Linux LUKS: шифрование дисков и разделов

LUKS (Linux Unified Key Setup) — стандарт шифрования дисков в Linux, построенный поверх dm-crypt — модуля ядра для блочного шифрования. Схема такая: dm-crypt шифрует данные, LUKS управляет ключами и метаданными шифрования.

Почему LUKS, а не просто dm-crypt? Потому что LUKS хранит заголовок с параметрами шифрования прямо в начале зашифрованного раздела. Это позволяет иметь несколько ключей (до 32 в LUKS2), менять их не расшифровывая данные, и переносить зашифрованный диск между системами.

Сценарии применения LUKS в нашей практике:

• Шифрование данных на ноутбуках сотрудников — защита при краже
• Зашифрованные разделы с персональными данными клиентов (152-ФЗ)
• Шифрование backup-дисков, которые вывозятся offsite
• Защита данных на серверах в ненадёжных дата-центрах

Разберём полный цикл: создание LUKS-раздела, форматирование, монтирование.

Перед luksFormat я делаю три вещи. Первая — размечаю диск и проверяю, что работаю с нужным устройством: lsblk -f показывает, нет ли на разделе файловой системы с данными. Команда luksFormat перезаписывает заголовок без возможности отката. Вторая — смотрю, какие значения по умолчанию собраны в моей версии cryptsetup: cryptsetup --help в конце выводит формат, шифр, размер ключа и PBKDF для LUKS1 и LUKS2. По man-странице cryptsetup-luksFormat формат по умолчанию — LUKS2, так что --type luks2 в примере ниже — скорее для наглядности. Третья — прогоняю cryptsetup benchmark: он измеряет скорость шифров и PBKDF в памяти. Документация прямо предупреждает, что реальную скорость диска по нему не предсказать, но понять, есть ли аппаратное ускорение AES, можно сразу.

# Разметка диска под один раздел на весь объём
parted /dev/sdb --script mklabel gpt mkpart primary 0% 100%

# Какие параметры cryptsetup использует по умолчанию
cryptsetup --help | tail -n 15

# Скорость шифров и PBKDF на этом CPU
cryptsetup benchmark

Для LUKS2 я сразу задаю метку контейнера через --label: её видно в luksDump и в udev, и через год проще понять, что это за диск. Размер сектора шифрования (--sector-size, от 512 до 4096 байт) cryptsetup по умолчанию подбирает по физическому сектору устройства, и на дисках 4Kn и 512e это 4096 байт — вручную я его не трогаю.

У LUKS до 32 слотов ключей (в LUKS2). Можно иметь основной пароль, резервный пароль, ключевой файл для автомонтирования — всё одновременно.

Серверу нужно монтировать зашифрованные разделы при загрузке. Для этого — файл /etc/crypttab в паре с /etc/fstab.

LUKS2 — более новая версия стандарта с улучшенной защитой заголовка и дополнительными возможностями.

На практике три возможности LUKS2 я использую чаще всего.

Перешифрование без переноса данных. cryptsetup reencrypt умеет менять мастер-ключ или шифр прямо на месте. Если устройство открыто, перешифрование идёт онлайн, без отключения файловой системы; если прервалось из-за сбоя питания, восстановление запускается автоматически при следующем open или вручную через cryptsetup repair. Можно и зашифровать существующий раздел с данными: по man-странице нужно, чтобы последние 32 МиБ устройства были свободны (--reduce-device-size 32m). Перед такой операцией у меня всегда есть полная копия данных — документация требует того же.

# Сменить мастер-ключ (например, после увольнения администратора)
cryptsetup reencrypt /dev/sdb1

# Зашифровать раздел с данными на месте (сначала уменьшить ФС на 32 МиБ)
cryptsetup reencrypt --encrypt --type luks2 --reduce-device-size 32m /dev/sdc1

Переход с LUKS1 на LUKS2. Старые контейнеры конвертируются командой cryptsetup convert --type luks2 /dev/sdb1. Устройство при этом должно быть закрыто, а перед конвертацией обязательна резервная копия заголовка: man-страница предупреждает, что сбой во время операции может его уничтожить.

Токены вместо паролей. systemd-cryptenroll работает только с LUKS2 — метаданные токенов он хранит в JSON-области заголовка. Кроме TPM2, я добавляю в каждый контейнер ключ восстановления и, где есть, FIDO2-ключ:

# Ключ восстановления: генерируется машиной, высокая энтропия
systemd-cryptenroll --recovery-key /dev/sdb1

# FIDO2-токен с расширением hmac-secret (например, YubiKey)
systemd-cryptenroll --fido2-device=auto /dev/sdb1

# TPM2 плюс PIN — защита от загрузки украденного ноутбука
systemd-cryptenroll --tpm2-device=auto --tpm2-with-pin=yes /dev/sdb1

# Удалить все слоты с паролем после проверки токенов
systemd-cryptenroll --wipe-slot=password /dev/sdb1

Чтобы том разблокировался токеном при загрузке, в /etc/crypttab в поле опций добавляю tpm2-device=auto или fido2-device=auto. --tpm2-with-pin по умолчанию выключен; на ноутбуках я его включаю, иначе украденный компьютер загрузится и расшифрует диск сам.

Зашифрованный диск, который не открывается после перезагрузки, хуже незашифрованного. Поэтому после настройки я прохожу короткий чек-лист:

• cryptsetup isLuks /dev/sdb1 && echo LUKS — устройство действительно отформатировано как LUKS;
• cryptsetup luksDump /dev/sdb1 — версия формата, шифр, занятые слоты и PBKDF каждого слота (для LUKS2 я жду argon2id);
• cryptsetup status mydata — состояние открытого маппинга и устройство под ним;
• каждый пароль и keyfile проверяю отдельно: cryptsetup open --test-passphrase --key-slot N /dev/sdb1;
• перезагрузка сервера с проверкой, что crypttab и fstab отработали и точка монтирования на месте.

Ошибки, которые встречаю чаще всего:

• Копия заголовка лежит на том же диске. Файл от luksHeaderBackup содержит заголовок и области слотов ключей — я храню его отдельно и зашифрованным, иначе при отказе диска он пропадёт вместе с данными.
• Опция discard на SSD без раздумий. Документация crypttab прямо пишет: discard ускоряет работу SSD, но имеет последствия для безопасности. В man cryptsetup-open уточнено, какие: по отброшенным блокам можно восстановить тип файловой системы и объём занятого места. Для ноутбуков с персональными данными я её не включаю.
• Удалён последний рабочий слот. Перед luksKillSlot или --wipe-slot всегда проверяю, что оставшийся ключ открывает контейнер.
• Путаница erase и close. cryptsetup erase (старое имя — luksErase) стирает все слоты ключей, и без копии заголовка контейнер становится недоступен навсегда. Для отключения диска нужен close.