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System verschlüsseln

Dieser Artikel wurde für die folgenden Ubuntu-Versionen getestet:

Artikel für fortgeschrittene Anwender

Dieser Artikel erfordert mehr Erfahrung im Umgang mit Linux und ist daher nur für fortgeschrittene Benutzer gedacht.

Achtung!

Das Verschlüsseln von Daten kann der Sicherheit bei der Wahrung der Privatsphäre oder sensibler Daten dienen, beinhaltet aber in der Konsequenz, dass eine eventuell zukünftig notwendige Datenrettung durch eine manuelle Entschlüsselung erschwert werden kann. Eine Entscheidung für oder gegen eine Datenverschlüsselung sollte daher nicht leichtfertig erfolgen. Empfohlen wird eine individuelle Nutzen-Risiko-Abwägung bezogen auf Anwendungsbereich, Computerkenntnisse des Nutzers oder ähnliche Faktoren, um die Gefahr eines späteren Datenverlusts zu minimieren.

Hinweis:

Ohne ein sicheres Kennwort nutzt die stärkste Verschlüsselung nicht! Wie man Passwörter am besten wählt, steht hier: Sicherheits 1x1

Mit dieser Anleitung wird Ubuntu bis auf die Boot-Partition, die nur den Kernel und Bootloader enthält, in einem verschlüsselten Bereich installiert. Es wird der Logical Volume Manager eingesetzt, da mit diesem beim Start nur eine Passworteingabe nötig ist, der Ruhezustand (S4) noch funktioniert und er, was die Partitionierung angeht, sehr flexibel ist.

Hinweis:

LVM ist eine Speziallösung, die in erster Linie für Server sowie Desktops mit mehr als einer Festplatte interessant sind. Für Desktops mit nur einer Festplatte oder Notebooks sollte die normale Partitionierungsmethode verwendet werden!

Alternativ ist es auch möglich, das System ohne LVM zu verschlüsseln, jedoch ist diese Variante weniger flexibel, was nachträgliche Partitionsänderungen angeht. Außerdem kann man das System auch mit der nicht-grafischen Installation verschlüsseln, was die Option der Wahl ist, wenn keine Internet-Verbindung zur Verfügung steht.

Eine Variante, bei der das System wahlweise per Passwort oder externem Medium entschlüsselt werden kann, findet sich in System-Entschlüsselung mit SD-Karte oder Passwort.

Vorbereitungen

Wenn sich auf dem Computer schon ein Betriebssystem (wie beispielsweise Windows, Mac OS oder ein anderes Linux-System) oder wichtige Daten befinden, sollte von den wichtigen Daten unbedingt eine Sicherung erstellt werden. Wie bei jeder Veränderung am Computer kann immer auch etwas schiefgehen.

Zur Installation wird die normale Desktop-CD benötigt. Diese einfach booten [1]. Nachdem das Live-System geladen wurde, jedoch nicht das Installationsprogramm ausführen. Es wird zwingend eine funktionierende Internetverbindung [2] benötigt, da Programme nachinstalliert werden müssen.

Software und Kernelmodule laden

Bei älteren Versionen unterstützt die Desktop-CD von Haus aus kein LVM. Mindestens seit 13.10 ist die Unterstützung aber vorhanden. Bei älteren Versionen kann man dies durch die Installation des folgenden Pakets [3] korrigieren:

  • lvm2

Wiki/Vorlagen/Installbutton/button.png mit apturl

Paketliste zum Kopieren:

sudo apt-get install lvm2 

sudo aptitude install lvm2 

Hinweis:

Alle folgenden Befehle benötigen Root-Rechte. Man sollte also entweder immer sudo vor das betreffende Kommando setzen oder mit sudo -s Root-Status erlangen!

Partitionierung

Hinweis:

/dev/sdX1 bzw. /dev/sdX2 müssen im folgenden immer durch die tatsächlichen Bezeichnung[10] der Partitionen ersetzt werden!

Zwei Partitionen werden benötigt [5]:

  • /dev/sdX1 (ext4)

    • Boot-Partition (unverschlüsselt)

    • Größe: mindestens 120 MB (mehr ist im Regelfall aber nicht nötig ggf. müssen nur nach einigen Updates alte Kernelpakete deinstalliert werden)

  • /dev/sdX2 (unformatiert)

    • verschlüsseltes LVM-Volume

    • Größe: üblicherweise der verfügbare Rest, aber mindestens 8 GB (root + Arbeitsspeicher)

Verschlüsselung der Partition

Achtung!

Es ist aus Sicherheitsgründen empfehlenswert, die Partition ein Mal mit Zufallszahlen zu überschreiben, vor allen Dingen, wenn auf dieser vorher unverschlüsselte Daten gespeichert waren. [8] Ansonsten sind unter Umständen viele Dateien nach dem Verschlüsseln noch auslesbar.

Daraufhin wird in der großen Partition ein LUKS-Medium erstellt und anschließend mit dem Namen lvm geöffnet [6]. Beim Einsatz von XTS mit 256 Bit AES sähen die Befehle [4] wie folgt aus:

cryptsetup -c aes-xts-plain64 -s 512 luksFormat /dev/sdX2
cryptsetup luksOpen /dev/sdX2 lukslvm 

XTS benötigt einen Verwaltungsschlüssel mit einer Länge von 128 oder 256 Bit. Die Länge des Verwaltungsschlüssels muss zur Schlüssellänge hinzuaddiert werden. Mit AES sind also Gesamtschlüssellängen von 256, 320, 384, 448 oder 512 Bit möglich.

Erstellung der LVM-Partitionen

Mit folgenden Befehlen [4] wird das LVM-Volume in der verschlüsselten Partition erzeugt.[7]

pvcreate /dev/mapper/lukslvm
vgcreate vgubuntu /dev/mapper/lukslvm 

Bei einer Standard-Installation von Ubuntu werden zwei Partitionen angelegt, eine für den Swap-Speicher - üblicherweise das ca. 1,3fache des RAMs, also bei 1024 MB Arbeitsspeicher knapp 1300 MB - und eine für das Root-Dateisystem mit dem restlichen Speicherplatz. Diese werden wie folgt als Logical Volume [7] erstellt:

lvcreate -L 1300M -n swap vgubuntu
lvcreate -l 100%FREE -n root vgubuntu 

Sollten noch weitere Partitionen benötigt werden, können diese genauso eingerichtet werden. Natürlich darf dann für root nicht 100% des verfügbaren Platzes vergeben werden.

Wegen Problemen mit dem Live-CD-Installer müssen alle Partitionen vorher manuell formatiert werden:

mkswap /dev/mapper/vgubuntu-swap
mkfs.ext4 /dev/mapper/vgubuntu-root 

Installation

Partitionierung.png

Danach wird das Installationsprogramm gestartet [1] und mit diesem bis Schritt 4 fortgefahren, bei dem die "manuelle Partitionierung" ausgewählt wird.

Im nächsten Installationspunkt werden die folgenden Partitionen jeweils mit einem Doppelklick auf die entsprechenden Einträge konfiguriert. Die Swap-Partition braucht nicht ausgewählt zu werden, da sie automatisch erkannt wird.

  • /dev/sdX1

    • Boot-Partition

    • Dateisystem: ext4

    • Formatieren: ja

    • Einhängepunkt: /boot

  • /dev/mapper/vgubuntu-root

    • Root-Partition

    • Dateisystem: ext4 oder gewünschtes Linux-Dateisystem

    • Formatieren: ja

    • Einhängepunkt: /

Danach wird gemäß Anleitung [1] mit der Installation fortgefahren, jedoch nach dem Abschluss der Installation nicht neugestartet.

Achtung!

Eventuelle Änderungen an Partitionen können nicht mehr rückgängig gemacht werden!

Experten-Info:

Sollte parallel Windows installiert und mit TrueCrypt verschlüsselt worden sein, wird GRUB in die Boot-Partition /dev/sdX1 anstelle des MBRs installiert. Das wird im Installations-Punkt 7 unter "Erweitert" eingestellt. Dort wird anstelle von hd0 die Boot-Partition ausgewählt. GRUB erscheint dann, sobald Esc im Truecrypt-Bootloader gedrückt wird.

Ins verschlüsselte System wechseln

Hinweis:

Alle folgenden Befehle müssen in ein und demselben Terminal [4] ausgeführt werden.

Um die nötigen Anpassungen vorzunehmen, wird mittels chroot in das eigentliche, verschlüsselte System gewechselt. Das geschieht durch die Eingabe der folgenden Befehle:

mount /dev/mapper/vgubuntu-root /mnt
mount /dev/sdX1 /mnt/boot
mount -o rbind /dev /mnt/dev
mount -t proc proc /mnt/proc
mount -t sysfs sys /mnt/sys
cp /etc/resolv.conf /mnt/etc/resolv.conf
chroot /mnt /bin/bash 

Software installieren

Die benötigten Pakete werden mit diesem Befehl [4] installiert:

apt-get install cryptsetup lvm2 

/etc/crypttab editieren

Hinweis:

Gegebenenfalls ist die Datei /etc/crypttab noch nicht vorhanden. Mit der unten beschriebenen kompakten Methode lässt diese sich einfach erstellen.

Grundsätzlich ist die crypttab wie folgt aufgebaut:

1
<target name>	<source device>		<key file>	<options>

Zuerst muss die UUID der verschlüsselten Partition ermittelt werden. Das geschieht mit folgendem Befehl:

blkid /dev/sdX2 

Daraufhin wird mit dieser Eingabe die nötige Zeile in /etc/crypttab eingefügt, wobei <VOLUME_ID> vorher durch die ermittelte UUID ersetzt werden muss (falls zuvor, beim Öffnen der verschlüsselten Partition mit luksOpen, ein anderer Name als lukslvm angegeben wurde, dann muss genau dieser eingetragen werden - weicht der Eintrag in /etc/crypttab vom aktuell verwendeten Namen ab, kann beim Neustart die Partition nicht entschlüsselt werden):

echo "lukslvm UUID=<VOLUME_ID> none luks" >> /etc/crypttab 

Neuere Versionen von cryptsetup können die UUID auch selbst ermitteln:

cryptsetup luksUUID /dev/sdXY 

oder kompakt:

printf "lukslvm\tUUID="%s"\tnone\tluks\n" "$(cryptsetup luksUUID /dev/sdXY)" | tee -a /etc/crypttab 

/etc/modules editieren

Nun muss noch unter /etc/modules das dm-crypt-Modul hinzugefügt werden, falls es dort noch nicht existiert:

echo "dm-crypt" >> /etc/modules 

/etc/initramfs-tools/modules editieren

In Version 13.10 (Saucy Salamander) werden einige USB-Tastaturen nicht erkannt, sodass beim Booten eine Passwort-Eingabe nicht möglich ist. Deshalb wird das Modul ohci_pci in /etc/initramfs-tools/modules eingetragen

echo "ohci_pci" >> /etc/initramfs-tools/modules 

und die Kernel-Initramfs aktualisiert:

update-initramfs -u -k all 

Wird nicht der Standard-Kernel (Generic) verwendet, muss man ggf. über die Initramfs dafür sorgen, dass während des Bootvorgangs alle benötigten Module vorhanden sind:

echo "aes" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "aes_i586" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "aes_x86_64" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "aes_generic" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "dm-crypt" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "dm-mod" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "sha256" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "sha256_generic" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "lrw" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "xts" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "crypto_blkcipher" >> /etc/initramfs-tools/modules
echo "gf128mul" >> /etc/initramfs-tools/modules 

Kernel-Initramfs aktualisieren

Um die Änderungen an der crypttab zu übernehmen, muss noch

update-initramfs -u -k all 

ausgeführt werden.

GRUB-Konfiguration aktualisieren/überprüfen

Wenn die root-Partition mit aktiviertem "data journaling" gemountet werden soll, muss bereits beim Kernelstart ein entsprechender Kernel-Parameter angegeben werden. Der Eintrag in der /etc/fstab reicht dann nicht mehr aus, weil diese Datei erst dann gelesen werden kann, wenn das root-Dateisystem bereits entschlüsselt und in das System eingehängt wurde. Unter /etc/default/grub editiert man die GRUB-Datei folgendermaßen:

1
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="kopt=root=/dev/mapper/vgubuntu-root"

Beenden/Neustart

Mit den folgenden Befehlen wird die Chroot-Umgebung geschlossen, die Boot- und Root-Partition sauber ausgehängt, Luks beendet und das System neugestartet. Beim Bootvorgang sollte dann nach dem Passwort gefragt werden.

exit
sync
umount /mnt/sys
umount /mnt/proc
umount /mnt/dev/pts
umount /mnt/dev
umount /mnt/boot
umount /mnt
lvchange -a n vgubuntu
cryptsetup luksClose lukslvm
reboot 

Passwort ändern

Durch das vom Benutzer eingegebene Passwort wird lediglich ein Master-Schlüssel entschlüsselt, welche letztendlich für die Sicherheit des Dateisystems verwendet wird. Das hier verwendete LUKS ermöglicht es somit, dass das Passwort leicht geändert werden kann, ohne dass das ganze Dateisystem neu verschlüsselt werden muss. Der Generalschlüssel bleibt letztendlich der gleiche. Es können sogar mehrere Schlüssel (bis zu 8 Stück) gleichzeitig verwendet werden, der Generalschlüssel liegt dann einfach mehrfach mit den jeweils verwendeten Passwort vor, bei der Passwortabfrage muss dann nur der jeweilige Slot entsperrt werden können.

Hinweis:

Bei einem Angriff auf das verschlüsselte System reicht es bereits, einen Slot zu entschlüsseln. Es ist also darauf zu achten, dass alle verwendeten Passwörter ausreichend sicher sind. Mehrere Passwörter zu verwenden, ist vor allem bei einem Mehrbenutzersystem sinnvoll. Alternativ lässt sich ein Zweitpasswort setzen, falls man das eigentlich verwendete Passwort vergisst. Auch kann man dasselbe Passwort in einem weiteren Slot abspeichern, um sich so vor Dateisystemfehlern in einem der Slots zu schützen.

Schlüssel hinzufügen

Der folgende Befehl fügt einen Schlüssel zum angegeben Laufwerk hinzu:

sudo cryptsetup luksAddKey /dev/sdX2 

Schlüssel entfernen

Achtung!

Hier kann man sich unter Umständen vom System aussperren, sofern man nicht aufpasst. Bei einer Passwortänderung zunächst das gewünschte Passwort anlegen, eventuell testen und erst dann das alte Passwort löschen.

Der folgende Befehl entfernt nachfolgend eingegebenen Schlüssel:

cryptsetup luksRemoveKey /dev/sdX2 

Probleme beim Start

Sind nur einzelne Partitonen verschlüsselt, die beim Start eingehängt werden sollen, kommt es dazu, dass dem Benutzer angeboten wird, das Einhängen abzubrechen, bevor der Schlüssel eingegeben werden kan. Um dies zu verhindern, fügt man in die /etc/init/mountall.conf hinter

1
2
3
# temporary, until we have progress indication
# and output capture (next week :p)
console output

den folgenden Codeblock ein:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
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10
11
12
pre-start script
    . /lib/cryptsetup/cryptdisks.functions

    case "$CRYPTDISKS_ENABLE" in
    [Nn]*)
        exit 1
        ;;
    esac

    INITSTATE="init"
    do_start
end script

Dadurch wartet das System, bis die Codeingabe abgeschlossen ist.

Probleme unter Ubuntu 10.04

Es kann vorkommen, dass fest eingebundene, verschlüsselte Partitionen auf der Oberfläche erscheinen, sich diese Symbole jedoch nicht verwenden lassen. Es kommt zu einer Fehlermeldung. Die Anzeige lässt sich unterbinden, indem man im Verzeichnis /etc/udev/rules.d eine 99-hide-partitions.rules anlegt, und dort folgendes einträgt:

1
KERNEL=="sd?", ENV{UDISKS_PRESENTATION_HIDE}="1"

Es ist darauf zu achten, dass "sd?" durch die zu versteckende Partition ersetzt wird.

Probleme unter Ubuntu 11.10 und 12.04 LTS

  • Wenn man beim Booten keinen Zugriff auf die entsprechende verschlüsselte LVM-Partition bekommt, fehlt vielleicht der Ordner /run/lock/, worauf der bestehende Symlink /var/lock zeigt. Im obigen Abschnitt chroot greift "update-initramfs -u -k all" auf das LVM zu, um die /etc/crypttab auszulesen, um wiederum die nötigen Infos in die Ramdisk initrd.img-KERNELVERSION-generic zu schreiben. Das Auslesen der /etc/crypttab schlägt jedoch fehl, wenn das LVM-System nicht einen Ordner lvm unterhalb von /var/lock/ anlegen kann, was nicht funktioniert, wenn /run/lock/ nicht existiert. Auch ein schlichter Aufruf von pvs bzw. lvs schlägt dann schon fehl. Somit fehlt in der Ramdisk die Datei conf/conf.d/cryptroot, in welcher der Hinweis auf die verschlüsselte Boot-Partition zu finden ist. Wird der fehlende Ordner von Hand angelegt, funktioniert update-initramfs und somit auch das Booten von der verschlüsselten LVM-Partition.

  • Ein weiteres Problem wird im Bug 816267 geschildert: Nach dem Laden von GRUB verhindert Plymouth die Passwortabfrage. Verschiedene Lösungsmöglichkeiten finden sich in den entsprechenden Unterabschnitten des Plymouth-Artikels. Die einfachste bzw. schnellste Möglichkeit ist der Eintrag folgender Zeile in /etc/default/grub:

    1
    GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="noplymouth"
    

    Anschließend noch ein

    sudo update-grub 

    ausführen.

Alternative - Installation mit Hilfe eines Skripts

full-disk-encryption-lvm-luks.sh {en} ist ein OpenSource-Shell-Skript, welches ebenfalls ein via LUKS/LVM vollverschlüsseltes Ubuntu-System installieren kann. Das halbautomatische Skript erleichtert einem die Arbeit, da keine komplizierten Befehlsfolgen eingegeben werden müssen. Außerdem braucht man so im Vergleich zu einer Standardinstallation nur wenige Minuten länger, um ein vollverschlüsseltes System zu installieren.

Hinweis!

Fremdsoftware kann das System gefährden.

Sollte man sich für diese Methode entscheiden:

  1. Von CD booten, um eine Live-Session zu starten.

  2. Skript herunterladen und ausführen. Dazu einfach ein Terminal öffnen und folgende Befehle ausführen (Kopieren und Einfügen empfohlen):

wget "http://readm3.org/_export/code/os/ubuntu/full-disk-encryption-lvm-luks.sh?codeblock=1" -O "/tmp/full-disk-encryption-lvm-luks.sh"
chmod a+rx /tmp/full-disk-encryption-lvm-luks.sh
sudo /tmp/full-disk-encryption-lvm-luks.sh 

  1. Den Anweisungen des Skripts folgen.

Sofern man sich für die Hintergründe interessiert, findet sich im Artikel "Vollverschlüsseltes System mit Ubuntu (ab 9.04 Jaunty), LVM und LUKS" {de} eine detaillierte Beschreibung.

Alternatives Entschlüsseln der Systempartition mit einem USB-Schlüssel

Möchte man das System mit Hilfe eines USB-Sticks entschlüsseln (ohne eine offensichtliche Schlüsseldatei auf besagtem Stick zu haben, der Stick kann demnach auch beliebig formatiert werden), hilft der Artikel Entschlüsseln mit einem USB-Schlüssel weiter.

Diese Revision wurde am 2. April 2014 21:10 von at46n erstellt.
Die folgenden Schlagworte wurden dem Artikel zugewiesen: Sicherheit, Installation, System, Systemverschlüsselung, Vollverschlüsselung, Server, Verschlüsselung