Das FreeBSD-Handbuch
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# 19.16. Partitionen verschlüsseln

Beigetragen von Lucky Green.

FreeBSD bietet ausgezeichnete Möglichkeiten, Daten vor unberechtigten Zugriffen zu schützen. Wenn das Betriebssystem läuft, schützen Zugriffsrechte und vorgeschriebene Zugriffskontrollen (MAC) (siehe Kapitel 17) die Daten. Die Zugriffskontrollen des Betriebssystems schützen allerdings nicht vor einem Angreifer, der Zugriff auf den Rechner hat. Der Angreifer kann eine Festplatte einfach in ein anderes System einbauen und dort die Daten analysieren.

Die für FreeBSD verfügbaren kryptografischen Subsysteme GEOM Based Disk Encryption (gbde) und `geli` sind in der Lage, Daten auf Dateisystemen auch vor hoch motivierten Angreifern zu schützen, die über erhebliche Mittel verfügen. Dieser Schutz ist unabhängig von der Art und Weise, durch die ein Angreifer Zugang zu einer Festplatte oder zu einem Rechner erlangt hat. Im Gegensatz zu schwerfälligen Systemen, die einzelne Dateien verschlüsseln, verschlüsseln gbde und `geli` transparent ganze Dateisysteme. Auf der Festplatte werden dabei keine Daten im Klartext gespeichert.

## 19.16.1. Plattenverschlüsselung mit gbde

1. Wechseln sie zu `root`

   Sie benötigen Superuser-Rechte, um gbde einzurichten.

       % su -
       Password:

2. Aktivieren Sie gbde(4) in der Kernelkonfigurationsdatei

   Fügen Sie folgende Zeile in Ihre Kernelkonfigurationsdatei ein:

   `options GEOM_BDE`

   Übersetzen und installieren Sie den FreeBSD-Kernel wie in Kapitel 9 beschrieben.

   Starten sie das System neu, um den neuen Kernel zu benutzen.

3. Alternativ zur Neukompilierung des Kernels können Sie auch `kldload` verwenden, um das Kernelmodul gbde(4) zu laden:

       # kldload geom_bde

### 19.16.1.1. Einrichten eines verschlüsselten Dateisystems

Das folgende Beispiel beschreibt, wie ein Dateisystem auf einer neuen Festplatte verschlüsselt wird. Das Dateisystem wird in `/private` eingehangen. Mit gbde könnten auch `/home` und `/var/mail` verschlüsselt werden. Die dazu nötigen Schritte können allerdings in dieser Einführung nicht behandelt werden.

1. Installieren der Festplatte

   Installieren Sie die Festplatte wie in Abschnitt 19.3 beschrieben. Im Beispiel verwenden wir die Partition `/dev/ad4s1c`. Die Gerätedateien `/dev/ad0s1`*`` sind Standard-Partitionen des FreeBSD-Systems.

       # ls /dev/ad*
       /dev/ad0        /dev/ad0s1b     /dev/ad0s1e     /dev/ad4s1
       /dev/ad0s1      /dev/ad0s1c     /dev/ad0s1f     /dev/ad4s1c
       /dev/ad0s1a     /dev/ad0s1d     /dev/ad4

2. Verzeichnis für gbde-Lock-Dateien anlegen

       # mkdir /etc/gbde

   Die Lock-Dateien sind für den Zugriff von gbde auf verschlüsselte Partitionen notwendig. Ohne die Lock-Dateien können die Daten nur mit erheblichem manuellen Aufwand wieder entschlüsselt werden (dies wird auch von der Software nicht unterstützt). Jede verschlüsselte Partition benötigt eine gesonderte Lock-Datei.

3. Vorbereiten der gbde-Partition

   Eine von gbde benutzte Partition muss einmalig vorbereitet werden:

       # gbde init /dev/ad4s1c -i -L /etc/gbde/ad4s1c.lock

   gbde(8) öffnet eine Vorlage in Ihrem Editor, in der Sie verschiedene Optionen einstellen können. Setzen Sie `sector_size` auf `2048`, wenn Sie UFS1 oder UFS2 benutzen.

       # $FreeBSD: src/sbin/gbde/template.txt,v 1.1.36.1 2009/08/03 08:13:06 kensmith Exp $
       #
       # Sector size is the smallest unit of data which can be read or written.
       # Making it too small decreases performance and decreases available space.
       # Making it too large may prevent filesystems from working.  512 is the
       # minimum and always safe.  For UFS, use the fragment size
       #
       sector_size     =       2048
       [...]

   gbde(8) fragt dann zweimal eine Passphrase zum Schutz der Daten ab. Die Passphrase muss beides Mal gleich eingegeben werden. Die Sicherheit der Daten hängt alleine von der Qualität der gewählten Passphrase ab. [1]

   Mit `gbde init` wurde im Beispiel auch die Lock-Datei `/etc/gbde/ad4s1c.lock` angelegt. gbde-Lockdateien müssen die Dateiendung “.lock” aufweisen, damit sie von `/etc/rc.d/gbde`, dem Startskript von gbde, erkannt werden.

   > Achtung: Sichern Sie die Lock-Dateien von gbde immer zusammen mit den verschlüsselten Dateisystemen. Ein entschlossener Angreifer kann die Daten vielleicht auch ohne die Lock-Datei entschlüsseln. Ohne die Lock-Datei können Sie allerdings nicht auf die verschlüsselten Daten zugreifen. Dies ist nur noch mit erheblichem manuellen Aufwand möglich, der weder von gbde(8) noch seinem Entwickler unterstützt wird.

4. Einbinden der verschlüsselten Partition in den Kernel

       # gbde attach /dev/ad4s1c -l /etc/gbde/ad4s1c.lock

   Das Kommando fragt die Passphrase ab, die Sie beim Vorbereiten der Partition eingegeben haben. Das neue Gerät erscheint danach als `/dev/device_name.bde` im Verzeichnis `/dev`:

       # ls /dev/ad*
       /dev/ad0        /dev/ad0s1b     /dev/ad0s1e     /dev/ad4s1
       /dev/ad0s1      /dev/ad0s1c     /dev/ad0s1f     /dev/ad4s1c
       /dev/ad0s1a     /dev/ad0s1d     /dev/ad4        /dev/ad4s1c.bde

5. Dateisystem auf dem verschlüsselten Gerät anlegen

   Wenn der Kernel die verschlüsselte Partition kennt, können Sie ein Dateisystem auf ihr anlegen. Benutzen Sie dazu den Befehl newfs(8). Da ein Dateisystem vom Typ UFS2 sehr viel schneller als eins vom Typ UFS1 angelegt wird, empfehlen wir Ihnen, die Option `-O2` zu benutzen.

       # newfs -U -O2 /dev/ad4s1c.bde

   > Anmerkung: newfs(8) muss auf einer dem Kernel bekannten gbde-Partition (einem Gerät mit dem Namen ``*`.bde` laufen.

6. Einhängen der verschlüsselten Partition

   Legen Sie einen Mountpunkt für das verschlüsselte Dateisystem an:

       # mkdir /private

   Hängen Sie das verschlüsselte Dateisystem ein:

       # mount /dev/ad4s1c.bde /private

7. Überprüfen des verschlüsselten Dateisystem

   Das verschlüsselte Dateisystem sollte jetzt von df(1) erkannt werden und benutzt werden können.

       % df -H
       Filesystem        Size   Used  Avail Capacity  Mounted on
       /dev/ad0s1a      1037M    72M   883M     8%    /
       /devfs            1.0K   1.0K     0B   100%    /dev
       /dev/ad0s1f       8.1G    55K   7.5G     0%    /home
       /dev/ad0s1e      1037M   1.1M   953M     0%    /tmp
       /dev/ad0s1d       6.1G   1.9G   3.7G    35%    /usr
       /dev/ad4s1c.bde   150G   4.1K   138G     0%    /private

### 19.16.1.2. Einhängen eines existierenden verschlüsselten Dateisystems

Nach jedem Neustart müssen verschlüsselte Dateisysteme dem Kernel wieder bekannt gemacht werden, auf Fehler überprüft werden und eingehangen werden. Die dazu nötigen Befehle müssen als `root` durchgeführt werden.

1. gbde-Partition im Kernel bekannt geben

       # gbde attach /dev/ad4s1c -l /etc/gbde/ad4s1c.lock

   Das Kommando fragt nach der Passphrase, die Sie beim Vorbereiten der verschlüsselten gbde-Partition festgelegt haben.

2. Prüfen des Dateisystems

   Das verschlüsselte Dateisystem kann noch nicht automatisch über `/etc/fstab` eingehangen werden. Daher muss es vor dem Einhängen mit fsck(8) geprüft werden:

       # fsck -p -t ffs /dev/ad4s1c.bde

3. Einhängen des verschlüsselten Dateisystems

       # mount /dev/ad4s1c.bde /private

   Das verschlüsselte Dateisystem steht danach zur Verfügung.

#### 19.16.1.2.1. Verschlüsselte Dateisysteme automatisch einhängen

Mit einem Skript können verschlüsselte Dateisysteme automatisch bekannt gegeben, geprüft und eingehangen werden. Wir raten Ihnen allerdings aus Sicherheitsgründen davon ab. Starten Sie das Skript manuell an der Konsole oder in einer ssh(1)-Sitzung.

Zu diesem Zweck existiert ein `rc.d`-Skript, an das über Einträge in der Datei rc.conf(5) Argumente übergeben werden können. Dazu ein Beispiel:

    gbde_autoattach_all="YES"
    gbde_devices="ad4s1c"
    gbde_lockdir="/etc/gbde"

Durch diese Argumente muss beim Systemstart die gbde-Passphrase eingegeben werden. Erst nach Eingabe der korrekten Passphrase wird die gbde-verschlüsselte Partition automatisch in den Verzeichnisbaum eingehängt. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann nützlich, wenn Sie gbde auf einem Notebook einsetzen wollen.

### 19.16.1.3. Kryptografische Methoden von gbde

gbde(8) benutzt den 128-Bit AES im CBC-Modus, um die Daten eines Sektors zu verschlüsseln. Jeder Sektor einer Festplatte wird mit einem unterschiedlichen AES-Schlüssel verschlüsselt. Mehr Informationen, unter anderem wie die Schlüssel für einen Sektor aus der gegebenen Passphrase ermittelt werden, erhalten Sie in gbde(4).

### 19.16.1.4. Kompatibilität

sysinstall(8) kann nicht mit verschlüsselten gbde-Geräten umgehen. Vor dem Start von sysinstall(8) sind alle ``*`.bde`-Geräte zu deaktivieren, da sysinstall(8) sonst bei der Gerätesuche abstürzt. Das im Beispiel verwendete Gerät wird mit dem folgenden Befehl deaktiviert:

    # gbde detach /dev/ad4s1c

> Anmerkung: Sie können gbde nicht zusammen mit vinum benutzen, da vinum(4) das geom(4)-Subsystem nicht benutzt.

## 19.16.2. Plattenverschlüsselung mit `geli`

Beigetragen von Daniel Gerzo.

`geli` ist als alternative kryptografische GEOM-Klasse verfügbar und wird derzeit von Pawel Jakub Dawidek `<pjd@FreeBSD.org>` weiterentwickelt. `geli` unterscheidet sich von `gbde` durch unterschiedliche Fähigkeiten und einen unterschiedlichen Ansatz für die Verschlüsselung von Festplatten.

Die wichtigsten Merkmale von geli(8) sind:

- Der Einsatz des crypto(9)-Frameworks – verfügt das System über kryptografische Hardware, wird diese von `geli` automatisch verwendet.

- Die Unterstützung verschiedener kryptografischer Algorithmen (derzeit AES, Blowfish, sowie 3DES).

- Die Möglichkeit, die root-Partition zu verschlüsseln. Um auf die verschlüsselte root-Partition zugreifen zu können, muss beim Systemstart die Passphrase eingegeben werden.

- `geli` erlaubt den Einsatz von zwei voneinander unabhängigen Schlüsseln (etwa einem privaten “Schlüssel” und einem “Unternehmens-Schlüssel”).

- `geli` ist durch einfache Sektor-zu-Sektor-Verschlüsselung sehr schnell.

- Die Möglichkeit, Master-Keys zu sichern und wiederherzustellen. Wenn ein Benutzer seinen Schlüssel zerstört, kann er über seinen zuvor gesicherten Schlüssel wieder auf seine Daten zugreifen.

- `geli` erlaubt es, Platten mit einem zufälligen Einmal-Schlüssel einzusetzen, was insbesondere für Swap-Partitionen und temporäre Dateisysteme interessant ist.

Weitere Informationen zu den Fähigkeiten von `geli` finden Sie in geli(8).

Die folgenden Schritte beschreiben, wie Sie `geli` im FreeBSD-Kernel aktivieren und einen `geli`-Verschlüsselungs-Provider anlegen können.

Da Sie Ihren Kernel anpassen müssen, benötigen Sie außerdem `root`-Privilegien.

1. Aufnahme der `geli`-Unterstützung in Ihre Kernelkonfigurationsdatei

   Fügen Sie die folgenden Zeilen in Ihre Kernelkonfigurationsdatei ein:

       options GEOM_ELI
       device crypto

   Bauen und installieren Sie Ihren neuen Kernel wie in Kapitel 9 beschrieben.

   Alternativ können Sie aber auch das `geli`-Kernelmodul beim Systemstart laden. Dazu fügen Sie die folgende Zeile in `/boot/loader.conf` ein:

       geom_eli_load="YES"

   Ab sofort wird geli(8) vom Kernel unterstützt.

2. Erzeugen des Master-Keys

   Das folgende Beispiel beschreibt, wie Sie eine Schlüsseldatei erzeugen, die als Teil des Master-Keys für den Verschlüsselungs-Provider verwendet wird, der unter `/private` in den Verzeichnisbaum eingehängt (“gemountet”) wird. Diese Schlüsseldatei liefert zufällige Daten, die für die Verschlüsselung des Master-Keys benötigt werden. Zusätzlich wird der Master-Key durch eine Passphrase geschützt. Die Sektorgröße des Providers beträgt 4 KB. Außerdem wird beschrieben, wie Sie einen `geli`-Provider aktivieren, ein vom ihm verwaltetes Dateisystem erzeugen, es mounten, mit ihm arbeiten und wie Sie es schließlich wieder unmounten und den Provider deaktivieren.

   Um eine bessere Leistung zu erzielen, sollten Sie eine größere Sektorgröße (beispielsweise 4 KB) verwenden.

   Der Master-Key wird durch eine Passphrase sowie die Daten der Schlüsseldatei (die von `/dev/random` stammen) geschützt. Die Sektorgröße von `/dev/da2.eli` (das als Provider bezeichnet wird) beträgt 4 KB.

       # dd if=/dev/random of=/root/da2.key bs=64 count=1
       # geli init -s 4096 -K /root/da2.key /dev/da2
       Enter new passphrase:
       Reenter new passphrase:

   Es ist nicht zwingend nötig, sowohl eine Passphrase als auch eine Schlüsseldatei zu verwenden. Die einzelnen Methoden können auch unabhängig voneinander eingesetzt werden.

   Wird für die Schlüsseldatei der Wert “-” angegeben, wird dafür die Standardeingabe verwendet. Das folgende Beispiel zeigt, dass Sie auch mehr als eine Schlüsseldatei verwenden können.

       # cat keyfile1 keyfile2 keyfile3 | geli init -K - /dev/da2

3. Aktivieren des Providers mit dem erzeugten Schlüssel

       # geli attach -k /root/da2.key /dev/da2
       Enter passphrase:

   Dadurch wird die (Normaltext-)Gerätedatei `/dev/`da2`.eli` angelegt.

       # ls /dev/da2*
       /dev/da2  /dev/da2.eli

4. Das neue Dateisystem erzeugen

       # dd if=/dev/random of=/dev/da2.eli bs=1m
       # newfs /dev/da2.eli
       # mount /dev/da2.eli /private

   Das verschlüsselte Dateisystem wird nun von df(1) angezeigt und kann ab sofort eingesetzt werden.

       # df -H
       Filesystem     Size   Used  Avail Capacity  Mounted on
       /dev/ad0s1a    248M    89M   139M    38%    /
       /devfs         1.0K   1.0K     0B   100%    /dev
       /dev/ad0s1f    7.7G   2.3G   4.9G    32%    /usr
       /dev/ad0s1d    989M   1.5M   909M     0%    /tmp
       /dev/ad0s1e    3.9G   1.3G   2.3G    35%    /var
       /dev/da2.eli   150G   4.1K   138G     0%    /private

5. Das Dateisystem unmounten und den Provider deaktivieren

   Wenn Sie nicht mehr mit dem verschlüsselten Dateisystem arbeiten und die unter `/private` eingehängte Partition daher nicht mehr benötigen, sollten Sie diese unmounten und den `geli`-Verschlüsselungs-Provider wieder deaktivieren.

       # umount /private
       # geli detach da2.eli

Weitere Informationen zum Einsatz von `geli` finden Sie in geli(8).

### 19.16.2.1. Der Einsatz des `geli`- `rc.d`-Skripts

`geli` verfügt über ein `rc.d`-Skript, das den Einsatz von `geli` deutlich vereinfacht. Es folgt nun ein Beispiel, in dem `geli` über die Datei rc.conf(5) konfiguriert wird:

    geli_devices="da2"
    geli_da2_flags="-p -k /root/da2.key"

Durch diese Einträge wird `/dev/da2` als `geli`-Provider festgelegt. Der Master-Key befindet sich in `/root/da2.key`. Beim Aktivieren des `geli`-Providers wird keine Passphrase abgefragt (beachten Sie, dass dies nur dann möglich ist, wenn Sie `geli` mit dem Parameter `-P` initialisieren). Wird das System heruntergefahren, wird der `geli`-Provider zuvor deaktiviert.

Weitere Informationen zur Konfiguration der `rc.d`-Skripten finden Sie im Abschnitt rc.d des Handbuchs.

### Fußnoten

[1] | Die Auswahl einer sicheren und leicht zu merkenden Passphrase wird auf der Webseite Diceware Passphrase beschrieben.

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