Criptarea integrală a discului

Criptarea integrală a discului este procesul de codificare a tuturor datelor utilizatorului pe un dispozitiv Android folosind o cheie criptată. Odată ce un dispozitiv este criptat, toate datele create de utilizator suntcriptate automat înainte de a le trimite pe disc și toate datele citite sunt decriptate automat înainte de a le returna procesului de apelare.

Criptarea completă a discului a fost introdusă în Android în versiunea 4.4, dar Android 5.0 a introdusaceste noi caracteristici:

• Criptare rapidă creată, care criptează numai blocurile utilizate pe partiția de datepentru a evita ca prima pornire să dureze mult timp. Doar sistemele de fișiere ext4 și f2fssusțin în prezent criptarea rapidă.
• A adăugat steagul forceencrypt fstab pentru a cripta la prima pornire.
• A adăugat suport pentru modele și criptare fără parolă.
• A adăugat stocarea cu suport hardware a cheii de criptare folosind capacitatea de semnare a Trusted Execution Environment (TEE) (cum ar fi într-o TrustZone). Consultați Stocarea cheii de criptare pentru mai multe detalii.

Atenție: Dispozitivele actualizate la Android 5.0 și apoi criptate pot fi readuse la o stare necriptată prin resetarea datelor din fabrică. Dispozitivele noi cu Android 5.0criptate la prima pornire nu pot fi readuse la o stare necriptată.

Cum funcționează criptarea completă a discului Android

Criptarea completă a discului Android se bazează pe dm-crypt, care este o caracteristică a nucleului care funcționează la nivelul dispozitivului de bloc. Din acest motiv, criptarea funcționează cu Embedded MultiMediaCard (eMMC) șidispozitive flash similare care se prezintă în fața nucleului ca dispozitive de tip bloc. Criptarea nu este posibilă cu YAFFS, care vorbește direct cu un cip flash NAND brut.

Algoritmul de criptare este 128 Advanced Encryption Standard (AES) cu înlănțuire de blocuri de cifru (CBC) și ESSIV:SHA256. Cheia principală este criptată cu AES pe 128 de biți prin apeluri la biblioteca OpenSSL. Trebuie să folosiți 128 de biți sau mai mult pentru cheie (256 fiind opțional).

Nota: OEM-urile pot folosi 128 de biți sau mai mult pentru a cripta cheia principală.

În versiunea Android 5.0, există patru tipuri de stări de criptare:

• default
• PIN
• parolă
• pattern

La prima pornire, dispozitivul creează o cheie principală de 128 de biți generată aleatoriuși apoi o criptează cu o parolă implicită și o sare stocată. Parola implicită este: „default_password „Cu toate acestea, hash-ul rezultat este, de asemenea, semnat prin intermediul unui TEE (cum ar fi TrustZone), care utilizează un hash al semnăturii pentru a cripta cheia principală.

Puteți găsi parola implicită definită în fișierul cryptfs.cpp al proiectului Android Open Source Project.

Când utilizatorul setează PIN-ul/passul sau parola pe dispozitiv, numai cheia de 128 de biți este recriptată și stocată. (adică modificările de PIN/pașaport/model ale utilizatorului NU cauzează re-criptarea datelor utilizatorului.) Rețineți că dispozitivele gestionate pot face obiectul unor restricții de PIN, model sau parolă.

Criptarea este gestionată de init și vold.init apelează vold, iar vold stabilește proprietăți pentru a declanșa evenimente în init. Alte părți ale sistemului se uită, de asemenea, la proprietăți pentru a efectua sarcini cum ar fi raportarea stării, solicitarea unei parole sau solicitarea de resetare din fabrică în cazul unei erori fatale. Pentru a invoca caracteristicile de criptare din vold, sistemul utilizează comenzile cryptfs ale instrumentului de linie de comandăvdc: checkpw,restart, enablecrypto, changepw,cryptocomplete, verifypw, setfield,getfield, mountdefaultencrypted, getpwtype,getpw și clearpw.

Pentru a cripta, decripta sau șterge /data, /datanu trebuie să fie montat. Cu toate acestea, pentru a afișa orice interfață cu utilizatorul (UI), cadrul trebuie să pornească, iar cadrul necesită ca /data să funcționeze. Pentru a rezolva această enigmă, un sistem de fișiere temporar este montat pe /data.Acest lucru îi permite lui Android să solicite parole, să afișeze progresul sau să sugereze o ștergere de date, după caz. Aceasta impune însă limitarea că, pentru a trece de la sistemul de fișiere temporar la adevăratul sistem de fișiere /data, sistemul trebuie să oprească fiecare proces cu fișiere deschise pe sistemul de fișiere temporar și să repornească aceste procese pe adevăratul sistem de fișiere /data. Pentru a face acest lucru, toate serviciile trebuie să fie într-unul din cele trei grupuri: core, main șilate_start.

• core: Nu se oprește niciodată după pornire.
• main: Se opresc și apoi repornesc după introducerea parolei de disc.
• late_start: Nu pornește decât după ce /data a fost decriptat și montat.

Pentru a declanșa aceste acțiuni, proprietatea vold.decrypt este setată pe diferite șiruri de caractere. pentru a opri și reporni serviciile, comenzile init sunt:

• class_reset: Oprește un serviciu, dar permite repornirea lui cu class_start.
• class_start: Repornește un serviciu.
• class_stop: Oprește un serviciu și adaugă un indicator SVC_DISABLED. Serviciile oprite nu răspund la class_start.

Fluxuri

Există patru fluxuri pentru un dispozitiv criptat. Un dispozitiv este criptat doar o singură datăși apoi urmează un flux normal de pornire.

• Criptează un dispozitiv necriptat anterior:
  • Criptează un dispozitiv nou cu forceencrypt: Criptare obligatorie la prima pornire (începând cu Android L).
  • Criptarea unui dispozitiv existent: Criptare inițiată de utilizator (Android K și versiunile anterioare).
• Încearcă un dispozitiv criptat:
  • Demararea unui dispozitiv criptat fără parolă: Pornirea unui dispozitiv criptat care nu are o parolă setată (relevant pentru dispozitivele cu Android 5.0 și ulterior).
  • Starting an encrypted device with a password: Booting an encrypted device that has a set password.

În plus față de aceste fluxuri, dispozitivul poate, de asemenea, să nu reușească să cripteze /data.Fiecare dintre fluxuri este explicat în detaliu mai jos.

Criptarea unui dispozitiv nou cu forceencrypt

Aceasta este prima pornire normală pentru un dispozitiv Android 5.0 dispozitiv.

1. Detectează sistemul de fișiere necriptat cu steagul forceencrypt

   /data nu este criptat, dar trebuie să fie pentru că forceencrypt o impune.demontează /data.

2. Începeți criptarea /data

   vold.decrypt = "trigger_encryption" declanșează init.rc,ceea ce va face ca vold să cripteze /data fără parolă.(None este setat pentru că acesta ar trebui să fie un dispozitiv nou.)

3. Mount tmpfs

   vold montează un tmpfs /data (folosind opțiunile tmpfs dinro.crypto.tmpfs_options) și setează proprietatea vold.encrypt_progress la 0.vold pregătește tmpfs-ul /data pentru pornirea unui sistem criptat și setează proprietatea vold.decrypt la: trigger_restart_min_framework

4. Aduceți cadrul pentru a arăta progresul

   Pentru că dispozitivul nu are practic nici un fel de date de criptat, bara de progres deseori nu va apărea de fapt, deoarece criptarea are loc foarte repede. ConsultațiCriptarea unui dispozitiv existent pentru mai multe detalii despre interfața de progres.

5. Când /data este criptat, scoateți cadrul

   vold setează vold.decrypt latrigger_default_encryption care pornește serviciuldefaultcrypto. (Aceasta pornește fluxul de mai jos pentru montarea unor date de utilizator criptate adefault.) trigger_default_encryption verifică tipul de criptare pentru a vedea dacă /data este criptat cu sau fără parolă. Deoarece dispozitivele Android 5.0 sunt criptate la prima pornire, nu ar trebui să fie setată nici o parolă; prin urmare, decriptăm și montăm /data.

6. Mount /data

   init apoi montează /data pe un RAMDisk tmpfs folosind parametrii pe care îi preia de la ro.crypto.tmpfs_options, care este setat în init.rc.

7. Start framework

   Stabilește vold la trigger_restart_framework, carecontinuă procesul obișnuit de pornire.

Criptarea unui dispozitiv existent

Acesta este ceea ce se întâmplă când criptați un dispozitiv Android K sau anterior necriptat care a fost migrat la L.

Acest proces este inițiat de utilizator și este denumit în cod „criptare in situ”. Când un utilizator selectează să cripteze un dispozitiv, interfața de utilizare se asigură că bateria este complet încărcată și că adaptorul de curent alternativ este conectat, astfel încât să existe suficientă putere pentru a finaliza procesul de criptare.

Atenție: Dacă dispozitivul rămâne fără energie și se oprește înainte de a termina criptarea, datele fișierelor rămân într-o stare parțial criptată. Dispozitivul trebuie să fie resetat din fabrică și toate datele sunt pierdute.

Pentru a activa criptarea pe loc, vold pornește o buclă pentru a citi fiecare sector al dispozitivului de bloc real și apoi îl scrie în dispozitivul de bloc criptografic. vold verifică dacă un sector este în uz înainte de a-l citi și scrie, ceea ce face ca criptarea să fie mult mai rapidă pe un dispozitiv nou care are puține sau deloc date.

Starea dispozitivului: Setați ro.crypto.state = "unencrypted"și executați on nonencrypted init declanșatorul on nonencrypted init pentru a continua pornirea.

1. Verificați parola

   Interfața de utilizator apelează vold cu comanda cryptfs enablecrypto inplaceunde passwd este parola ecranului de blocare a utilizatorului.

2. Scoateți cadrul

   vold verifică dacă există erori, returnează -1 dacă nu poate cripta și tipărește un motiv în jurnal. Dacă poate cripta, setează proprietatea vold.decryptla trigger_shutdown_framework. Acest lucru face ca init.rc să oprească serviciile din clasele late_start și main.

3. Creează un subsol de criptare
4. Creează un fișier breadcrumb
5. Reboot
6. Detectă fișierul breadcrumb
8. Începe să cripteze /data

   vold, apoi setează corespondența de criptare, care creează un dispozitiv de bloc criptografic virtual care se mapează pe dispozitivul de bloc real, dar criptează fiecare sector pe măsură ce este scris și decriptează fiecare sector pe măsură ce este citit. vold apoi creează și scrie metadatele criptografice.

9. În timp ce criptează, mount tmpfs

   vold montează un tmpfs /data (folosind opțiunile tmpfs de la ro.crypto.tmpfs_options) și setează proprietateavold.encrypt_progress la 0. vold pregătește tmpfs/data pentru pornirea unui sistem criptat și setează proprietateavold.decrypt la: trigger_restart_min_framework

10. Aduceți cadrul pentru a arăta progresul

    trigger_restart_min_framework cauzează init.rc să pornească clasa de servicii main. Când cadrul vede căvold.encrypt_progress este setat la 0, aduce la suprafață bara de progresUI, care interoghează această proprietate la fiecare cinci secunde și actualizează o bară de progres.Bucla de criptare actualizează vold.encrypt_progress de fiecare dată când criptează încă un procent din partiție.

11. Când /data este criptat, actualizează subsolul cripto

    Când /data este criptat cu succes, vold șterge stegulețul ENCRYPTION_IN_PROGRESS din metadate.

    Când dispozitivul este deblocat cu succes, parola este apoi utilizată pentru a cripta cheia principală și se actualizează subsolul criptografic.

    Dacă repornirea eșuează din anumite motive, vold setează proprietateavold.encrypt_progress la error_reboot_failed, iar interfața de utilizare ar trebui să afișeze un mesaj prin care se cere utilizatorului să apese un buton pentru a reporni. Nu se așteaptă ca acest lucru să se întâmple vreodată.

Începutul unui dispozitiv criptat cu criptare implicită

Aceasta este ceea ce se întâmplă atunci când porniți un dispozitiv criptat fără parolă.Deoarece dispozitivele Android 5.0 sunt criptate la prima pornire, nu ar trebui să existe nici un setpassword și, prin urmare, aceasta este starea de criptare implicită.

1. Detectează /data criptat /data fără parolă

   Detectați că dispozitivul Android este criptat deoarece /datanu poate fi montat și unul dintre stegulețele encryptable sauforceencrypt este setat.

   vold Setează vold.decrypt latrigger_default_encryption, care pornește serviciuldefaultcrypto. trigger_default_encryptionverifică tipul de criptare pentru a vedea dacă /data este criptat cu sau fără parolă.

2. Decrypt /data

   Creează dispozitivul dm-crypt peste dispozitivul de bloc, astfel încât dispozitivul este gata de utilizare.

3. Mount /data

   vold apoi montează partiția reală /data decriptată și apoi pregătește noua partiție. Setează proprietateavold.post_fs_data_done la 0 și apoi setează vold.decryptla trigger_post_fs_data. Acest lucru face ca init.rc să execute comenzile post-fs-data. Acestea vor crea toate directoarele sau legăturile necesare și apoi vor seta vold.post_fs_data_done la 1.

   După ce vold vede 1 în această proprietate, stabilește proprietateavold.decrypt la: trigger_restart_framework. Acest lucru face ca init.rc să pornească din nou serviciile din clasa main și, de asemenea, să pornească serviciile din clasa late_start pentru prima dată de la pornire.

4. Start framework

   Acum framework-ul pornește toate serviciile sale folosind /data decriptat,iar sistemul este gata de utilizare.

Începerea unui dispozitiv criptat fără criptare implicită

Aceasta se întâmplă când porniți un dispozitiv criptat care are o parolă setată. Parola dispozitivului poate fi un pin, un model sau o parolă.

1. Detectează dispozitivul criptat cu o parolă

   Detectează că dispozitivul Android este criptat deoarece steagulro.crypto.state = "encrypted"

   vold setează vold.decrypt latrigger_restart_min_framework deoarece /data estecriptat cu o parolă.

2. Montează tmpfs

   initsetează cinci proprietăți pentru a salva opțiunile inițiale de montare date pentru /data cu parametrii trecuți de la init.rc.vold utilizează aceste proprietăți pentru a configura maparea criptografică:

   1. ro.crypto.fs_type
   2. ro.crypto.fs_real_blkdev
   3. ro.crypto.fs_mnt_point
   4. ro.crypto.fs_options
   6. ro.crypto.fs_flags (număr hexagonal ASCII de 8 cifre precedat de 0x)
3. Pornește cadrul pentru a solicita parola

   Cadrul pornește și vede că vold.decrypt este setat latrigger_restart_min_framework. Acest lucru îi spune cadrului că pornește pe un disc tmpfs /data și că trebuie să obțină parola utilizatorului.

   În primul rând, însă, trebuie să se asigure că discul a fost criptat corespunzător. Aceasta trimite comanda cryptfs cryptocomplete la vold. vold returnează 0 dacă criptarea a fost finalizată cu succes, -1 la o eroare internă sau-2 dacă criptarea nu a fost finalizată cu succes. vold determină acest lucru căutând în metadatele criptografice steagul CRYPTO_ENCRYPTION_IN_PROGRESS. Dacă acesta este setat, procesul de criptare a fost întrerupt și există date care pot fi citite pe dispozitiv. Dacă vold returnează o eroare, interfața de utilizare ar trebui să afișeze un mesaj către utilizator pentru a reporni și a reseta din fabrică dispozitivul și să ofere utilizatorului un buton pe care să îl apese pentru a face acest lucru.

4. Decriptarea datelor cu parolă

   După ce cryptfs cryptocomplete are succes, cadrul afișează o interfață de utilizare care cere parola discului. UI verifică parola prin trimiterea comenzii cryptfs checkpw la vold. Dacă parola este corectă (ceea ce se determină prin montarea cu succes a discului decriptat /data într-o locație temporară, apoi prin demontarea acestuia), vold salvează numele dispozitivului decriptat în bloc în proprietatearo.crypto.fs_crypto_blkdev și returnează starea 0 către UI. Dacă parola este incorectă, returnează -1 către UI.

5. Stop framework

   UI afișează un grafic de pornire criptografic și apoi apelează vold cu comanda cryptfs restart. vold setează proprietateavold.decrypt la trigger_reset_main, ceea ce face cainit.rc să facă class_reset main. Acest lucru oprește toate serviciile din clasa principală, ceea ce permite ca tmpfs /data să fie demontat.

6. Mount /data

   vold montează apoi partiția reală decriptată /datași pregătește noua partiție (care este posibil să nu fi fost niciodată pregătită dacă a fost criptată cu opțiunea wipe, care nu este suportată în prima versiune). Setează proprietatea vold.post_fs_data_done la 0 și apoi setează vold.decrypt la trigger_post_fs_data. Acest lucru face cainit.rc să execute comenzile sale post-fs-data. Acestea vor crea toate directoarele sau legăturile necesare și apoi vor setavold.post_fs_data_done la 1. Odată ce vold vede 1 în acea proprietate, setează proprietatea vold.decrypt latrigger_restart_framework. Acest lucru face ca init.rc să pornească din nou serviciile din clasa main și, de asemenea, să pornească serviciile din clasalate_start pentru prima dată de la pornire.

7. Start full framework

   Acum framework-ul pornește toate serviciile sale folosind sistemul de fișiere decriptat /data, iar sistemul este gata de utilizare.

Eșec

Un dispozitiv care nu reușește să decripteze poate fi în neregulă din câteva motive. Dispozitivulîncepe cu seria normală de pași pentru a porni:

1. Detectă dispozitivul criptat cu o parolă
2. Montează tmpfs
3. Pornește cadrul pentru a solicita parola

Dar după ce se deschide cadrul, dispozitivul poate întâmpina unele erori:

• Parola se potrivește, dar nu poate decripta datele
• Utilizatorul introduce o parolă greșită de 30 de ori

Dacă aceste erori nu sunt rezolvate, solicită utilizatorului ștergerea din fabrică:

Dacă vold detectează o eroare în timpul procesului de criptare și dacă nu au fost distruse încă date și cadrul este în funcțiune, vold setează proprietatea vold.encrypt_progress la error_not_encrypted.UI solicită utilizatorului să repornească și îl avertizează că procesul de criptare nu a început niciodată. În cazul în care eroarea apare după ce cadrul a fost distrus, dar înainte ca bara de progres să fie ridicată, vold va reporni sistemul. În cazul în care repornirea eșuează, setează vold.encrypt_progress laerror_shutting_down și returnează -1; dar nu va exista nimic care să surprindă eroarea. Nu este de așteptat să se întâmple acest lucru.

Dacă vold detectează o eroare în timpul procesului de criptare, seteazăvold.encrypt_progress la error_partially_encryptedși returnează -1. UI ar trebui apoi să afișeze un mesaj care să spună că criptarea a eșuat și să ofere un buton pentru ca utilizatorul să reseteze dispozitivul din fabrică.

Stocarea cheii criptate

Cheia criptată este stocată în metadatele criptografice. Susținerea hardware esteimplementată prin utilizarea capacității de semnare a Trusted Execution Environment (TEE). anterior, am criptat cheia principală cu o cheie generată prin aplicarea scrypt la parola utilizatorului și la sarea stocată. Pentru a face cheia rezistentă la atacurile off-box, extindem acest algoritm prin semnarea cheii rezultate cu o cheie TEE stocată. Semnătura rezultată este apoi transformată într-o cheie de lungime corespunzătoare prin încă o aplicare a scrypt. Această cheie este apoi utilizată pentru a cripta și decripta cheia principală. Pentru a stoca această cheie:

1. Generați o cheie aleatorie de criptare a discului de 16 octeți (DEK) și o sare de 16 octeți.
2. Aplicați scrypt la parola utilizatorului și la sare pentru a produce cheia intermediară 1 (IK1) de 32 de octeți.
3. Paduplați IK1 cu zero octeți până la dimensiunea cheii private legate de hardware (HBK). în mod specific, pad-ul este următorul: 00 || IK1 || IK1 || 00..00; un octet zero, 32 de octeți IK1, 223 de octeți zero.
4. Semnul a umplut IK1 cu HBK pentru a produce IK2 de 256 de octeți.
5. Aplicați scrypt la IK2 și sare (aceeași sare ca la pasul 2) pentru a produce un IK3 de 32 de octeți.
6. Utilizați primii 16 octeți din IK3 ca KEK și ultimii 16 octeți ca IV.
7. Criptează DEK cu AES_CBC, cu cheia KEK și vectorul de inițializare IV.

Schimbarea parolei

Când un utilizator alege să își schimbe sau să își elimine parola din setări, interfața utilizator trimite comanda cryptfs changepw la vold, iarvold recriptează cheia principală a discului cu noua parolă.

Proprietăți de criptare

vold și init comunică între ele prin stabilirea de proprietăți. Iată o listă a proprietăților disponibile pentru criptare.

Proprietăți de criptare

Proprietate	Descriere
vold.decrypt trigger_encryption	Criptează unitatea fără parolă.
vold.decrypt trigger_default_encryption	Controlați unitatea pentru a vedea dacă este criptată fără parolă. dacă este, decriptați-o și montați-o, altfel setați vold.decrypt la trigger_restart_min_framework.
vold.decrypt trigger_reset_main	Setat de vold pentru a închide interfața utilizator care cere parola discului.
vold.decrypt trigger_post_fs_data	Setat de vold pentru a pregăti /data cu directoarele necesare, et al.
vold.decrypt trigger_restart_framework	Setat de vold pentru a porni cadrul real și toate serviciile.
vold.decrypt trigger_shutdown_framework	Setat de vold pentru a opri cadrul complet pentru a începe criptarea.
vold.decrypt trigger_restart_min_framework	Setat de vold pentru a porni bara de progres UI pentru criptare sau pentru a solicita parola, în funcție de valoarea lui ro.crypto.state.
vold.encrypt_progress	Când cadrul pornește, dacă această proprietate este setată, intră în modul UI al barei de progres.
vold.encrypt_progress 0 to 100	Interfața UI a barei de progres trebuie să afișeze valoarea procentuală setată.
vold.encrypt_progress error_partially_encrypted	Unitatea de interfață a barei de progres ar trebui să afișeze un mesaj care să spună că criptarea a eșuat și să ofere utilizatorului o opțiune de resetare automată a dispozitivului.
vold.encrypt_progress error_reboot_failed	Unitatea de interfață a barei de progres ar trebui să afișeze un mesaj care să spună că criptarea s-a finalizat și să ofere utilizatorului un buton pentru a reporni dispozitivul. Nu se așteaptă ca această eroare să se întâmple.
vold.encrypt_progress error_not_encrypted	Interfața de utilizare a barei de progres ar trebui să afișeze un mesaj care să spună că s-a produs o eroare, că nu au fost criptate sau pierdute date și să ofere utilizatorului un buton pentru a reporni sistemul.
vold.encrypt_progress error_shutting_down	Interfața de utilizare a barei de progres nu funcționează, deci nu este clar cine va răspunde la această eroare. Și oricum nu ar trebui să se întâmple niciodată.
vold.post_fs_data_done 0	Setați de vold chiar înainte de a seta vold.decrypt la trigger_post_fs_data.
vold.post_fs_data_done 1	Setați de init.rc sau init.rc chiar după ce ați terminat sarcina post-fs-data.

init proprietăți

Proprietate	Descriere
ro.crypto.fs_crypto_blkdev	Stabilit de comanda vold checkpwpentru a fi utilizat ulterior de comanda vold restart.
ro.crypto.state unencrypted	Stabilit de init pentru a spune că acest sistem funcționează cu un /data ro.crypto.state encrypted necriptat. Setate de init pentru a spune că acest sistem rulează cu un /data criptat.
ro.crypto.fs_type ro.crypto.fs_real_blkdev ro.crypto.fs_mnt_point ro.crypto.fs_options ro.crypto.fs_flags	Aceste cinci proprietăți sunt setate de init atunci când încearcă să monteze /data cu parametrii trecuți din init.rc. vold le folosește pentru a configura maparea criptografică.
ro.crypto.tmpfs_options	Stabilite de init.rc cu opțiunile pe care init ar trebui să le folosească atunci când montează sistemul de fișiere tmpfs /data.

Acțiuni init

.