Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks -Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – II – Vorüberlegungen zur Virtualisierung

Ich widme mich in dieser der Verschlüsselung eines Laptops unter Opensuse Leap 15.0. Das ist nicht nur technisch interessant. Eine wichtige Motivation sind Auflagen, die ich als Freelancer gegenüber Auftraggebern erfüllen muss, um der DSGVO “auf dem Stand der Technik” gerecht zu werden. Da ich regelmäßig mit personenbezogenen Daten der Unternehmen konfrontiert bin, gab es hier keine Ausnahmeregelungen für KMU. Bei einer Analyse der technischen Anforderungen merkt man schnell, dass sich die Sicherheit sensibler Daten auf der Ebene der Datenhaltung nicht allein durch die Bereitstellung von verschlüsselten Containern oder einzelner Partitionen/Volumes erreichen lässt. Im letzten Beitrag

Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks -Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – I – Vorüberlegungen

hatte ich daher einige Argumente für eine Voll-Verschlüsselung zusammengestellt. Ein Punkt, auf den ich dabei noch nicht eingegangen bin, ist das Thema Virtualisierung: Ein moderner Laptop kann selbstverständlich auch als Host für virtualisierte Gastsysteme eingesetzt werden.

Ein typischer Anwendungsfall für einen Freelancer, der primär auf Linux setzt, ist die Virtualisierung von MS-Windows-Gastsystemen. (Leider braucht man für die effiziente Kooperation mit den meisten Kunden ja weiterhin MS-Windows Programme 🙁 ) Weil wir gerade dabei sind: Als Linux-Profi ist man sich hoffentlich der Tatsache bewusst, dass virtualisierte Windows-10-Clients in Standardausführung zumindest potentiell eine Bedrohung der gesamten Geheimhaltungskette darstellen können (https://www.lda.bayern.de/media/windows_10_report.pdf; Heise Artikel zum Bundesclient). Wir werden dieser Problematik im Rahmen der Artikelserie noch mal gesondert Raum widmen müssen.

Virtualisierung ist aber auch ein gutes Mittel zur Separation von Arbeits- und Kunden-Domänen. Das betrifft einerseits eine getrennte Haltung und Bearbeitung der Daten spezifischer Kunden; es betrifft aber auch die Kommunikations- und Netzwerkfähigkeiten der kundenbezogenen Gastsyteme: Man kann die Netzwerk-Kommunikation von Gastsystemen für den kundenbezogenen Einsatz auf ganz bestimmte Server – z.B. die des Kunden – einschränken und entsprechende ausgehende und eingehende Verbindungen überwachen.

Web-Browsing und den nicht kundenbezogenen Mail-Verkehr verlagert man dagegen auf einen anderen abgegrenzten Gast des Laptop-Hosts mit minimaler Ausstattung. Nebenbei: Die Abtrennung von Prozessen und Daten von Gästen gegeneinander und gegenüber dem Host ist bei KVM/QEMU-Vollvirtualisierung deutlich besser gewährleistet als bei Containern.

Voll-Virtualisierung bietet also zusätzliche Möglichkeiten, die Sicherheit der Interaktion mit Kundensystemen insgesamt zu verbessern. Man sollte das Thema deshalb im Kontext einer Verschlüsselungsstrategie berücksichtigen. Ich gehe im vorliegenden Beitrag allerdings nur auf einige Aspekte des Themas “Virtualisierung und Verschlüsselung” ein. Ich bezeichne dabei – wie im letzten Beitrag – sowohl LVM-Volums als auch echte Partitionen als “Volumes”. Das root-Filesystem kürze ich mit “/”-FS ab.

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Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks – Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – I – Vorüberlegungen

Eine Verschlüsselung von Daten auf Laptops ist in Zeiten der DSGVO Pflicht, da Laptops verloren gehen oder gestohlen werden können. Mein in die Jahre gekommener Laptop benötigt eh’ eine neue SSD. Zudem muss ich auf Opensuse Leap 15 wechseln. Gute Anlässe, einmal die Verschlüsselung von Betriebssystem- und Daten-Partitionen unter Opensuse Leap 15 zu testen.

Die meisten Linux-Profis setzen die Kombination “dm-crypt/LUKS” zur Verschlüsselung von Partitionen oder Volumes ein. Dabei spielen verschiedene Parameter eine Rolle, für die unter Opensuse normalerweise der YaST-basierte Partitioner Default-Werte vorgibt.
Ich nahm mir allerdings die Freiheit, die LUKS-Partitionen selbst mit eigener Parameter-Setzung vorzubereiten. Danach wurde das ganze Unternehmen unerwartet abenteuerlich und es taten sich etliche Falltüren auf. Es gab u.a. Probleme mit dem SuSE-Installer; nicht mehr bootfähige Systeme, nicht funktionales Kryptographie-Setup, Dracut-Probleme sind nur einige Stichworte. Man glaubt, man hat eine Lösung und schon zieht ein Neuinstallieren des Bootloaders über YaST alles wieder in den Abgrund.

Ich denke, das Thema “Voll-Verschlüsselung eines Linux-Laptops” ist einige Blog-Posts wert … Viele der angestellten Überlegungen und Vorgehensweisen können auch auf Desktops oder einfache Server übertragen werden.

Der ganze Themenkreis erfordert neben praktischen Installations- und Konfigurations-Schritten einige “theoretische” Vorüberlegungen. Verschlüsselung allein bietet keine hinreichende Sicherheit … man muss u.a. auch an Konsequenzen für den praktischen Betrieb des Systems denken – besonders im falle von Laptops. Zudem kann man sehr verschiedene Wege bzgl. des System-Layouts einschlagen. Einige wichtige unter vielen Variationsmöglichkeiten ergeben sich etwa aus der Beantwortung folgender fragen:

  • Vollverschlüsselung unter Einschluss des root-Filesystems oder Einsatz von Daten-Containern?
  • Vollverschlüsselung des Hosts oder nur darunter virtualisierter Systeme?
  • LVM on LUKS oder LUKS on LVM?

Die entsprechende System-Konfiguration erfordert meist Entscheidungen im Vorfeld der praktischen Installation. Ich beginne die Artikelserie deshalb it einer Reihe grundsätzlicher Überlegungen, die praktische Auswirkungen auf die Sicherheit der Daten haben.

Um eine ständige Unterscheidung zwischen LVM-Volumes und Partitionen zu vermeiden, spreche ich nachfolgend generell von “Volumes“. An den Stellen, wo die Unterscheidung wichtig wird, werde ich sie explizit treffen. “Betriebssystem” kürze ich im Weiteren mit OS ab. Das root-Filesystem kürze ich mit “/”-FS ab.

Ich setze ein grundlegendes Verständnis der Arbeitsweise von LUKS voraus. Für Grundlagen können Interessierte einen Blick in frühere Blog-Posts werfen; dort sind auch Links zu weiterführender Literatur im Internet angegeben:
dm-crypt/Luks – Begriffe, Funktionsweise und die Rolle des Hash-Verfahrens – I
dm-crypt/Luks – Begriffe, Funktionsweise und die Rolle des Hash-Verfahrens – II

Unterscheidung Vollverschlüsselung – Teilverschlüsselung

Wir unterscheiden im Folgenden zwischen Voll- und Teil-Verschlüsselung. Unter einer Voll-Verschlüsselung verstehe ich einen Ansatz, in dem

  • sowohl das Volume für das OS, mit dem auf die zu schützenden Daten zugegriffen wird,
  • als auch separate Volumes zur Lagerung der zu schützenden Daten,
  • als
    auch Swap-Volumes

verschlüsselt werden. Bei Abweichungen spreche ich von Teil-Verschlüsselung.

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dm-crypt/Luks – Begriffe, Funktionsweise und die Rolle des Hash-Verfahrens – II

Im letzten Post
dm-crypt/Luks – Begriffe, Funktionsweise und die Rolle des Hash-Verfahrens – I
bin ich auf ein paar wichtige Elemente und die Funktionsweise von LUKS eingegangen. Auf dieser Grundlage können wir uns nun ein paar Gedanken zum Einsatz von Hash-Verfahren – wie etwa SHA – im Rahmen von LUKS machen.

Folgendes hatten wir bereits herausgearbeitet:
Unter LUKS muss ein PBKDF-Verfahren aus einer beliebig langen Zugangs-Passphrase eine Byte-Sequenz definierter Länge berechnen. PBKDF steht dabei für “Password-based Key Definition Function”; konkret verwendet LUKS1 die Funktion PBKDF2 (RFC2898). Den Ergebnisstring von PBKDF2 hatte ich im letzten Beitrag “PB-Key” genannt. Bitte beachtet: “PB-Key” ist keine offizieller Begriff aus dem LUKS Wortschatz. Ich verwende den Begriff hier im Blog lediglich zur klaren Unterscheidung von anderen LUKS-Keys. Der PB-Key wird zur Ent-/Ver-Schlüsselung des sog. “Master-Keys” [MK] eingesetzt. Der Master-Key wird bei der Initialisierung eines LUKS-Devices zufällig erzeugt und später in einem symmetrischen Krypto-Verfahren zur Verschlüsselung der geheim zu haltenden Daten des Devices herangezogen. Der PB-Key ist im normalen Betrieb also nur ein Hilfsmittel, um den zentralen Master-Key zu ermitteln. Nichtsdestoweniger hängt die Sicherheit des Systems maßgeblich am PBKDF.

Das Erzeugen eines Strings definierter Länge (hier des PB-Keys) aus einem beliebig langen String (hier: der Passphrase) ist eine klassische Aufgabe von Hash-Algorithmen. Wir vermuten also (zu Recht!), dass LUKS im Rahmen des PBKDF Hash-Verfahren benutzen muss. Tatsächlich war das über lange Zeit default-mäßig SHA-1. Siehe etwa die Git-Hub-Dokumentation zu dm-crypt/Luks; unter dem Punkt 5 “Security Aspects” kann man dort lesen, dass LUKS standardmäßig SHA-1 einsetzt
(https://gitlab.com/cryptsetup/cryptsetup/wikis/FrequentlyAskedQuestions).

Nun gilt aber SHA-1 schon seit längerer Zeit als unsicher. Deshalb findet man im Internet zahlreiche besorgte Diskussionen zum Einsatz von SHA-1 unter LUKS (s. die vielen Links am Ende des Artikels). Wie ist dieses Thema zu beurteilen? Diese Frage hat auch mich als Anwender beschäftigt – u.a. auch wegen der Anforderung der DSGVO, als Dienstleister im regelmäßigen Umgang mit personenbezogenen Daten Sicherheit auf dem Stand der Technik zu belegen. Ich hatte aber auch ein grundsätzliches Interesse an dem Thema.

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