Laptop – SSD mit dm-crypt/Luks -Verschlüsselung und Opensuse Leap 15 – III – Zugriffs-Layer

In den letzten Beiträgen dieser Serie

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

hatten wir Vorüberlegungen zur Verschlüsselung eines Laptops angestellt. Wie in den früheren Beiträgen auch bezeichne ich nachfolgend sowohl Partitionen als auch LVM-Volumes als "Volumes". Wenn eine Unterscheidung notwendig ist, werde ich die explizit treffen. Für das root-Filesystem benutze ich die Abkürzung "/"-FS.

Das wichtigste Ergebnis unserer bisherigen Überlegungen war, dass wir das System, auf dem wir mit den zu schützenden Kundendaten arbeiten, voll verschlüsseln müssen. Das bedeutet, dass wir sowohl das Volume für das "/"-FS, als auch den SWAP sowie auch alle Volumes für Daten verschlüsseln. Es reicht nicht, mit Datencontainern zu arbeiten.

Unser zweites Ergebnis war: Wir sollten diesen Ansatz auf einem Virtualisierungs-System (LVM/QEMU, LXC) zur Sicherheit sowohl auf die Volumes anwenden, die der Host selbst nutzt, als auch auf alle Volumes, die von den Betriebssystemen der Gäste genutzt oder zusätzlich gemountet werden. Sprich: Auch der Virtualisierungshost muss voll-verschlüsselt werden (Root-Filesystem, Swap (!), Daten-Volumes). Es gibt zu viele Faktoren, durch die Inhalte der Gastsysteme auf Host-Filesysteme geraten können.

Wir hatten ferner diskutiert, dass im Prinzip sowohl das Host-System auf dem Laptop als auch die Gast-Systeme selbst ihren Teil zur Verschlüsselung beitragen können. Dieses Thema hat nicht zuletzt auch mit der Schichtung der Zugriffsverfahren auf Storage-Devices und Filesysteme zu tun: Jeder, der mit Linux professionell arbeitet, nutzt früher oder später LVM, um bzgl. der Anpassung der Größe von Filesystemen für Hosts und Gäste flexibel zu werden. Wie bringt man LVM mit der LUKS-Verschlüsselung zusammen? Wie stellt sich das im Fall von Virtualisierung dar?

Ein anderer für die Praxis wichtiger Punkt ist die Kompatibilität von Verschlüsselungsverfahren für Volumes mit Boot-Managern und auch systemd. Kann der unter Linux wohl hauptsächlich eingesetzte Grub2-Manager mit verschachtelten LVM/LUKS- oder LUKS/LVM-Strukturen auf Block-Devices umgehen?

Der nachfolgende Artikel geht aus grundlegender Perspektive auf diese Fragestellungen ein. Spätere Artikel widmen sich dann der praktischen Umsetzung.

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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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