dm-crypt/デバイスの暗号化

このセクションではコマンドラインから dm-crypt を利用して手動でシステムを暗号化する方法を説明しています。

準備

cryptsetup を使用する前に、dm_crypt カーネルモジュールがロードされていることを確認してください。

Cryptsetup の使用方法

Cryptsetup は暗号化デバイスを作成・管理する dm-crypt を使うためのコマンドラインツールです。後に Linux カーネルの device-mapper と cryptographic モジュールを使用する別の暗号化もサポートするように拡張されました。最も著しい拡張は Linux Unified Key Setup (LUKS) の拡張で、dm-crypt をセットアップするのに必要な情報を全てディスク自体に保存してパーティションとキーの管理を抽象化することで使いやすさを増しています。device-mapper によってアクセスされるデバイスはブロックデバイスと呼ばれます。詳しくはディスク暗号化#ブロックデバイスの暗号化を見て下さい。

ツールは以下のように使います:

# cryptsetup action options device dmname

オプションや暗号化モードにはデフォルト値が存在し、コマンドラインで何も指定しなかった場合はデフォルト値が使われます。オプションや暗号化モードのデフォルトパラメータを確認するには以下のコマンドを実行:

$ cryptsetup --help 

オプションの完全なリストは man ページで確認できます。暗号化モードやアクションによって必要なパラメータは変わるため、以下のセクションでは違いについて説明しています。ブロックデバイス暗号化は高速ですが、速度は非常に重要な問題です。ブロックデバイスの暗号を設定後に変更することは難しいため、それぞれのパラメータについて dm-crypt のパフォーマンスをチェックすると良いでしょう:

$ cryptsetup benchmark 

上記のコマンドはインストールするときにアルゴリズムや鍵長を決める手がかりになります。特定の AES 暗号が非常に高速に処理される場合、おそらくその暗号は CPU によるハードウェア支援の恩恵に与かっています。

ヒント: テストしたいときは仮想マシンの仮想ハードドライブで練習すると良いでしょう。

Cryptsetup のパスフレーズとキー

暗号化されたブロックデバイスはキーによって保護されます。キーは以下のいずれかです:

• パスフレーズ、セキュリティ#パスワードを見て下さい。
• キーファイル、#キーファイル を見て下さい。

どちらのタイプのキーも最大サイズが決められています: パスフレーズは512文字まで、キーファイルは 8192kB までです。

LUKS の重要な特徴として、キーは LUKS によって暗号化されたデバイスのマスターキーを解除するのに使われ、root 権限で変えることができるということです。他の暗号化モードでは設定後にキーを変更することはできません。暗号化にマスターキーを使わないためです。詳しくはディスク暗号化#ブロックデバイスの暗号化を見て下さい。

dm-crypt の暗号化オプション

Cryptsetup は dm-crypt で使用できる様々な暗号化モードをサポートしています。

• --type luks - LUKS フォーマットのデフォルトバージョン (cryptsetup < 2.1.0 ではLUKS1、cryptsetup ≥ 2.1.0 では LUKS2) を使用。
• --type luks1 - LUKS の古いバージョンである LUKS1 を使用。
• --type luks2 - LUKS に追加の拡張が導入された現在のバージョンである LUKS2 を使用。
  • --hw-opal-only - TCG OPAL 標準をサポートするドライブでハードウェアベースの暗号化を使用。自己暗号化ドライブや cryptsetup(8) § SED (SELF ENCRYPTING DRIVE) OPAL EXTENSION も参照して下さい。
  • --hw-opal - OPAL によるハードウェア暗号化と dm-crypt によるソフトウェア暗号化の両方を使用。
• --type plain - dm-crypt plain モードを使用。
• --type loopaes - loopaes legacy モードを使用。
• --type tcrypt - Truecrypt 互換モードを使用。
• --type bitlk - BitLocker 互換モードを使用。 cryptsetup(8) § BITLK (WINDOWS BITLOCKER COMPATIBLE) EXTENSION も参照して下さい。

暗号やハッシュの基本的な暗号化オプションは全てのモードで使うことができ、カーネルの暗号化バックエンド機能を利用します。使用できるオプションは以下のコマンドで確認できます:

$ less /proc/crypto 

ヒント: リストが短い場合、cryptsetup benchmark を実行すればモジュールのロードが行われます。

以下では LUKS モードと plain モードの暗号化オプションを紹介します。記事の中で例として使っているオプションを並べていますが、利用できるオプションの全てではないので注意してください。

LUKS モードの暗号化オプション

LUKS 暗号化モードで新しい dm-crypt デバイスをセットアップする cryptsetup のアクションは luksFormat です。名前にはフォーマットとありますが、実際にはデバイスをフォーマットするのではなく、LUKS デバイスヘッダーを設定して指定された暗号オプションを使ってマスター鍵を暗号化します。

デフォルトパラメータ (cryptsetup --helpで確認できます) で新しい LUKS デバイスを作成する場合、単に以下のコマンドを実行します:

# cryptsetup luksFormat device

cryptsetup 2.4.0 の場合、これは以下と同等です:

# cryptsetup luksFormat --type luks2 --cipher aes-xts-plain64 --hash sha256 --iter-time 2000 --key-size 256 --pbkdf argon2id --use-urandom --verify-passphrase device

以下の表でデフォルト値とサンプルにコメントを付けて説明しています:

オプション	Cryptsetup 2.1.0 のデフォルト	例	コメント
--cipher, -c	aes-xts-plain64	aes-xts-plain64	バージョン 1.6.0からデフォルトが AES 暗号と XTS を使用するよう変わりました (FAQ の 5.16 も参照)。以前のデフォルトである --cipher aes-cbc-essiv は、既知の問題があり、実際の攻撃も存在するため、使用しないことをお勧めします。
--key-size, -s	256 (XTSでは 512)	512	XTS モードの暗号では 512 ビットがデフォルトです。XTS はキーを半分に割るので、これは AES-256 が使われることを意味します。
--hash, -h	sha256	sha512	鍵導出 で使用されるハッシュアルゴリズム。リリース 1.7.0 でデフォルト設定が sha1 から sha256 に変更されました。セキュリティ上の理由ではなく SHA1 が使用できないシステムでも動作するようにするためです [1]。sha1 でも十分セキュアであるため古いバージョンの cryptsetup と互換性を維持する目的で使用できます [2]。
--iter-time, -i	2000	5000	PBKDF2 パスフレーズを処理するのに費やす時間 (ミリ秒単位)。"PBKDF2 の反復回数を高く保持したままユーザーが許容できる数値にするため"、リリース 1.7.0 からデフォルト値が 1000 から 2000 に変更されています [3]。luksFormat や luksAddKey などパスフレーズを設定・変更する LUKS 操作のみに関連するオプションです。パラメータとして 0 を指定するとコンパイル時のデフォルトが選択されます。
--use-{u,}random	--use-urandom	--use-random	乱数生成器の選択。現在は /dev/random と /dev/urandom は等価なので、 --use-random と --use-urandom も等価です。
--verify-passphrase, -y	Yes	-	luksFormat と luksAddKey で使われます。Arch Linux ではデフォルトで有効です。
--sector-size	512 または 4096 (デバイスに依存)	4096	ディスク暗号化で使われるセクタサイズを設定します。デフォルトは、4Kn や 512e のブロックデバイスでは 4096 で、512n のブロックデバイスでは 512 です。最近のストレージデバイスのほとんどでは、セクタサイズを 512 バイトから 4096 バイトにすることでパフォーマンスが向上します。アドバンスドフォーマット#dm-cryptを見て下さい。

LUKS の機能やオプションについては LUKS1 の仕様や LUKS2の仕様 で説明されています。

ヒント: 開発者によるプレゼンテーション devconfcz2016 (pdf) では、LUKS2 での主な仕様変更の背景がまとめられています。cryptsetup のメジャーバージョンであるバージョン 2 のリリースノートも見て下さい。

イテレーション時間

cryptsetup FAQ§2.1 と §3.4から:

鍵スロットを解除するのにかかる時間は[...]パスフレーズを設定した時に決まります。デフォルトでは1秒 (LUKS2 では2秒) です。[...]

パスフレーズをイテレーションする回数は時間によって決まり、したがってセキュリティレベルは LUKS コンテナを作成したマシンの CPU の能力に依存します。[...]

もし高速なマシンでパスフレーズを設定し、低速なマシンでそれを解除した場合、解除にかかる時間は長くなります。

このことから、コンテナを作成する際は、そのコンテナに最も頻繁にアクセスすることになるマシンの上で作成するのが良いでしょう。

イテレーション回数を正しく調節する方法については、上の記事の残りの部分を読んで下さい。

plain モードの暗号化オプション

dm-crypt の plain モードでは、デバイスのマスター鍵が存在せず、セットアップも必要ありません。代わりに、直接暗号化オプションを使用して暗号ディスクと名前付きデバイスのマッピングを作成します。パーティションやデバイス全体に対してマッピングを作成できます。後者の場合、パーティションテーブルも不要です。

cryptsetup のデフォルトパラメータを使って plain のマッピングを作成するには:

# cryptsetup open --type plain options device dmname

実行するとパスワードを求められます。非常に高いエントロピーのパスワードが必要です。デフォルトではありませんが、 --verify-passphrase オプションを使えます。

一般論として、作成時の暗号化オプションは精確に記録しておくと良いでしょう。暗号化されたデバイス上にはオプションの内容は記録されていませんし、デフォルトのオプションは変わる可能性があります。

以下は Dm-crypt/システム全体の暗号化#Plain dm-crypt の例とデフォルトパラメータの比較表です。

オプション	Cryptsetup (2.7.0) のデフォルト	例	コメント
--hash, -h	sha256	-	パスフレーズからキーを作成するのに使用するハッシュ。キーファイルを用いる場合は使われない。
--cipher, -c	aes-xts-plain64	aes-xts-plain64	暗号は3つの文字列からなります: cipher-chainmode-IV generator。ディスク暗号化#暗号と利用形態や DMCrypt のドキュメント を見てください。
--key-size, -s	256	512	キーサイズ (ビット数)。サイズは使用する暗号や使用するチェインモードによって変わります。XTS モードは CBC モードの2倍のキーサイズを必要とします。
--size, -b	対象ディスクの実際のサイズ	- (デフォルト)	512バイト単位のセクタ数。デバイスの最大サイズ以下。
--offset, -o	0	0	マッピングを開始するディスクの先頭からのオフセット。512バイト単位のセクタ数。
--skip, -p	0	2048 (512B×2048=1MiB をスキップ)	初期ベクトル (IV) を計算する際にスキップする暗号化されたデータのサイズ。512バイト単位のセクタ数。
--key-file, -d	デフォルトではパスフレーズを使用	/dev/sdZ (もしくは /boot/keyfile.enc)	キーとして使用するデバイスまたはファイル。詳しくは #キーファイル を参照。
--keyfile-offset	0	0	キーファイルの先頭からのオフセット (バイト数)。cryptsetup 1.6.7 以上でサポートされているオプション。
--keyfile-size, -l	8192kB	- (デフォルト)	キーファイルから読み込まれるバイト数を制限。cryptsetup 1.6.7 以上でサポートされているオプション。
--sector-size, -l	512	4096	ディスク暗号化の際に使われるセクタサイズ。4Kn のブロックデバイス以外では、 512 がデフォルト。最近のストレージデバイスのほとんどでは、セクタサイズを 512 バイトから 4096 バイトにすることでパフォーマンスが向上します。アドバンスドフォーマット#dm-cryptを見て下さい。

/dev/sdX デバイスで、上記の例を使用する場合:

# cryptsetup open --type plain --cipher=aes-xts-plain64 --offset=0 --skip=2048 --key-file=/dev/sdZ --key-size=512 --sector-size 4096 /dev/sdX enc

警告: LUKS による暗号化と違って、上記のコマンドはマッピングを再現するために毎回 全て 指定する必要があります。暗号やハッシュ、キーファイルについて覚えておく必要があります。cryptsetup のデフォルトはバージョンによって変わるので、デフォルトに頼らないで下さい。

マッピングが作成されたことは以下のコマンドで確認できます:

# fdisk -l

/dev/mapper/enc のエントリが存在しているはずです。

cryptsetup でデバイスを暗号化

以下のセクションでは新しい暗号化ブロックデバイスを作成するオプションと手動のアクセス方法を説明します。

警告: GRUB の LUKS2 サポートは限られています。GRUB#暗号化された /boot を見て下さい。GRUB が解錠する必要のあるパーティションには、LUKS2 を PBKDF2 で使用 (cryptsetup luksFormat --pbkdf pbkdf2)して下さい。

LUKS モードでデバイスを暗号化

LUKS パーティションのフォーマット

暗号化 LUKS パーティションとして設定するには次を実行:

# cryptsetup luksFormat device

上記のコマンドを実行するとパスワードの入力が要求されます。

コマンドラインオプションは #LUKS モードの暗号化オプションを参照。

結果は次のコマンドで確認できます:

# cryptsetup luksDump device

ダンプでは暗号のヘッダー情報だけでなく、LUKS パーティションで使われるキースロットもわかります。

以下の例はデフォルトの AES 暗号を使って256ビットの XTS モードで /dev/sda1 に暗号化したルートパーティションを作成します:

# cryptsetup luksFormat -s 512 /dev/sda1

LUKS を使ってキーファイルでパーティションをフォーマット

LUKS による暗号化パーティションを新しく作成する場合、以下のように作成するときにパーティションにキーファイルを関連付けることができます:

# cryptsetup luksFormat device /path/to/mykeyfile

キーファイルを作成・管理する方法は #キーファイル を見て下さい。

デバイスマッパーで LUKS パーティションのロックを解除・マップ

LUKS パーティションを作成したら、解錠することができます。

解錠ではデバイスマッパーによってパーティションが新しいデバイス名にマッピングされます。カーネルは device が暗号化デバイスであり暗号化データを上書きしないように /dev/mapper/dm_name を使って LUKS 経由で解決する必要があることを知ります。間違って上書きしないために、設定が完了したら暗号化ヘッダーをバックアップする方法を確認してください。

暗号化された LUKS パーティションを開くには次のコマンドを実行:

# cryptsetup open --type luks device dm_name

実行するとパーティションを解錠するパスワードの入力が求められます。通常、マッピングするデバイスの名前はパーティションの機能が分かりやすいものにします。例えば、以下のコマンドは luks パーティション /dev/sda1 を解錠して cryptroot という名前のデバイスマッパーにマッピングします:

# cryptsetup open --type luks /dev/sda1 cryptroot 

パーティションをオープンしたら、ルートパーティションのデバイスアドレスはパーティション本体 (例: /dev/sda1) の代わりに /dev/mapper/cryptroot が使われます。

暗号化レイヤーの上に LVM をセットアップする場合、復号化したボリュームグループのデバイスファイルは /dev/sda1 ではなく /dev/mapper/cryptroot などとなります。それから LVM は作成されている論理ボリューム全てに名前を割り当てます (例: /dev/mapper/lvmpool-root や /dev/mapper/lvmpool-swap)。

暗号化データをパーティションに書き込むときは、マッピングされたデバイス名を使ってアクセスする必要があります。例えばファイルシステムを作成するときは以下のようにします:

# mkfs -t ext4 /dev/mapper/cryptroot

/dev/mapper/cryptroot デバイスは他のパーティションと同じようにマウントできます。

luks コンテナを閉じるには、パーティションをアンマウントし、以下を実行して下さい:

# cryptsetup close cryptroot

鍵を TPM に保管する

Trusted Platform Module#LUKS による保存データの暗号化を見て下さい。

plain モードでデバイスを暗号化

dm-crypt プレーンモード暗号化の作成とその後のアクセスはどちらも、正しい オプション を指定して cryptsetup open アクションを使用するだけで済みます。以下は、非ルートデバイスの2つの例で示していますが、両方をスタックする (2番目は最初のデバイス内に作成される) という変わった構成になっています。もちろん、暗号化をスタックするとオーバーヘッドが2倍になります。ここでの使用例は、暗号オプションの使用法のさらなる例を説明するためのものです。

最初のマッパーは、上の表の左側の列で示されているような cryptsetup のプレーンモードのデフォルトで作成されます。

# cryptsetup --type plain -v open /dev/sdaX plain1

WARNING: Using default options for cipher (aes-xts-plain64, key size 256 bits) that could be incompatible with older versions.
WARNING: Using default options for hash (sha256) that could be incompatible with older versions.
For plain mode, always use options --cipher, --key-size and if no keyfile is used, then also --hash.
Enter passphrase for /dev/sdxY:
Command successful.

次に、さまざまな暗号化パラメーターを使用し、(オプションの) オフセットを使用して、その中に2番目のブロックデバイスを追加し、ファイルシステムを作成してマウントします。

# lsblk -p

 NAME                                                     
 /dev/sda                                     
 ├─/dev/sdxY          
 │ └─/dev/mapper/plain1     
 │   └─/dev/mapper/plain2              
 ...

# mkfs -t ext2 /dev/mapper/plain2
# mount -t ext2 /dev/mapper/plain2 /mnt
# echo "This is stacked. one passphrase per foot to shoot." > /mnt/stacked.txt

正しくアクセスできるかどうか確認するため、一度スタックを閉じます。

# cryptsetup close plain2
# cryptsetup close plain1

まず、ファイルシステムを直接開いてみます:

# cryptsetup --type plain --cipher=serpent-xts-plain64 --hash=sha256 --key-size=256 --offset=10 open /dev/sdxY plain2

# mount -t ext2 /dev/mapper/plain2 /mnt

mount: /mnt: wrong fs type, bad option, bad superblock on /dev/mapper/plain2, missing codepage or helper program, or other error.
       dmesg(1) may have more information after failed mount system call.

なぜこれが機能しないのでしょう? "plain2" の始まるブロック (10) はまだ "plain1" によって暗号化されているからで、スタックされたマッパーを通してアクセスする必要があります。このエラーは曖昧で、誤ったパスワードや誤ったオプションでも同じエラーになります。 dm-crypt のプレーンモードでは、 open アクション自体はエラーを出しません。

上で開いたマッパーを閉じた上で、今度は正しい順序で:

# cryptsetup close plain2

# cryptsetup --type plain open /dev/sdxY plain1

WARNING: Using default options for cipher (aes-xts-plain64, key size 256 bits) that could be incompatible with older versions.
WARNING: Using default options for hash (sha256) that could be incompatible with older versions.
For plain mode, always use options --cipher, --key-size and if no keyfile is used, then also --hash.
Enter passphrase for /dev/sdxY:

# cryptsetup --type plain --cipher=serpent-xts-plain64 --hash=sha256 --key-size=256 --offset=10 open /dev/mapper/plain1 plain2

Enter passphrase for /dev/mapper/plain1:

# mount /dev/mapper/plain2 /mnt && cat /mnt/stacked.txt

This is stacked. one passphrase per foot to shoot.

dm-crypt は異なるモードを混ぜてスタックされた暗号化も扱えます。たとえば、LUKS モードが "plain1" マッパーの上にスタックされることができます。LUKS のヘッダーが "plain1" 内で暗号化されることになります。

プレーンモードのみで使用できるオプションに --shared があります。これを用いると、重複しない範囲であれば、1つのデバイスから複数のマッパーを割り当てることができます。 "plain2" に loopaes 互換の暗号化モードを用いた例でその例を示します:

# cryptsetup --type plain --offset 0 --size 1000 open /dev/sdxY plain1

WARNING: Using default options for cipher (aes-xts-plain64, key size 256 bits) that could be incompatible with older versions.
WARNING: Using default options for hash (sha256) that could be incompatible with older versions.
For plain mode, always use options --cipher, --key-size and if no keyfile is used, then also --hash.
Enter passphrase for /dev/sdxY:

# cryptsetup --type plain --offset 1000 --size 1000 --shared --cipher=aes-cbc-lmk --hash=sha256 open /dev/sdxY plain2

WARNING: Using default options for cipher (aes-cbc-lmk, key size 256 bits) that could be incompatible with older versions.
For plain mode, always use options --cipher, --key-size and if no keyfile is used, then also --hash.
Enter passphrase for /dev/sdxY:

# lsblk -p

NAME                    
dev/sdxY                    
├─/dev/sdxY               
│ ├─/dev/mapper/plain1     
│ └─/dev/mapper/plain2     
...

デバイスツリーは2つが同じレベルで横並びになっていることを示しており、 "plain2" がスタックされることなく別個に開かれていることを意味します。

LUKS 固有の Cryptsetup のアクション

キーの管理

LUKS パーティションには異なる8つまでのキーを定義することができます。バックアップストレージのためのアクセスキーを作成することが可能です。いわゆるキーエスクローで、あるキーは日常的に使用するために使い、他のキーはエスクローに保存して日常用のパスフレーズを忘れたときやキーファイルを喪失・破損したときにパーティションにアクセスするために使います。また、別のキースロットを使って一時的なキーを発行してユーザーにパーティションへのアクセスを許可し、後でキーを無効化したりできます。

暗号化パーティションを作成すると、初期キースロット 0 が作成されます (手動で別の数字を指定しなかった場合)。追加キースロットは 1 から 7 までの数字が割り振られます。どのキースロットを使用しているかは以下のコマンドで確認できます (<device> は LUKS ヘッダーが存在するボリュームに置き換えてください):

# cryptsetup luksDump /dev/<device> | grep BLED

Key Slot 0: ENABLED
Key Slot 1: ENABLED
Key Slot 2: ENABLED
Key Slot 3: DISABLED
Key Slot 4: DISABLED
Key Slot 5: DISABLED
Key Slot 6: DISABLED
Key Slot 7: DISABLED

上記のコマンドや下で説明しているコマンドはヘッダーのバックアップファイルでも使えます。

LUKS キーの追加

新しいキースロットの追加は cryptsetup の luksAddKey アクションを使うことでできます。デバイスが解錠されていても安全のために、新しいキーを入力する前に、必ず既存のキーの入力が求められます ("any passphrase"):

# cryptsetup luksAddKey /dev/<device> (/path/to/<additionalkeyfile>)

Enter any passphrase:
Enter new passphrase for key slot:
Verify passphrase: 

/path/to/<additionalkeyfile> を指定した場合、cryptsetup は <additionalkeyfile> の新しいキースロットを追加します。指定しなかった場合は新しいパスフレーズの入力が2回要求されます。既存のキーファイルを使って認証するには、--key-file または -d オプションの後に"既存"の <keyfile> を指定することで全てのキーファイルのキースロットが解除されます:

# cryptsetup luksAddKey /dev/<device> (/path/to/<additionalkeyfile>) -d /path/to/<keyfile>

複数のキーを使っていてキーを変更・無効化する場合、--key-slot または -S オプションでスロットを指定できます:

# cryptsetup luksAddKey /dev/<device> -S 6

Enter any passphrase: 
Enter new passphrase for key slot: 
Verify passphrase:

# cryptsetup luksDump /dev/sda8 | grep 'Slot 6'

Key Slot 6: ENABLED

例えばキーを変更したい場合:

# cryptsetup luksChangeKey /dev/<device> -S 6

Enter LUKS passphrase to be changed: 
Enter new LUKS passphrase: 

LUKS キーの削除

ヘッダーからキーを削除するアクションは3つ存在します:

• luksRemoveKey はパスフレーズやキーファイルを指定してキーを削除します。
• luksKillSlot は (他のキーを使って) 指定したキースロットからキーを削除します。パスフレーズを忘れたり、キーファイルを無くしたり、誰もアクセスできないようにしたい場合に有用です。
• luksErase は全ての有効なキーを即座に削除します。

警告:

• All above actions can be used to irrevocably delete the last active key for an encrypted device!
• The luksErase command was added in version 1.6.4 to quickly nuke access to the device. This action will not prompt for a valid passphrase! It will not wipe the LUKS header, but all keyslots at once and you will, therefore, not be able to regain access unless you have a valid backup of the LUKS header.

For above warning it is good to know the key we want to keep is valid. An easy check is to unlock the device with the -v option, which will specify which slot it occupies:

# cryptsetup -v open /dev/<device> testcrypt

Enter passphrase for /dev/<device>: 
Key slot 1 unlocked.
Command successful.

Now we can remove the key added in the previous subsection using its passphrase:

# cryptsetup luksRemoveKey /dev/<device>

Enter LUKS passphrase to be deleted: 

If we had used the same passphrase for two keyslots, the first slot would be wiped now. Only executing it again would remove the second one.

Alternatively, we can specify the key slot:

# cryptsetup luksKillSlot /dev/<device> 6

Enter any remaining LUKS passphrase:

Note that in both cases, no confirmation was required.

# cryptsetup luksDump /dev/sda8 | grep 'Slot 6'

Key Slot 6: DISABLED

To re-iterate the warning above: If the same passphrase had been used for key slots 1 and 6, both would be gone now.

バックアップとリストア

If the header of a LUKS encrypted partition gets destroyed, you will not be able to decrypt your data. It is just as much of a dilemma as forgetting the passphrase or damaging a key-file used to unlock the partition. Damage may occur by your own fault while re-partitioning the disk later or by third-party programs misinterpreting the partition table. Therefore, having a backup of the header and storing it on another disk might be a good idea.

ノート: If the LUKS-encrypted partitions' master passphrase becomes compromised, you must revoke it on every copy of the cryptheader, even those you have backed up. Otherwise, a copy of the backed-up cryptheader that uses the compromised passphrase can be used to decrypt the associated partition. See LUKS FAQ for further details.

cryptsetup を使ってバックアップ

Cryptsetup's luksHeaderBackup action stores a binary backup of the LUKS header and keyslot area:

# cryptsetup luksHeaderBackup /dev/<device> --header-backup-file /mnt/<backup>/<file>.img

where <device> is the partition containing the LUKS volume.

ヒント: You can also back up the plaintext header into ramfs and encrypt it in example with gpg before writing to persistent backup storage by executing the following commands.

# mkdir /root/<tmp>/
# mount ramfs /root/<tmp>/ -t ramfs
# cryptsetup luksHeaderBackup /dev/<device> --header-backup-file /root/<tmp>/<file>.img
# gpg2 --recipient <User ID> --encrypt /root/<tmp>/<file>.img 
# cp /root/<tmp>/<file>.img.gpg /mnt/<backup>/
# umount /root/<tmp>

警告: Tmpfs can swap to harddisk if low on memory so it is not recommended here.

cryptsetup を使ってリストア

警告: Restoring the wrong header or restoring to an unencrypted partition will cause data loss! The action can not perform a check whether the header is actually the correct one for that particular device.

In order to evade restoring a wrong header, you can ensure it does work by using it as a remote --header first:

# cryptsetup -v --header /mnt/<backup>/<file>.img open /dev/<device> test

Key slot 0 unlocked.
Command successful.

# mount /dev/mapper/test /mnt/test && ls /mnt/test 
# umount /mnt/test 
# cryptsetup close test 

Now that the check succeeded, the restore may be performed:

# cryptsetup luksHeaderRestore /dev/<device> --header-backup-file ./mnt/<backup>/<file>.img

Now that all the keyslot areas are overwritten; only active keyslots from the backup file are available after issuing the command.

手動バックアップとリストア

The header always resides at the beginning of the device and a backup can be performed without access to cryptsetup as well. First you have to find out the payload offset of the crypted partition:

# cryptsetup luksDump /dev/<device> | grep "Payload offset"

Payload offset:	4040

Second check the sector size of the drive

# fdisk -l /dev/<device> | grep "Sector size"

Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes

Now that you know the values, you can backup the header with a simple dd command:

# dd if=/dev/<device> of=/path/to/<file>.img bs=512 count=4040

and store it safely.

A restore can then be performed using the same values as when backing up:

# dd if=./<file>.img of=/dev/<device> bs=512 count=4040

デバイスの再暗号化

The cryptsetup package features the cryptsetup-reencrypt tool. It can be used to convert an existing unencrypted filesystem to a LUKS encrypted one (option --new) and permanently remove LUKS encryption (--decrypt) from a device. As its name suggests it can also be used to re-encrypt an existing LUKS encrypted device, though, re-encryption is not possible for a detached LUKS header or other encryption modes (e.g. plain-mode). For re-encryption it is possible to change the #LUKS モードの暗号化オプション. cryptsetup-reencrypt actions can be performed to unmounted devices only. See cryptsetup-reencrypt(8) for more information.

One application of re-encryption may be to secure the data again after a passphrase or keyfile has been compromised and one cannot be certain that no copy of the LUKS header has been obtained. For example, if only a passphrase has been shoulder-surfed but no physical/logical access to the device happened, it would be enough to change the respective passphrase/key only (#Key management).

警告: Always make sure a reliable backup is available and double-check options you specify before using the tool!

The following shows an example to encrypt an unencrypted filesystem partition and a re-encryption of an existing LUKS device.

暗号化されていないファイルシステムの暗号化

A LUKS encryption header is always stored at the beginning of the device. Since an existing filesystem will usually be allocated all partition sectors, the first step is to shrink it to make space for the LUKS header.

The default LUKS header encryption cipher requires 4096 512-byte sectors. We already checked space and keep it simple by shrinking the existing ext4 filesystem on /dev/sdaX to its current possible minimum:

# umount /mnt

# e2fsck -f /dev/sdaX

e2fsck 1.43-WIP (18-May-2015)
Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
...
/dev/sda6: 12/166320 files (0.0% non-contiguous), 28783/665062 blocks

# resize2fs -M /dev/sdaX

resize2fs 1.43-WIP (18-May-2015)
Resizing the filesystem on /dev/sdaX to 26347 (4k) blocks.
The filesystem on /dev/sdaX is now 26347 (4k) blocks long.

Now we encrypt it, using the default cipher we do not have to specify it explicitly. Note there is no option (yet) to double-check the passphrase before encryption starts, be careful not to mistype:

# cryptsetup-reencrypt /dev/sdaX --new  --reduce-device-size 4096S

WARNING: this is experimental code, it can completely break your data.
Enter new passphrase: 
Progress: 100,0%, ETA 00:00, 2596 MiB written, speed  37,6 MiB/s

After it finished, the encryption was performed to the full partition, i.e. not only the space the filesystem was shrunk to (sdaX has 2.6GiB and the CPU used in the example has no hardware AES instructions). As a final step we extend the filesystem of the now encrypted device again to occupy available space:

# cryptsetup open /dev/sdaX recrypt

Enter passphrase for /dev/sdaX: 
...

# resize2fs /dev/mapper/recrypt

resize2fs 1.43-WIP (18-May-2015)
Resizing the filesystem on /dev/mapper/recrypt to 664807 (4k) blocks.
The filesystem on /dev/mapper/recrypt is now 664807 (4k) blocks long.

# mount /dev/mapper/recrypt /mnt

and are done.

既存の LUKS パーティションの再暗号化

以下の例では既存の LUKS デバイスを最暗号化しています。

警告: Double-check you specify encryption options for cryptsetup-reencrypt correctly and never re-encrypt without a reliable backup! As of September 2015 the tool does accept invalid options and damage the LUKS header, if not used correctly!

In order to re-encrypt a device with its existing encryption options, they do not need to be specified. A simple:

# cryptsetup-reencrypt /dev/sdaX

 
WARNING: this is experimental code, it can completely break your data.
Enter passphrase for key slot 0: 
Progress: 100,0%, ETA 00:00, 2596 MiB written, speed  36,5 MiB/s

performs it.

A possible usecase is to re-encrypt LUKS devices which have non-current encryption options. Apart from above warning on specifying options correctly, the ability to change the LUKS header may also be limited by its size. For example, if the device was initially encrypted using a CBC mode cipher and 128 bit key-size, the LUKS header will be half the size of above mentioned 4096 sectors:

# cryptsetup luksDump /dev/sdaX |grep -e "mode" -e "Payload" -e "MK bits"

Cipher mode:   	cbc-essiv:sha256
Payload offset:	2048
MK bits:       	128

While it is possible to upgrade the encryption of such a device, it is currently only feasible in two steps. First, re-encrypting with the same encryption options, but using the --reduce-device-size option to make further space for the larger LUKS header. Second, re-encypt the whole device again with the desired cipher. For this reason and the fact that a backup should be created in any case, creating a new, fresh encrypted device to restore into is always the faster option.

暗号化デバイスのリサイズ

If a storage device encrypted with dm-crypt is being cloned (with a tool like dd) to another larger device, the underlying dm-crypt device must be resized to use the whole space.

The destination device is /dev/sdX2 in this example, the whole available space adjacent to the partition will be used:

# cryptsetup luksOpen /dev/sdX2 sdX2
# cryptsetup resize sdX2

Then the underlying filesystem must be resized.

ループバックファイルシステム

暗号化したループバックデバイスを /mnt/secret にマウントしている場合、例えば Dm-crypt/root 以外のファイルシステムの暗号化#Loop デバイス に従っている場合、最初に暗号化コンテナをアンマウント:

# umount /mnt/secret
# cryptsetup close secret
# losetup -d /dev/loop0

次に、追加したいデータ容量を決めてコンテナファイルを拡張します:

警告: > を2つ使っていることに注意してください。1つだけだと現在のコンテナを上書きしてしまいます。

# dd if=/dev/urandom bs=1M count=1024 | cat - >> /bigsecret

ループデバイスにコンテナをマップ:

# losetup /dev/loop0 /bigsecret
# cryptsetup --type luks open /dev/loop0 secret

その後、コンテナの暗号化された部分をコンテナファイルの最大サイズまでリサイズ:

# cryptsetup resize secret

最後に、ファイルシステムのチェックを実行して、問題なければ、リサイズを行います (例: ext2/3/4):

# e2fsck -f /dev/mapper/secret
# resize2fs /dev/mapper/secret

またコンテナをマウントすることができます:

# mount /dev/mapper/secret /mnt/secret

キーファイル

ノート: このセクションでは平文のキーファイルを使う方法を説明しています。キーファイルを暗号化して二段階認証したい場合はGPG や OpenSSL で暗号化されたキーファイルを使うを見て下さい。ただし、このセクションもあらかじめ読むようにしてください。

キーファイルとは？

キーファイルは暗号化されたボリュームを解錠するパスフレーズとして使用するデータを含んだファイルです。ファイルを喪失した場合、ボリュームの復号化はできなくなります。

ヒント: Define a passphrase in addition to the keyfile for backup access to encrypted volumes in the event the defined keyfile is lost or changed.

なぜキーファイルを使うのか？

キーファイルには様々なタイプがあります。以下で説明しているようにそれぞれメリットとデメリットが存在します:

キーファイルのタイプ

passphrase

単にパスフレーズが記述されたキーファイルです。メリットはファイルを無くしても暗号化ボリュームの所有者が簡単に中身を思い出せることです。デメリットはパスフレーズの入力と比べてセキュリティ上の優位点がないことです。

例: 1234。

ノート: パスフレーズが記述されたキーファイルに改行を含めてはいけません。以下のようなコマンドでファイルを作成できます:

# echo -n 'your_passphrase' > /path/to/<keyfile>
# chown root:root /path/to/<keyfile>; chmod 400 /path/to/<keyfile>

randomtext

This is a keyfile containing a block of random characters. The benefit of this type of keyfile is that it is much more resistant to dictionary attacks than a simple passphrase. An additional strength of keyfiles can be utilized in this situation which is the length of data used. Since this is not a string meant to be memorized by a person for entry, it is trivial to create files containing thousands of random characters as the key. The disadvantage is that if this file is lost or changed, it will most likely not be possible to access the encrypted volume without a backup passphrase.

例: fjqweifj830149-57 819y4my1-38t1934yt8-91m 34co3;t8y;9p3y-。

binary

This is a binary file that has been defined as a keyfile. When identifying files as candidates for a keyfile, it is recommended to choose files that are relatively static such as photos, music, video clips. The benefit of these files is that they serve a dual function which can make them harder to identify as keyfiles. Instead of having a text file with a large amount of random text, the keyfile would look like a regular image file or music clip to the casual observer. The disadvantage is that if this file is lost or changed, it will most likely not be possible to access the encrypted volume without a backup passphrase. Additionally, there is a theoretical loss of randomness when compared to a randomly generated text file. This is due to the fact that images, videos and music have some intrinsic relationship between neighboring bits of data that does not exist for a text file. However this is controversial and has never been exploited publicly.

例: 画像, テキスト, 動画。

ランダムな文字列でキーファイルを作成

ファイルシステムにキーファイルを保存

キーファイルの中身とサイズは任意に決められます。

以下では dd を使って2048バイトのランダムなキーファイルを生成して、/etc/mykeyfile ファイルに保存します:

# dd bs=512 count=4 if=/dev/urandom of=/etc/mykeyfile

キーファイルを外部デバイスに保存する場合、出力先を適切なディレクトリに変更します:

# dd bs=512 count=4 if=/dev/urandom of=/media/usbstick/mykeyfile

保存されたキーファイルを完全に消去

物理的なストレージデバイスに一時的なキーファイルを保存する場合、削除するときは、以下のように完全に削除してください:

# shred --remove --zero mykeyfile

FAT や ext2 であれば上記で十分ですが、ジャーナリングファイルシステムやフラッシュメモリハードウェアの場合、ディスクの完全消去あるいはキーファイルのあるパーティションを削除することを強く推奨します。

ramfs にキーファイルを保存

もしくは、ramfs をマウントしてキーファイルを一時的に保存:

# mkdir /root/myramfs
# mount ramfs /root/myramfs/ -t ramfs
# cd /root/myramfs

物理ディスクではなくメモリ上に配置することで、ramfs をアンマウントしたら復元できないという利点があります。キーファイルを他の安全なファイルシステムにコピーしたら、以下のコマンドで ramfs をアンマウントしてください:

# umount /root/myramfs

キーファイルを使用するように LUKS を設定

キーファイルのキースロットを LUKS ヘッダに追加:

# cryptsetup luksAddKey /dev/sda2 /etc/mykeyfile

Enter any LUKS passphrase:
key slot 0 unlocked.
Command successful.

キーファイルを使ってパーティションを手動でアンロック

LUKS デバイスをオープンするときに --key-file オプションを使ってください:

# cryptsetup open /dev/sda2 dm_name --key-file /etc/mykeyfile

起動時にロックを解除

ファイルシステムのキーファイルを暗号化されたルートディレクトリの中に保存することで、システムの電源が切れているときに安全を確保することができ、crypttab によって起動時に自動的にマウントを解錠することができます。UUID を使用する例:

/etc/crypttab

home    UUID=<UUID identifier>    /etc/mykeyfile

is all needed for unlocking, and

/etc/fstab

/dev/mapper/home        /home   ext4        defaults        0       2

for mounting the LUKS blockdevice with the generated keyfile.

ヒント: If you prefer to use a --plain mode blockdevice, the encryption options necessary to unlock it are specified in /etc/crypttab. Take care to apply the systemd workaround mentioned in crypttab in this case.

キーファイルを使って起動時に root パーティションのロックを解除

mkinitcpio を設定して必要なモジュールやファイルを記述して cryptkey カーネルパラメータを設定してキーファイルの場所を指定します。

2つの方法が存在します:

1. 外部メディア (USB スティック) にキーファイルを保存
2. initramfs にキーファイルを埋め込む

キーファイルを外部メディアに保存

mkinitcpio の設定

ドライブのファイルシステムを使うために /etc/mkinitcpio.conf にモジュールを追加してください (以下の例では vfat モジュール):

MODULES=(vfat)

In this example it is assumed that you use a FAT formatted USB drive (vfat module). Replace those module names if you use another file system on your USB stick (e.g. ext2) or another codepage. If it complains of bad superblock and bad codepage at boot, then you need an extra codepage module to be loaded. For instance, you may need nls_iso8859-1 module for iso8859-1 codepage.

If you have a non-US keyboard, it might prove useful to load your keyboard layout before you are prompted to enter the password to unlock the root partition at boot. For this, you will need the keymap hook before encrypt.

Generate a new initramfs image:

# mkinitcpio -p linux

カーネルパラメータの設定

以下のオプションをカーネルパラメータに追加してください (encrypt フックではなく sd-encrypt フックを使用する場合は Dm-crypt/システム設定#sd-encrypt フックを使うを参照):

cryptdevice=/dev/<partition1>:root cryptkey=/dev/<partition2>:<fstype>:<path>

例:

cryptdevice=/dev/sda3:root cryptkey=/dev/sdb1:vfat:/keys/secretkey

Choosing a plain filename for your key provides a bit of 'security through obscurity'. The keyfile can not be a hidden file, that means the filename must not start with a dot, or the encrypt hook will fail to find the keyfile during the boot process.

/dev/sdb1 のようなデバイスノードの名前は再起動しても同じであるとは保証されていません。udev による永続的なブロックデバイスの命名を使ったほうが確実にデバイスにアクセスできます。外部ストレージデバイスからキーファイルを読み取るときに encrypt フックが確実にキーファイルを見つけられるように、永続的なブロックデバイスの名前を絶対に使うべきです。永続的なブロックデバイスの命名を見て下さい。

キーファイルを initramfs に埋め込む

警告: Use an embedded keyfile only if you have some form of authentication mechanism beforehand that protects the keyfile sufficiently. Otherwise auto-decryption will occur, defeating completely the purpose of block device encryption.

This method allows to use a specially named keyfile that will be embedded in the initramfs and picked up by the encrypt hook to unlock the root filesystem (cryptdevice) automatically. It may be useful to apply when using the GRUB early cryptodisk feature, in order to avoid entering two passphrases during boot.

The encrypt hook lets the user specify a keyfile with the cryptkey kernel parameter: in the case of initramfs, the syntax is rootfs:path, see Dm-crypt/システム設定#cryptkey. Besides, this kernel parameter defaults to use /crypto_keyfile.bin, and if the initramfs contains a valid key with this name, decryption will occur automatically without the need to configure the cryptkey parameter.

encrypt の代わりに sd-encrypt を使用する場合、luks.key カーネルパラメータでキーファイルの場所を指定してください。Dm-crypt/システム設定#luks.key を参照。

キーファイルを生成して適切な権限を与えて LUKS キーとして追加:

# dd bs=512 count=4 if=/dev/urandom of=/crypto_keyfile.bin
# chmod 000 /crypto_keyfile.bin
# chmod 600 /boot/initramfs-linux*
# cryptsetup luksAddKey /dev/sdX# /crypto_keyfile.bin

警告: When initramfs' permissions are set to 644 (by default), then all users will be able to dump the keyfile. Make sure the permissions are still 600 if you install a new kernel.

mkinitcpio の FILES にキーを記述:

/etc/mkinitcpio.conf

FILES=(/crypto_keyfile.bin)

最後に initramfs を再生成してください。

次の起動時からコンテナを復号化するパスフレーズを入力するのは一度だけですむようになります。

詳しくは こちら を参照。