(Linux)LUKSでファイルシステムを暗号化してみた

さくらのVPS 1G(CentOS6.3 x64) でsambaを使ってファイルサーバを立てようと思ったんですが、重要なデータも置くことがあるため、ファイルシステムレベルで暗号化をして見ることにしました。

さくらのVPSは標準OS(プレインストール)ではパーティションが既にきられているので、一旦カスタムOSで再インストールを行い、暗号化用のパーティションを作成しておきます。(今回使うdm-cryptはブロックデバイスに対して暗号化をかける仕組みなので、暗号化をかけるパーティションを用意する必要有り)

今回は以下の様なパーティションでインストールしました。

(fdisk後継の parted で確認した時のパーティション情報です。パーティションテーブルがGPTなもんで...)

# parted /dev/vda

(parted) print
Model: Virtio Block Device (virtblk)
Disk /dev/vda: 107GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt

Number  Start   End     Size    File system     Name              Flags
 1      1049kB  263MB   262MB   ext4            Linux filesystem  boot  ←/boot
 2      263MB   2411MB  2147MB  linux-swap(v1)  Linux swap
 3      2411MB  45.4GB  42.9GB  ext4　　← /
 4      45.4GB  88.3GB  42.9GB  ext4　　← /var
 5      88.3GB  107GB   19.1GB  ext4　　← 暗号化対象パーティション

Linuxの暗号化方式もいくつかあるようですが、今回はカーネルの2.6系列で統合されたdm-cryptを使った暗号化ファイルシステムの標準的な仕様であるLUKSを使うことにしました。

他の暗号化方式としてはループバックデバイス(実装:loop-AES),FUSE(実装:CryptoFS,EncFS)、eCryptfs(実装:eCryptfs)などがあるようです。

このあたりの話はファイルシステムごと暗号化する方法 - SourceForge.JP Magazine : オープンソースの話題満載が参考になります。

LUKSの操作をするには、cryptsetup コマンドを使います。

まず、以下の書式でパーティションを luks で暗号化します。

# cryptsetup luksFormat [-c 暗号化方式] [-s 鍵の長さ] 暗号化対象デバイスファイル

-c、-s指定しないと以下の初期値になります。

暗号化方式：aes-cbc-essiv:sha256

鍵の長さ：256

(128にしようとしたら、以下のエラーでて出来ませんでした。）

device-mapper: reload ioctl on  failed: No such file or directory
Failed to setup dm-crypt key mapping for device /dev/vda5.
Check that kernel supports aes-cbc-essiv:sha128 cipher (check syslog for more info).

今回は、以下のようにしました。

# cryptsetup luksFormat -c aes-cbc-essiv:sha256 -s 256 /dev/vda5

WARNING!
========
This will overwrite data on /dev/vda5 irrevocably.

Are you sure? (Type uppercase yes): YES ←大文字で入力すること！
Enter LUKS passphrase:　←暗号化のパスワード入力
Verify passphrase:　←暗号化のパスワードを確認入力

暗号化が完了したら接続してみます。

LUKSパーティションへの接続は、以下のようにします。

# cryptsetup luksOpen デバイス   デバイスファイル名(適当な名前)

デバイスファイル名はなんでも構いません。

今回と以下のような感じ。

# cryptsetup luksOpen /dev/vda5 luks
Enter passphrase for /dev/vda5:　←cryptsetup luksFormatに設定したパスワード入力

これで接続完了です。

/dev/mapper/デバイスファイル名　が作成されます。

今回だと、/dev/mapper/luks ですね。

そして、暗号化デバイス上にファイルシステムの作成します。

今回は ext4 にしました。

# mkfs -t ext4 /dev/mapper/luks
mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
1164592 inodes, 4654080 blocks
232704 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=4294967296
143 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8144 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
        32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208,
        4096000

Writing inode tables: done
Creating journal (32768 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 34 mounts or
180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.

ファイルシステム作成が終われば、マウントを行います。

# mount /dev/mapper/luks /mnt/secure/

これで使用可能になりました。

今回は初回なのでファイルシステムのフォーマットがありましたが、次から使うときは以下の様な流れになります。

# cryptsetup luksOpen /dev/vda5 luks   ←接続
# mount /dev/mapper/luks /mnt/secure/  ←マウント

使い終われば以下のようにパーティションをアンマウントし、暗号化デバイスを削除する必要があります。

# umount /mnt/secure
# cryptsetup luksClose luks

これで、/dev/mapper/luks が削除されます。

OS起動時に自動マウントさせる

いちいち手動で接続、マウントしていると面倒なので、OS起動時に自動マウントさせるようにしました。

そのために、パスワードだけでなくキーファイルで認証できるようにします。(LUKSはキースロットが複数あるので、複数のパスワードやキーファイルが指定できます)

以下のようにキーファイルを作成します。乱数で、1024バイトのファイルを作成してます。

# dd if=/dev/urandom of=/boot/luks_key bs=1 count=1024

(キーファイルは /boot パーティションに配置しておきます。当初別パーティションに分けた /var 配下においてたんですが、自動マウントさせようとするとどうもうまく行かなかったので。。。)

安全のためキーファイルの権限を600か400にします。

# chmod 600 /boot/luks_key

LUKSパーティションにキーファイルの登録します。

# cryptsetup luksAddKey /dev/vda5 /boot/luks_key
Enter any passphrase:　←最初の設定したパスワード入力

以下コマンドでキーファイルが登録されたか確認します。

# cryptsetup luksDump /dev/vda5
LUKS header information for /dev/vda5

Version:        1
Cipher name:    aes
Cipher mode:    cbc-essiv:sha256
Hash spec:      sha1
Payload offset: 4096
MK bits:        256
MK digest:      xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx 
MK salt:        xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx
                xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx
MK iterations:  23875
UUID:           5c7a088a-c452-4229-aeb3-c81d15e0e4b5

Key Slot 0: ENABLED　←ここが最初に指定したパスワード認証の設定
        Iterations:             95873
        Salt:                   xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx
                                xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx
        Key material offset:    8
        AF stripes:             4000
Key Slot 1: ENABLED　←●ENABLEDになっていればkeyfileが登録されている。
        Iterations:             128900
        Salt:                   xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx
                                xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx xx
        Key material offset:    264
        AF stripes:             4000
Key Slot 2: DISABLED
Key Slot 3: DISABLED
Key Slot 4: DISABLED
Key Slot 5: DISABLED
Key Slot 6: DISABLED
Key Slot 7: DISABLED

登録したキーファイルでマウントできることを確認します。

(すでにマウントされているなら、アンマウントし暗号化デバイスを削除しておきます)

# cryptsetup luksOpen /dev/vda5 luks --key-file /boot/luks_key
# mount /dev/mapper/luks /mnt/secure/

これでマウントできればキーファイルでの認証OKということになります。

いよいよ暗号化ボリュームを自動でマウントする方法です。

/etc/crypttab に設定を書くことでOS起動時にLUKSへの接続ができるようです。

書式は、以下のようになります。

[cryptsetupデバイス名]  [/dev名]  [キーファイルへのパス]  [LUKS拡張が必要である旨]

今回は以下のようにしてみました。

# vi /etc/crypttab
luks /dev/vda5  /boot/luks_key luks,timeout=5

さて、次はファイルシステムのマウントです。

最初は/etc/fstabで以下のように書いてみました。

# vi /etc/fstab
/dev/mapper/luks    /mnt/secure/  ext4   defaults        2 2

しかし、/etc/fstab使ってリブートすると以下のようにエラーになってしまいました。

Mounting local filesystems:  mount: special device /dev/mapper/luks does not exist [FAILED]
Enabling local filesystem quotas:  [  OK  ]                                     
modprobe: FATAL: Error inserting padlock_sha (/lib/modules/2.6.32-279.9.1.el6.x86_64/kernel/drivers/crypto/padlock-sha.ko): No such device  

fstabの末尾の数字の設定によっては、起動時に他のパーティションも読み取り専用になってしまうこともあります。

(末尾の数字の意味については@IT:/etc/fstabに記述されている数字の意味を参照)

もしそうなったら "mount -o remount ,rw /" コマンドで書き込み可能でマウントしなおし、/etc/fstab を元に戻します。)

どうも /etc/fstab ではマウントできないようなので(多分、crypttabのマウントの前にfstabのマウントが走るため)、rc.local(システム起動時の最後に読み込まれる)でマウントするようにしました。

# vi /etc/rc.local

mount /dev/mapper/luks /mnt/secure/

リブートしてマウントできてるか確認してみます。

# mount
/dev/vda3 on / type ext4 (rw)
proc on /proc type proc (rw)
sysfs on /sys type sysfs (rw)
devpts on /dev/pts type devpts (rw,gid=5,mode=620)
tmpfs on /dev/shm type tmpfs (rw)
/dev/vda1 on /boot type ext4 (rw)
/dev/vda4 on /var type ext4 (rw)
none on /proc/sys/fs/binfmt_misc type binfmt_misc (rw)
/dev/mapper/luks on /mnt/secure type ext4 (rw)

↑最下行見てみるとちゃんとマウントできてますね。

余談ですが、cryptsetup isLuksコマンドを使うと指定したパーティションがLUKSフォーマットかどうか確認できます。

# cryptsetup isLuks /dev/sdc
# echo $?
0  ←0が表示されればLUKSフォーマットです。

参考：

LUKS - GreenLeaf:

crypttab - GreenLeaf:

Markopee::Notebook: Linux で暗号化ファイルシステムを使う