Linux disk encryption and self-encrypting drives -- A case study on Opal2 drives security

Stellen Sie sich vor, die Festplatte Ihres Computers wäre ein hochmoderner Tresor. Jahrelang haben wir das Geld darin (Ihre Daten) geschützt, indem wir einen sehr vorsichtigen Wächter (Software-Verschlüsselung) engagiert haben, der jede einzelne Tasche prüft, bevor sie hinein oder hinaus geht. Aber vor kurzem begannen die Tresorhersteller, die Wächter direkt in die Tresortür einzubauen. Dies sind sogenannte Self-Encrypting Drives (SEDs), speziell der Art Opal2. Die Idee war simpel: Wenn der Tresor sich selbst verriegelt, sollte das schneller und sicherer sein, richtig?

Nun, ein Team neugieriger Detektive der Masaryk-Universität beschloss, diese Theorie zu testen. Sie haben nicht einfach den Herstellern blind vertraut; sie schnappten sich 38 verschiedene „von der Stange“ fertige Tresore verschiedener Marken, einige neu und einige gebraucht, und unterzogen sie einem strengen Black-Box-Stresstest. Sie wussten nicht, wie die Tresore im Inneren gebaut waren; sie schickten einfach nur Befehle und beobachteten, was passierte.

Hier ist, was sie herausfanden, und warum es ein wenig wie eine Achterbahnfahrt ist.

Der „magische Schlüssel“, der gar nicht so magisch war

Die größte Überraschung? Einige dieser „smarten“ Tresore spielten tatsächlich Tricks mit der Verschlüsselung.

Stellen Sie sich Verschlüsselung wie einen Geheimcode vor, bei dem jeder geschriebene Buchstabe verschlüsselt wird. Um sicherzustellen, dass der Code wirklich sicher ist, muss der Scrambler (der Verschleierer) für jede einzelne Seite Ihres Tagebuchs eine einzigartige „Drehung“ verwenden. Wenn Sie denselben Satz auf Seite 1 und Seite 100 schreiben, sollte die verschlüsselte Version völlig anders aussehen.

Die Forscher fanden heraus, dass einige dieser Laufwerke (wie einige von Lenovo und Samsung) faul wurden. Sie verwendeten dieselbe „Drehung“ für mehrere Seiten. Es ist so, als würde ein Spion bei jedem Agenten, den er trifft, denselben geheimen Handschlag benutzen. Wenn ein Angreifer das gleiche Muster zweimal sieht, könnte er die geheime Nachricht erraten, selbst ohne den Schlüssel. In einigen Fällen verwendeten die Laufwerke intern eine 4096-Byte-„Blockgröße“, gaben aber vor, kleiner zu sein, was dazu führte, dass die „Drehung“ in der zweiten Hälfte des Blocks wiederverwendet wurde. Es war kein totales Desaster, aber es bedeutete, dass, wenn Sie Ihr Passwort ändern würden, einige alte Muster in den verschlüsselten Daten noch sichtbar bleiben könnten.

Der „Zufallszahl“-Generator, der gar nicht zufällig war

Um den Tresor zu verriegeln, benötigen Sie einen wirklich zufälligen Schlüssel. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, eine Gewinnnummer bei der Lotterie zu ziehen. Wenn die Maschine, die die Zahlen zieht, defekt ist und immer „7, 14, 21“ ausgibt, haben Sie ein Problem.

Der Opal2-Standard verlangt vom Laufwerk, als Zufallszahlengenerator zu fungieren. Die Forscher testeten dies, indem sie das Laufwerk baten, 1 MB an Zufallsdaten auszuspucken, und überprüften, ob die Zahlen wirklich durchgemischt waren.

• Das Ergebnis: Mehrere Laufwerke versagten kläglich. Einige Laufwerke (wie bestimmte Lenovo- und Samsung-Modelle) waren so vorhersehbar, dass sie im Grunde nur zählten: „1, 2, 3... 32, 1, 2, 3...“
• Das Urteil: Das Paper legt nahe, dass man, wenn man sich darauf verlässt, dass das Laufwerk die geheimen Schlüssel generiert, möglicherweise einen Schlüssel verwendet, den ein Angreifer erraten kann. Aus diesem Grund entschieden sich die Forscher dagegen, den Zufallsgenerator des Laufwerks für die Linux-Verschlüsselung zu verwenden. Stattdessen nutzen sie den eigenen Zufallsgenerator des Computers, der viel zuverlässiger ist.

Die „Super User“-Funktion, die kaputt war

Es gibt eine spezielle Funktion namens SUM (Single-User Mode). Denken Sie an das als „Manager“ und „User“-Schlüssel. Der Manager kann den Tresor einrichten, aber nur der User kann ihn öffnen. Der Manager sollte nicht in die Sachen des Users hineinspähen können.

Die Forscher versuchten, dies auf den Laufwerken einzurichten. Sie fanden heraus, dass während viele Laufwerke behaupteten, diese Funktion zu unterstützen, die tatsächliche Implementierung oft fehlerhaft war. Bei einigen Laufwerken konnte der „Manager“ immer noch die Daten des „Users“ entsperren, oder der Wechsel zwischen den Modi war so wackelig, dass ein Angreifer den Prozess unterbrechen und die Daten stehlen konnte. Aufgrund dieser Fehler fanden die Forscher heraus, dass von den 24 Laufwerken, die diesen „Super User“-Modus unterstützten, nur 14 korrekt genug funktionierten, um vertrauenswürdig zu sein.

Das Problem mit dem „Reset-Knopf“

Jeder Tresor hat einen Master-Reset-Knopf namens PSID (Physical Security Identification). Das ist ein Code, der auf einem Aufkleber auf dem Laufwerk gedruckt ist. Wenn Sie Ihr Passwort vergessen haben, können Sie diesen Code verwenden, um das Laufwerk zu löschen und neu zu starten.

Die Forscher fanden einige Probleme hier:

1. Vorhersehbare Codes: Auf einigen Laufwerken (speziell einer Charge von Western Digital) waren die Reset-Codes nicht wirklich zufällig. Sie folgten einem Muster. Wenn man den Code für ein Laufwerk kannte, konnte man den Code für ein anderes Laufwerk derselben Charge allein durch Ausprobieren einiger Zahlen erraten.
2. Vergessene Geheimnisse: Viele Nutzer wissen nicht, dass dieser Aufkleber-Code ein Geheimnis ist. Leute posten Fotos ihrer Laufwerke online, auf denen der Code deutlich sichtbar ist. Wenn ein Hacker dieses Foto sieht und Fernzugriff auf Ihr gesperrtes Laufwerk hat, kann er Ihre Daten sofort löschen.
3. Nachsichtige Prüfer: Einige Laufwerke (wie bestimmte Micron-Modelle) waren zu nett. Sie akzeptierten den Reset-Code auch dann, wenn man zusätzliche Buchstaben am Ende hinzufügte. Es ist, als ließe ein Türsteher jemanden rein, obwohl auf der Liste „John Smith“ steht, die Person aber nur „John“ sagt. Es ist kein direkter Hack, aber es zeigt, dass das Security-Engineering nachlässig war.

Der „Pyrite“-Imposter

Bevor sie überhaupt mit den Tests begannen, mussten die Gruppe 12 Laufwerke aussortieren. Warum? Weil sie als „Opal2“ (die hochsichere Version) deklariert waren, aber eigentlich Pyrite2 waren. Pyrite2 ist wie eine „Lite“-Version des Tresors – er hat zwar ein Schloss, verschlüsselt aber die Daten im Inneren nicht wirklich. Es ist nur eine Tür, die „Betreten verboten“ sagt, ohne dass tatsächlich Wände vorhanden sind. Die Forscher mussten diese aussortieren, um sicherzustellen, dass sie echte Verschlüsselungen testeten.

Die gute Nachricht: Ein neues Werkzeug für Linux

Trotz all dieser wackeligen Tresore haben die Forscher nicht einfach nur gesagt: „Es ist kaputt“, und sind dann gegangen. Sie entwickelten ein neues Set an Werkzeugen für Linux (das Betriebssystem, das von vielen Servern und datenschutzorientierten Computern verwendet wird).

Sie schufen eine Möglichkeit, automatisch zu prüfen, ob sich ein Laufwerk korrekt verhält, bevor man es benutzt. Wenn ein Laufwerk versucht, einen schlechten Zufallszahlengenerator zu verwenden oder einen fehlerhaften „Super User“-Modus hat, wird die neue Software dies erkennen und automatisch zu einem sichereren, Standardmodus wechseln. Sie haben auch ihr „Opal Test Suite“ als Open-Source-Tool veröffentlicht, damit jeder seine eigenen Laufwerke überprüfen kann.

Das Fazate

Das Paper kommt zu dem Schluss, dass Hardware-Verschlüsselung (SEDs) eine großartige Idee ist, die aktuelle Realität jedoch chaotisch ist. Die Hersteller sparen oft an der B corners, implementieren Funktionen fehlerhaft oder lassen Sicherheitslücken offen.

• Was sie ausgeschlossen haben: Sie bewiesen, dass man den Zufallszahlengenerator des Laufwerks oder seinen „Super User“-Modus nicht blind vertrauen kann, ohne ihn vorher zu prüfen.
• Was sie bewiesen haben: Sie maßen spezifische Fehler in 38 Laufwerken und zeigten, dass Firmware-Bugs real und häufig sind.
• Die Lehre daraus: Hardware-Verschlüsselung ist noch kein magischer Schutzschild. Sie ist eine nützliche Ebene, aber sie muss mit smarter Software (wie den neuen Linux-Tools, die sie gebaut haben) kombtiniert werden, um die Fehler der Hardware abzufangen. Bis die Hersteller diese Firmware-Probleme beheben, ist der sicherste Weg, die Hardware als Helfer zu betrachten, nicht als alleinigen Hüter Ihrer Geheimnisse.