е. для него при создании следует сразу выделить достаточное количество памяти.
- Весь файл нужно заполнить случайными данными с тем, чтобы никто не мог сказать, где будут расположены данные, применяемые при шифровании.
В создании файла, который будет удовлетворять вышеуказанным условиям, нам может помочь команда dd, хотя она и будет работать сравнительно медленно. Просто используйте ее вместе с файлом специального устройства /dev/random, указанным в качестве входных данных, и целевого файла, который должен быть указан в качестве выходных данных. Пример команды выглядит следующим образом:
$ dd if=/dev/random of=/home/nitish/basefile bs=1M count=128
В результате в каталоге /home/nitish будет создан файл с именем basefile, имеющий размер в 128 МБ. Однако, учтите, что на выполнение этой команды может потребоваться достаточно большое время; в системе, которой пользовался наш эксперт, на это потребовался час времени.
Шаг 05: Создаем dm-crypt LUKS
После того, как вы создали целевой файл, в этом файле необходимо создать раздел LUKS. Этот раздел служит в качестве основного слоя, на базе которого строится все шифрование данных. Кроме этого, в заголовке этого раздела (LUKS header) содержится вся информация, требуемая для совместимости с другими устройствами. Чтобы создать раздел LUKS применяется команда cryptsetup:
$ cryptsetup -y luksFormat /home/nitish/basefile
После того, как вы согласитесь с тем, что данные, находящиеся внутри файла basefile, будут безвозвратно удалены, введете парольную фразу, а затем — ее подтверждение, будет создан раздел LUKS. Вы можете проверить это с помощью следующей команды file:
$ file basefile
Обратите внимание, что фраза, которую вы здесь вводите, будет использоваться для расшифровки данных. Очень важно ее запомнить и хранить ее в безопасном месте, поскольку если вы ее забудете, то почти наверняка потеряете все данные, имеющиеся в зашифрованном разделе.
Шаг 06: Создаем и монтируем файловую систему
Контейнер LUKS, который мы создали на предыдущем шаге, теперь доступен в виде файла. В нашем примере, это /home/nitish/basefile. Утилита cryptsetup позволяет открывать контейнер LUKS как независимое устройство. Чтобы сделать это, сначала отобразите файл контейнера на имя устройства, а затем смонтируйте устройство. Команда, осуществляющая отображение, выглядит следующим образом:
После того как вы успешно введете парольную фразы, созданную на предыдущем шаге, контейнер LUKS будет отображен на имя volume1. Фактически происходит открытие файла как локального устройства типа loopback, так что остальная часть системы теперь может обрабатывать файл, как если бы это было реальное устройство.
Шаг 07: Файловая система - продолжение
Файл контейнера LUKS теперь доступен в системе в виде обычного устройства. Прежде, чем мы сможем использовать его для обычных операций, мы должны его отформатировать и создать на нем файловую систему. Вы можете пользоваться любой файловой системой, которая поддерживается в вашей системе. В моем примере, мы использовали ext4, поскольку это самая новая файловая система для систем Linux.
$ mkfs.ext4 -j /dev/mapper/volume1
После того, как устройство будет успешно отформатировано, следующим шагом будет его монтирование. Сначала вы должны создать точку монтирования, предпочтительно в /mnt (исходя из здравого смысла).
$ mkdir /mnt/files
Теперь выполняем монтирование:
Для перекрестной проверки воспользуйтесь командой df –h - вы в конце списка смонтированные устройств увидите устройство "/dev/mapper/volume1". Видно, что заголовок LUKS уже занимает в устройстве уже некоторое место.
Благодаря этому шагу, вы теперь можете использовать устройство LUKS с файловой системой ext4. Просто используйте это устройство для хранения файлов - все, что вы будет записывать на это устройство, будет шифроваться, а все, что вы будете читать с него, будет расшифровано и показано вам.
Шаг 08: Использование шифруемого диска
Мы выполнили несколько шагов для того, чтобы достичь этого результата, и если вам не очень понятно, как все это работает, вы, скорее всего, запутаетесь в том, что нужно сделать только один раз (требуется для установки), и в том, что нужно делать регулярно при использовании шифрования. Давайте рассмотрим следующий сценарий: вы успешно выполнили все описанные выше шаги, а затем выключили компьютер. На следующий день, когда вы запускаете ваш компьютер, вы не в состоянии найти смонтированное устройство - куда оно делось? Чтобы со всем этим разобраться, нужно иметь в виду, что после запуска системы нужно смонтировать контейнер LUKS, а перед остановкой компьютера - размонтировать.
Для того, чтобы получить доступ к файлу LUKS, каждый раз, когда вы включаете компьютер, выполняйте следующие действия, а затем прежде, чем выключить компьютер, безопасно закрывайте файл:
Откройте файл LUKS (т.е. /home/nitish/basefile) и введите пароль. Команда выглядит следующим образом:
$ cryptsetup luksOpen /home/nitish/basefile volume1
После того, как файл будет открыт, смонтируйте его (если он не монтируется автоматически):
$ mount /dev/mapper/volume1 /mnt/files
Теперь вы можете использовать смонтированное устройство как обычный диск и читать с него или записывать на него данные.
После того, как все сделаете, размонтируйте устройство следующим образом:
$ umount /mnt/files
После успешного размонтирования, закройте файл LUKS:
$ cryptsetup luksClose volume1
Шаг 09: Резервное копирование
Большинство потерь данных, хранящихся в контейнере LUKS, связаны с повреждением заголовка LUKS или слотов с ключами. Кроме того, что даже из-за случайной перезаписи в память заголовка могут быть повреждены заголовки LUKS, в реальных условиях также возможен полный выход жесткого диска из строя. Лучший способ защититься от таких проблем — это резервное копирование. Давайте посмотрим, какие доступны варианты резервного копирования.
Чтобы создать резервную копию файла заголовка LUKS, укажите в команде параметр luksHeaderBackup:
$ sudo cryptsetup luksHeaderBackup /home/nitish/basefile --header-backup-file /home/nitish/backupfile
Или, если вы хотите восстановить файл из резервной копии, то укажите в команде параметр luksHeaderRestore:
$ sudo cryptsetup luksHeaderRestore /home/ nitish/basefile --header-backup-file /home/nitish/backupfile
Для проверки файла заголовка LUKS и проверки того, что файл, с которым вы имеете дело, соответствует действительно существующему устройству LUKS, вы можете воспользоваться параметром isLuks.
$ sudo cryptsetup -v isLuks /home/nitish/basefile
Мы уже видели, как делать резервную копию файлов заголовков LUKS, но резервная копия заголовка LUKS на самом деле не защитит от полного отказа диска, так что вам с помощью следующей команды cat необходимо сделать резервную копию всего раздела:
$ cat /home/nitish/basefile > basefile.img
Шаг 10: Различные настройки
Есть несколько других настроек, которые при использовании шифрования dm-crypt LUKS могут оказаться полезными. Давайте их рассмотрим.
Чтобы сделать дамп заголовка LUKS, в команде cryptsetup есть параметр luksDump. Он позволит вам сделать снимок файла заголовка LUKS того устройства, которое вы используете. Пример команды выглядит следующим образом:
$ cryptsetup luksDump /home/nitish/basefile
В начале данной статьи мы упоминали о том, что LUKS поддерживает работу с несколькими ключами. Давайте сейчас это увидим в действии, добавив новый слот ключа (прим.пер.: слот ключа — место под ключ ):
$ cryptsetup luksAddKey --Key-slot 1 /home/nitish/basefile
Эта команда добавляет ключ к слоту ключа с номером 1, но только после того, как вы введете текущий пароль (ключ, присутствующий в слоте ключа 0). Всего есть восемь слотов ключей, и вы можете расшифровывать данные с использованием любого ключа. Если вы после того, как добавили второй ключ, сделаете дамп заголовка, вы увидите, что второй слот ключа занят.
Вы можете удалить слоты с ключами следующим образом:
$ cryptsetup luksRemoveKey /home/nitish/basefile
В результате будет удален слот с ключом с самым большим номером слота. Будьте аккуратны и не удаляйте все слоты, иначе ваши данные будут навсегда потеряны.
Введение
Хранение данных в зашифрованном виде - прекрасный способ защитить информацию, чтобы она не попала к злоумышленнику. Для охраны интеллектуальной собственности, производственных секретов или информации личного характера разрабатываются криптографические системы. Они могут быть выполнены в различных формах, предлагать разные уровни функциональности и содержать любое число опций, чтобы подходить под широкий диапазон операционных оболочек и сред. Сегодня количество современных криптографических методов, алгоритмов и решений гораздо больше, чем раньше. Да и качество разработки намного лучше. Более того, на рынке присутствует немало работоспособных решений на основе открытого кода, что позволяет достигать хорошего уровня защиты, не тратя большие суммы денег.
В декабре 2005 Понемонский институт провёл среди различных специалистов в сфере защиты информации опрос, касающийся шифрования и защиты данных. Среди 6298 опрошенных лишь 4 процента респондентов использовали шифрование в масштабах предприятия. Из этого же опроса выявились три главные причины стойкого противления официальным правилам шифрования:
- 69% опрошенных упоминали проблемы с производительностью;
- 44% опрошенных упоминали сложности с реализацией;
- 25% опрошенных говорили о высокой цене реализации криптографических алгоритмов.
Во многих странах организации подвержены воздействию множества рычагов давления для увеличения "прозрачности" их работы. Но, с другой же стороны, на них лежит установленная законом ответственность за необеспечение сохранности конфиденциальной информации. Так было, в частности, в случае с обувными магазинами корпорации DSW в США).
Федеральная торговая комиссия США выдвинула иск против DSW, в котором было заявлено о необеспечении должного уровня защиты информации и непринятии должных мер для построения адекватных систем ограничения доступа к этим данным, а также о неудовлетворительной защите сетевых соединений между магазинными и офисными компьютерами. В случае с компанией DSW примерно 1,4 миллиона кредитных карт и около 96 тысяч чековых счетов были потенциально доступны преступникам. И прежде чем соглашения между компанией и ФТК были достигнуты, этими счетами уже успели нелегально воспользоваться.
В наше время программные и инженерные решения по шифрованию данных доступны, как никогда. USB-ключ, дешевеющий день ото дня, всё чаще используется вместо смарт-карт. Последние, в свою очередь, тоже нередко можно встретить, ведь большинство ноутбуков содержат считыватель смарт-карт.
Потребители всё чаще начинают задумываться об опасностях, касающихся кражи личной информации, данных о владельце, номеров кредитных карточек. И эти опасения только лишь подогреваются сообщениями о массовых продажах украденной информации подобного рода из учреждений, которым доверены столь ценные данные.
Потребители также начинают осознавать, что важно защищать личную информацию не только в Интернете, но и вне сети. В конце концов, нежелательный доступ к вашим данным не всегда происходит через сеть. Этот вопрос особенно актуален для тех, чьи незащищённые ноутбуки могут попасть либо в руки обслуживающего персонала для изменения конфигурации, либо в сервис на ремонт.
Технические вопросы шифрования
Функции шифрования необходимы всем современным многопользовательским компьютерным системам, где данные, процессы и информация пользователей логически разделяются. Чтобы установить подлинность пользователя в подобной системе, логины и пароли хэшируются и сравниваются с уже имеющимися в системе хэшами (либо хэш используется для расшифровки сеансового ключа, который потом проверяется на валидность). В целях предотвращения несанкционированного просмотра личной информации внутри зашифрованных контейнеров могут храниться отдельные файлы или целые разделы. А сетевые протоколы, например, SSL\TLS и IPSec, позволяют, если это необходимо, усилить криптографическую защиту различных устройств (/dev/random, /dev/urandom и т.д.) с помощью модульных алгоритмов, работающих с ядром операционной системы.
Задача любой технологии шифрования диска состоит в защите от нежелательного доступа к личной информации и в уменьшении урона от потерь интеллектуальной собственности в результате нелегального доступа или кражи физического устройства. Операционная система Linux с версией ядра 2.6.4 представила усовершенствованную криптографическую инфраструктуру, которая просто и надёжно защищает личные данные на многих уровнях программного обеспечения. Существуют как целые стандарты хранения данных в зашифрованном виде на низком уровне, подобно Linux Unified Key Setup (LUKS), так и реализации на пользовательском уровне, например, файловые системы EncFS и CryptoFS, которые, в свою очередь, основаны на Fast Userspace File System (FUSE) под Linux. Конечно же, любая криптографическая система устойчива к взлому настолько, насколько устойчивы её пароли и ключи доступа. Всего существует три основных уровня, на которых применяются технологии шифрования:
- уровень файлов и файловой системы (пофайловое шифрование, контейнер с файлами);
- низкий блочный уровень (контейнер с файловой системой);
- уровень "железа" (специализированные криптографические устройства).
Шифрование на уровне файлов - весьма простой способ, применяющийся обычно для обмена файлами. Шифрование используется от случая к случаю, что удобно для пересылки разумного количества файлов. Для многопользовательских файловых систем возникает проблема управления ключами, поскольку папки и файлы разных пользователей шифруются разными ключами. Конечно, можно использовать один ключ, но тогда мы получаем технологию, напоминающую шифрование диска. Как и всегда, на пользователя ложится ответственность за выбор наиболее надёжного пароля.
Более продвинутые криптографические приложения работают на уровне файловой системы, отслеживая файлы в момент создания, записи или модификации. Этот метод предоставляет лучшую защиту личной информации при любом способе её использования, он хорош и при большом количестве файлов. Кроме того, здесь не нужно заботиться о приложениях, которые не умеют шифровать файлы по отдельности.
Некоторые криптографические технологии бесплатны и включены во многие дистрибутивы. Кстати, последние версии Windows оснащаются специальной файловой системой с поддержкой шифрования Encrypted File System (EFS). Fedora поддерживает ряд опций шифрования, включая LUKS (можно включить поддержку LUKS и под Windows, если использовать файловые системы FAT или FAT32 и приложение FreeOTFE). А в дополнительных пакетах Extras доступны FUSE и EncFS. CryptoFS тоже можно установить, скачав с официального сайта. .
Инфраструктура FUSE состоит из загружаемого модуля ядра и userspace-библиотеки, которая служит основой как для файловой системы CryptoFS, так и для Encrypted file system (EncFS). По своей структуре FUSE не затрагивает исходный код ядра и при этом обеспечивает высокую гибкость для реализации многих интересных дополнений, например, файловой системы с удалённым монтированием Secure Shell file system (SSHFS).
CryptoFS хранит зашифрованные данные в привычной структуре директорий, разделённой на две основных части: текстовая информация (список файлов, папок, архивов) и собственно зашифрованные данные. Повторно смонтировать зашифрованную директорию можно только с помощью ключа. При использовании CryptoFS не нужно специальных привилегий, настройка тоже труда не составляет.
Файловая система EncFS - тоже userspace-реализация на основе библиотека FUSE, обеспечивающая защиту от кражи информации и работающая по принципу пофайлового шифрования. Она унаследовала свою структуру от ранних версий, но с улучшениями как по форме, так и по функциям. Файловая система EncFS может быть динамически расширена, чтобы удовлетворить возрастающим требованиям пользователей. Файлы могут шифроваться по различным параметрам (например, при изменении содержания, по атрибутам и т.д.). По сути, нижележащим хранилищем для EncFS может быть что угодно: от ISO-образа до сетевого раздела или даже распределённой файловой системы.
Обе файловых системы работают по сквозному принципу, и их можно использовать поверх других файловых систем и логических абстракций, например, поверх журнальной или расширенной файловой системы, которая может быть распределена по нескольким физическим носителям посредством менеджера логических разделов (LVM). Следующая иллюстрация схематично показывает, как работает эта файловая система: в данной диаграмме видимая директория обозначена /mount (уровень незашифрованных данных EncFS).
Userspace-оверлей, показывающий взаимодействие FUSE и EncFS.
Под уровнем абстракций файловой системы находятся схемы низкоуровневого (блочного) шифрования, подобные использующейся в LUKS. Схемы такого типа работают только по блокам диска, не обращая внимания на абстракции файловой системы более высоких уровней. Подобные схемы могут быть использованы для файлов подкачки, для различных контейнеров или даже для целых физических носителей, включая полное шифрование корневого раздела.
LUKS работает без точного знания формата файловой системы.
LUKS разработана в соответствии с Trusted Key Setup #1 (TKS1) и совместима с Windows, если использовать какой-либо общий формат файловой системы (FAT/FAT32). Система хорошо подходит для мобильных пользователей, поддерживает выпуск и отзыв ключей Gnu Privacy Guard (GPG) и абсолютно бесплатна. LUKS способна на гораздо большее, чем любая другая описанная в этой статье реализация. Более того, LUKS поддерживает большое число решений для создания и управления устройствами с шифрованием LUKS.
Файловая система CryptoFS принимает только пароль, в то время как носитель, зашифрованный с помощью LUKS, работает с любыми ключами PGP (Pretty Good Privacy) с любым количеством паролей. EncFS также использует пароль для защиты файлов, но он открывает ключ, хранящийся в соответствующем корневом каталоге.
Различия между реализациями на низком и userspace-уровнях лучше всего заметны на практических тестах. На низком уровне данные могут быть "прозрачно" переданы файловой системе, которая управляет операциями записи и чтения гораздо эффективнее.
Тестовая конфигурация
Нашей тестовой платформой стал ноутбук Dell Latitude C610, немного устаревший, но всё же достаточно шустрый представитель технологий образца 2002 года. При питании от аккумулятора C610 снижает частоту процессора до 733 МГц. Поэтому во время тестирования мы не отключали ноутбук от розетки. В следующей таблице приведена конфигурация ноутбука
Результаты тестирования были получены при использовании файловой системы EXT3 под Linux. Возможно, EXT3 в сравнении с другими журнальными файловыми системами не самая производительная. Но эксперименты с тонкой настройкой формата системы, размера блоков, параметров накопителей и т.д. не являются задачами нашего тестирования, поскольку не соответствуют критериями простой настройки и конфигурации. Напомним, что целью статьи было показать, как криптографические решения под Linux позволяют просто, эффективно и дёшево создавать защищённые хранилища данных.
Установка
LUKS, FUSE и EncFS доступны в дистрибутиве Fedora, так что дополнительных усилий прилагать не потребуется. А вот CryptoFS придется скачивать отдельно.
Компиляция CryptoFS из исходного кода достаточно проста. Распакуйте архив, выполните конфигурационный скрипт в конечной директории, затем запустите make, как показано на иллюстрации. Файл конфигурации содержит четыре параметра: код шифрования (encryption cipher), алгоритм профиля сообщения (message digest algorithm), размер блока (block size) и счётчик (encryption salt count).
Процесс установки CryptoFS прост.
Настройка состоит из указания путей начальной и конечной директорий (для зашифрованных и незашифрованных данных). Затем можно запускать команду cryptofs, как показано на следующем рисунке.
Настройка CryptoFS.
Затем можно запускать команду mount, после чего можно будет видеть смонтированный раздел.
Сначала убедитесь в загрузке модуля ядра FUSE (modprobe fuse). EncFS упрощает процесс создания зашифрованного контейнера, как видно на следующей иллюстрации.
Если опустить процесс установки ключей (который специфичен для каждой ситуации), то LUKS можно легко настроить, как показано ниже.
Тесты и анализ производительности
Различия в производительности между "родной" установкой и установкой в среде, зашифрованной LUKS, достаточно незначительны. Особенно с учётом заметной разницы у userspace-решений. Для поочерёдной оценки производительности зашифрованных файловых систем мы использовали Iozone. Для тестов используются записи от 4 кбайт до 16 Мбайт, размер файла меняется от 64 кбайт до 512 Мбайт, а результат указан в кбайт/с.
Заключение
По крайней мере, там, где используется LUKS, о производительности можно не задумываться. Хотя, конечно, некоторая потеря производительности вызвана "прозрачным" шифрованием данных. Систему LUKS легко и просто установить, а использовать её можно как в Linux, так и под Windows.
Корпоративным пользователям наверняка придётся столкнуться с ограничениями, связанными с политикой компании. Часто они запрещают решения на основе открытого исходного кода или запрещают некоторые реализации. Кроме того, иногда приходится учитывать ограничения по импорту/экспорту технологий шифрования, касающиеся стойкости кода, или ИТ-департамент требует телефонной поддержки со стороны поставщика решения, что позволяет забыть о LUKS, EncFS и CryptoFS. В любом случае, LUKS - прекрасное решение, если подобные проблемы вас не беспокоят. Хороший вариант для малого бизнеса или для домашних пользователей.
Но следует помнить, что шифрование данных - это не панацея. Поскольку шифрование выполняется прозрачно, то любая троянская программа, работающая от имени пользователя, может получить доступ к зашифрованным данным.
Мнение редактора
CryptoFS и EncFS - userspace-реализации. Как мы объясняли ранее, они отличаются простотой дизайна и реализации, но за это приходится платить производительностью и возможностями. Особенно это очевидно при сравнении с LUKS. Она не только работает ощутимо быстрее, но также поддерживает один или несколько PGP-ключей и может использоваться на всём разделе.
Userspace-контейнеры важны, в первую очередь, для пользователей, которые желают защитить личную информацию в многопользовательском окружении. И кому нужно защитить свои данные так, чтобы даже администратор не смог получить доступ к аппаратным или программным ресурсам. Кроме преимуществ по производительности и межплатформенной поддержке, LUKS прекрасно интегрируется с GNOME и системами управления PGP-ключами. А лёгкость повседневного использования шифрованных LUKS разделов просто впечатляет. Кстати, EncFS поддерживает Pluggable Authentication Module (PAM) под Linux в соответствующих окружениях.