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System verschlüsseln

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.

Ohne ein sicheres Kennwort nutzt die stärkste Verschlüsselung nichts! Wie man Passwörter am besten wählt, steht hier: Sicherheits 1x1 (Abschnitt „Passwoerter“)

Dieser Artikel wurde für die folgenden Ubuntu-Versionen getestet:


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Artikel für fortgeschrittene Anwender

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

Wiki/Icons/security.png Das Ubuntu-System lässt sich seit Ubuntu 12.10 bereits automatisch bei der Installation verschlüsseln. Diese Anleitung installiert Ubuntu durch manuelle statt automatische Partitionierung in einem verschlüsselten Bereich, so dass man Einfluss auf die Partitionierung hat. Wie bei der automatischen Installation bleibt die Boot-Partition, und bei einem EFI-System zusätzlich die EFI-Partition, unverschlüsselt. Hier befinden sich lediglich Bootlader und Kernel, weil der Bootlader keine Daten aus dem verschlüsselten Bereich lesen kann.

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.

Alternativ ist es auch möglich, das System ohne LVM zu verschlüsseln, jedoch ist diese Variante weniger flexibel, was nachträgliche Partitionsänderungen angeht.

Vorbereitungen

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!

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, nicht das Installationsprogramm ausführen sondern die Versuchsversion starten.

Partitionierung

Hinweis:

Man sollte sich vorab darüber informieren, ob der Rechner mit einem EFI Bootmanagement versehen ist und wie die Festplatte(n) formatiert wurden! Weitere Informationen stehen unter EFI Grundlagen zur Verfügung! Bei EFI-Systemen ist zu beachten, dass auf jeden Fall neben der unverschlüsselten Boot-Partition noch eine unverschlüsselte EFI-Partition anzulegen ist. Eine Alternative wäre die Nutzung des BIOS-Kompatibilitätsmodus CSM.

Hinweis:

/dev/sdX1, /dev/sdX2 und /dev/sdX3 müssen im Folgenden immer durch die tatsächliche Bezeichnung [9] der Partition ersetzt werden! Die Partitionsnummern werden hier nur stellvertretend verwendet. Die tatsächlichen Partitionsnummern können davon je nach System abweichen.

Folgende Partitionen werden benötigt [2],[3] (vor allem Abschnitt "Vorüberlegungen"):

  • /dev/sdX1 (nur bei EFI-Systemen)

    • EFI System-Partition

    • unverschlüsselt

    • Dateisystem: fat32

    • Markierungen: boot, esp

  • /dev/sdX2

    • Boot-Partition

    • unverschlüsselt

    • unformatiert

  • /dev/sdX3

    • verschlüsselte LVM-Partition für das Ubuntu-System

    • unformatiert

Verschlüsselung der Ubuntu System-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 [5]. Ansonsten sind unter Umständen viele Dateien nach dem Verschlüsseln noch auslesbar.

Daraufhin wird die Partition sdX3 verschlüsselt und anschließend unter dem virtuellen Gerätenamen sdX3_crypt geöffnet [4]. Der Gerätename ist frei wählbar. Beim Einsatz von XTS mit 256 Bit AES sehen die Befehle [8] wie folgt aus:

cryptsetup luksFormat -c aes-xts-plain64 -s 512 -h sha512 /dev/sdX3
cryptsetup luksOpen /dev/sdX3 sdX3_crypt 

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-Volumes

Mit folgenden Befehlen [8] wird eine LVM Volume Group mit dem (frei wählbaren) Namen vgubuntu in der verschlüsselten Partition erzeugt.[6]

pvcreate /dev/mapper/sdX3_crypt
vgcreate vgubuntu /dev/mapper/sdX3_crypt 

Bei einer Standard-Installation von Ubuntu werden typischerweise zwei Partitionen angelegt, eine für den Swap-Speicher - üblicherweise 1 GB - und eine für das Root-Dateisystem mit dem restlichen Speicherplatz. Diese werden wie folgt als Logical Volume [6] erstellt:

lvcreate -L 1024M -n swap vgubuntu
lvcreate -l 100%FREE -n root vgubuntu 

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

Installation

Partitionierung.png

Danach wird das Installationsprogramm gestartet [1] und mit diesem bis Auswahl der Partitionierung fortgefahren, bei dem die manuelle Partitionierung ("Etwas Anderes") ausgewählt wird.

Im nächsten Installationspunkt werden die Partitionen konfiguriert. Diese Vorgehensweise ist bis auf die abweichenden Namen der LVM-Volumes identisch zu einem unverschlüsselten System [3]. Folgende Partitionen müssen mindestens konfiguriert werden:

  • /dev/mapper/vgubuntu-root

    • Root-Partition

    • Dateisystem: ext4 oder gewünschtes Linux-Dateisystem

    • Formatieren: "ja"

    • Einhängepunkt: /

  • /dev/sdX1 (nur bei EFI-Systemen)

  • /dev/sdX2

    • Boot-Partition

    • Dateisystem: ext4

    • Formatieren: "ja"

    • Einhängepunkt: /boot

Es ist darauf zu achten, dass der Bootloader auf einem sinnvollen Gerät außerhalb des verschlüsselten Containers installiert wird, z.B. dem Master Boot Record der Festplatte („Device for Bootloader installation:“ /dev/sdX).

Experten-Info:

Sollte parallel Windows installiert und mit VeraCrypt verschlüsselt worden sein, muss GRUB in die Boot-Partition /dev/sdX2 anstelle des MBRs installiert werden. Das muss unter "Gerät für die Bootloaderinstallation" eingestellt werden. Dort muss anstelle von hd0 die Boot-Partition ausgewählt werden. GRUB erscheint dann, sobald Esc im VeraCrypt Bootloader gedrückt wird.

Bei EFI-Systemen ist es egal, welche Einstellung man für den Bootloader wählt. Er wird immer in die EFI System-Partition installiert.

Achtung!

Eventuelle Änderungen an Partitionen können nicht mehr rückgängig gemacht werden!

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

Ins verschlüsselte System wechseln

Hinweis:

Alle folgenden Befehle müssen in ein und demselben Terminal [8] ausgeführt werden.

Um die nötigen Anpassungen vorzunehmen, wird mittels chroot in das eigentliche, verschlüsselte System gewechselt [7]. Das geschieht durch die Eingabe der folgenden Befehle. Es ist dabei zu beachten, dass man, falls man zusätzliche Partitionen wie z.B. /var angelegt hat, diese ebenfalls vor dem chroot Befehl noch entsprechend mounten muss:

# root Filesystem
mount /dev/mapper/vgubuntu-root /mnt
# boot Filesystem
mount /dev/sdX2 /mnt/boot
mount /dev/sdX1 /mnt/boot/efi   # nur bei EFI-Systemen nötig
# Notwendige system-interne Filesysteme
mount -o rbind /dev /mnt/dev
mount -t proc /proc /mnt/proc
mount -t sysfs /sys /mnt/sys
# Zusätzliche LVM Verzeichnisse (notwendig bei 15.10, evtl. auch hilfreich bei früheren Releases)
mount -o rbind /run/lvm      /mnt/run/lvm
mount -o rbind /run/lock/lvm /mnt/run/lock/lvm
# DNS-Auflösung im verschlüsseltem System ermöglichen
cp /etc/resolv.conf /mnt/etc/resolv.conf
# In das verschlüsselte System wechseln
chroot /mnt /bin/bash 

/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 LVM-Partition ermittelt werden. Das geschieht mit folgendem Befehl:

blkid /dev/sdX3 

Neuere Versionen von cryptsetup können die UUID auch selbst ermitteln:

cryptsetup luksUUID /dev/sdX3 

Hinweis:

Falls der Aufruf von cryptsetup zur Fehlermeldung WARNING: Locking directory /run/cryptsetup is missing! führt (erstmals beobachtet in Ubuntu 20.04), sollte vor dem ersten Aufruf von cryptsetup das Verzeichnis wie folgt manuell erstellt werden:

mkdir -m0700 /run/cryptsetup 

Daraufhin wird mit dieser Eingabe die nötige Zeile in /etc/crypttab eingefügt, wobei <VOLUME_ID> vorher durch die ermittelte UUID ersetzt werden muss. Die UUID muss dabei ohne Anführungszeichen in die /etc/crypttab eingetragen werden (also xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx statt "xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"):

echo "sdX3_crypt UUID=<VOLUME_ID> none luks" >> /etc/crypttab 

oder kompakt:

printf "sdX3_crypt\tUUID=%s\tnone\tluks\n" "$(cryptsetup luksUUID /dev/sdX3)" | tee -a /etc/crypttab 

Achtung!

Falls zuvor beim Öffnen der verschlüsselten Partition mit luksOpen ein anderer Name als sdX3_crypt 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.

Kernel-Initramfs aktualisieren

Um die Änderungen an der crypttab zu übernehmen, muss noch

update-initramfs -u -k all 

ausgeführt werden.

Beenden/Neustart

Mit den folgenden Befehlen wird die chroot-Umgebung geschlossen, die Dateisysteme soweit möglich ausgehängt und das System neugestartet. Das Installationsmedium (USB-Stick bzw. DVD) muss entfernt werden und beim anschließenden Bootvorgang sollte dann nach dem LUKS-Passwort gefragt werden.

# Das verschlüsselte System verlassen
exit
# Puffer für Datenträger schreiben
sync
# "Gemountete" Filesystem wieder entfernen
umount /mnt/run/lvm
umount /mnt/run/lock/lvm
umount /mnt/sys
umount /mnt/proc
umount /mnt/boot/efi   # nur bei EFI-Systemen nötig
umount /mnt/boot
#
swapoff -a
#
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:

 cryptsetup luksAddKey /dev/sdX3 

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/sdX3 

Informationen anzeigen

Übersicht über den LUKS Header ausgeben

Der folgende Befehl gibt eine Übersicht über die Informationen, die der LUKS Header der verschlüsselten Partition enthält, aus. Damit ist z.B. zu erkennen, wie viele der 8 Schlüsselslots schon belegt und welche noch frei sind. Auch wird darüber Auskunft erteilt, welche Verschlüsselungsmethode für diese Partition verwendet wird, so wie einige weitere Informationen, wie z.B. auch über die schon weiter oben erwähnte UUID.

 cryptsetup luksDump /dev/sdX3 

Prüfen ob der TRIM-Befehl durchgereicht wird

Möchte man prüfen, ob der TRIM-Befehl, welcher für SSDs sinnvoll sein kann, bei einer LUKS Partition durchgereicht wird, so kann dies mit folgendem Befehl geprüft werden.

 cryptsetup status  /dev/mapper/sdX3_crypt  

Man beachte, dass bei diesem Beispiel cryptsetup auf das virtuelle LUKS-Gerät und nicht auf die Partition /dev/sdX3 angewendet wird. Wenn dann neben dem Feld "flags" die Option "discards" angezeigt wird, dann wird der Trim-Befehl durchgereicht. Falls nicht, dann muss TRIM, sofern man TRIM verwenden möchte, noch entsprechend aktiviert werden, siehe dazu SSD/TRIM.

Achtung!

Die Verwendung des TRIM Befehls im Zusammenhang mit der LUKS Verschlüsselung kann ein Sicherheitsrisiko sein. Mehr dazu steht in folgendem Artikel: SSD/TRIM (Abschnitt „TRIM-mit-Festplattenverschluesselung“).

Alternative - Installation mit Hilfe eines Skripts

https://gist.githubusercontent.com/HoffmannP/699f3beb2f9901cd64e8/raw/322e29a6a4c8d9261b882fb8e4b968388d58fb06/full-disk-encryption-lvm-luks%25202 🇬🇧 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 "https://gist.githubusercontent.com/HoffmannP/699f3beb2f9901cd64e8/raw/322e29a6a4c8d9261b882fb8e4b968388d58fb06/full-disk-encryption-lvm-luks%25202" -O "/tmp/ubuntu-full-disk-encryption-lvm-luks.sh"
chmod a+rx /tmp/full-disk-encryption-lvm-luks.sh
 /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 🇩🇪 eine detaillierte Beschreibung.

Diese Revision wurde am 7. Mai 2022 01:28 von christian2 erstellt.
Die folgenden Schlagworte wurden dem Artikel zugewiesen: Sicherheit, Installation, System, Systemverschlüsselung, Vollverschlüsselung, Server, Verschlüsselung