Enkripsi metadata

Android 7.0 dan yang lebih tinggi mendukung enkripsi berbasis file (FBE). FBE memungkinkan berbagai file dienkripsi dengan kunci berbeda yang dapat dibuka kuncinya secara independen. Kunci ini digunakan untuk mengenkripsi isi file dan nama file. Saat FBE digunakan, informasi lain, seperti tata letak direktori, ukuran file, izin, dan waktu pembuatan/modifikasi, tidak dienkripsi. Secara kolektif, informasi lain ini dikenal sebagai metadata sistem file.

Android 9 memperkenalkan dukungan untuk enkripsi metadata. Dengan enkripsi metadata, satu kunci yang ada pada waktu booting akan mengenkripsi konten apa pun yang tidak dienkripsi oleh FBE. Kunci ini dilindungi oleh Keymaster, yang selanjutnya dilindungi oleh booting terverifikasi.

Enkripsi metadata selalu diaktifkan di penyimpanan yang dapat diadopsi setiap kali FBE diaktifkan. Enkripsi metadata juga dapat diaktifkan di penyimpanan internal. Perangkat yang diluncurkan dengan Android 11 atau yang lebih tinggi harus mengaktifkan enkripsi metadata pada penyimpanan internal.

Penerapan pada penyimpanan internal

Anda dapat menyiapkan enkripsi metadata di penyimpanan internal perangkat baru dengan menyiapkan sistem file metadata, mengubah urutan init, dan mengaktifkan enkripsi metadata dalam file fstab perangkat.

Prasyarat

Enkripsi metadata hanya dapat disiapkan saat partisi data pertama kali diformat. Akibatnya, fitur ini hanya untuk perangkat baru; ini bukanlah sesuatu yang harus diubah oleh OTA.

Enkripsi metadata mengharuskan modul dm-default-key diaktifkan di kernel Anda. Di Android 11 dan yang lebih tinggi, dm-default-key didukung oleh kernel umum Android, versi 4.14 dan yang lebih tinggi. Versi dm-default-key ini menggunakan framework enkripsi hardware dan vendor independen yang disebut blk-crypto.

Untuk mengaktifkan dm-default-key, gunakan: 

CONFIG_BLK_INLINE_ENCRYPTION=y
CONFIG_FS_ENCRYPTION_INLINE_CRYPT=y
CONFIG_DM_DEFAULT_KEY=y

dm-default-key menggunakan hardware enkripsi inline (hardware yang mengenkripsi/mendekripsi data saat dalam perjalanan ke/dari perangkat penyimpanan) jika tersedia. Jika tidak menggunakan hardware enkripsi inline, Anda juga perlu mengaktifkan penggantian ke API kriptografi kernel: 

CONFIG_BLK_INLINE_ENCRYPTION_FALLBACK=y

Jika tidak menggunakan hardware enkripsi inline, Anda juga harus mengaktifkan akselerasi berbasis CPU yang tersedia seperti yang direkomendasikan dalam dokumentasi FBE.

Di Android 10 dan yang lebih lama, dm-default-key tidak didukung oleh kernel umum Android. Oleh karena itu, vendor harus menerapkan dm-default-key.

Menyiapkan sistem file metadata

Karena tidak ada yang dapat dibaca dalam partisi data pengguna hingga kunci enkripsi metadata ada, tabel partisi harus menyisihkan partisi terpisah yang disebut "partisi metadata" untuk menyimpan blob keymaster yang melindungi kunci ini. Partisi metadata harus berukuran 16 MB.

fstab.hardware harus menyertakan entri untuk sistem file metadata yang ada di partisi tersebut yang memasangnya di /metadata, termasuk flag formattable untuk memastikan bahwa partisi tersebut diformat pada waktu booting. Sistem file f2fs tidak berfungsi pada partisi yang lebih kecil; sebaiknya gunakan ext4 sebagai gantinya. Contoh: 

/dev/block/bootdevice/by-name/metadata              /metadata          ext4        noatime,nosuid,nodev,discard                          wait,check,formattable

Untuk memastikan titik pemasangan /metadata ada, tambahkan baris berikut ke BoardConfig-common.mk: 

BOARD_USES_METADATA_PARTITION := true

Perubahan pada urutan init

Jika enkripsi metadata digunakan, vold harus dijalankan sebelum /data dipasang. Untuk memastikannya dimulai cukup awal, tambahkan bait berikut ke init.hardware.rc: 

# We need vold early for metadata encryption
on early-fs
    start vold

Keymaster harus berjalan dan siap sebelum init mencoba memasang /data.

init.hardware.rc seharusnya sudah berisi petunjuk mount_all yang memasang /data dalam stanza on late-fs. Sebelum baris ini, tambahkan perintah untuk menjalankan layanan wait_for_keymaster: 

on late-fs
   … 
    # Wait for keymaster
    exec_start wait_for_keymaster

    # Mount RW partitions which need run fsck
    mount_all /vendor/etc/fstab.${ro.boot.hardware.platform} --late

Aktifkan enkripsi metadata

Terakhir, tambahkan keydirectory=/metadata/vold/metadata_encryption ke kolom fs_mgr_flags dari entri fstab untuk userdata. Misalnya, baris fstab lengkap mungkin terlihat seperti: 

/dev/block/bootdevice/by-name/userdata              /data              f2fs        noatime,nosuid,nodev,discard,inlinecrypt latemount,wait,check,fileencryption=aes-256-xts:aes-256-cts:inlinecrypt_optimized,keydirectory=/metadata/vold/metadata_encryption,quota,formattable

Secara default, algoritma enkripsi metadata pada penyimpanan internal adalah AES-256-XTS. Hal ini dapat diganti dengan menetapkan opsi metadata_encryption, juga di kolom fs_mgr_flags:

  • Pada perangkat yang tidak memiliki akselerasi AES, enkripsi Adiantum dapat diaktifkan dengan menyetel metadata_encryption=adiantum.
  • Pada perangkat yang mendukung kunci yang digabungkan dengan hardware, kunci enkripsi metadata dapat digabungkan dengan hardware dengan menetapkan metadata_encryption=aes-256-xts:wrappedkey_v0 (atau metadata_encryption=:wrappedkey_v0 yang setara, karena aes-256-xts adalah algoritma default).

Karena antarmuka kernel ke dm-default-key berubah di Android 11, Anda juga harus memastikan bahwa Anda telah menetapkan nilai yang benar untuk PRODUCT_SHIPPING_API_LEVEL di device.mk. Misalnya, jika perangkat Anda diluncurkan dengan Android 11 (API level 30), device.mk harus berisi: 

PRODUCT_SHIPPING_API_LEVEL := 30

Anda juga dapat menetapkan properti sistem berikut untuk memaksa penggunaan dm-default-key API baru, terlepas dari level API pengiriman: 

PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += \
    ro.crypto.dm_default_key.options_format.version=2

Validasi

Untuk memastikan bahwa enkripsi metadata telah diaktifkan dan berfungsi dengan benar, jalankan pengujian yang dijelaskan di bawah ini. Selain itu, perhatikan masalah umum yang dijelaskan di bawah.

Pengujian

Mulai dengan menjalankan perintah berikut untuk memverifikasi bahwa enkripsi metadata diaktifkan di penyimpanan internal: 

adb root
adb shell dmctl table userdata

Output harus serupa dengan:

Targets in the device-mapper table for userdata:
0-4194304: default-key, aes-xts-plain64 - 0 252:2 0 3 allow_discards sector_size:4096 iv_large_sectors

Jika Anda mengganti setelan enkripsi default dengan menetapkan opsi metadata_encryption di fstab perangkat, output akan sedikit berbeda dari yang di atas. Misalnya, jika Anda mengaktifkan enkripsi Adiantum, kolom ketiga adalah xchacha12,aes-adiantum-plain64, bukan aes-xts-plain64.

Selanjutnya, jalankan vts_kernel_encryption_test untuk memverifikasi ketepatan enkripsi metadata dan FBE: 

atest vts_kernel_encryption_test

atau:

vts-tradefed run vts -m vts_kernel_encryption_test

Masalah umum

Selama panggilan ke mount_all, yang memasang partisi /data yang dienkripsi metadata, init akan menjalankan alat vdc. Alat vdc terhubung ke vold melalui binder untuk menyiapkan perangkat yang dienkripsi metadata dan memasang partisi. Selama durasi panggilan ini, init diblokir, dan mencoba membaca atau menetapkan blok properti init hingga mount_all selesai. Jika, pada tahap ini, bagian mana pun dari pekerjaan vold diblokir secara langsung atau tidak langsung saat membaca atau menetapkan properti, deadlock akan terjadi. Penting untuk memastikan bahwa vold dapat menyelesaikan tugas membaca kunci, berinteraksi dengan Keymaster, dan memasang direktori data tanpa berinteraksi lebih lanjut dengan init.

Jika Keymaster tidak dimulai sepenuhnya saat mount_all berjalan, Keymaster tidak akan merespons vold hingga telah membaca properti tertentu dari init, yang menghasilkan deadlock persis seperti yang dijelaskan. Menempatkan exec_start wait_for_keymaster di atas pemanggilan mount_all yang relevan seperti yang ditetapkan akan memastikan bahwa Keymaster sepenuhnya berjalan terlebih dahulu sehingga menghindari deadlock ini.

Konfigurasi pada penyimpanan yang dapat diadaptasi

Sejak Android 9, bentuk enkripsi metadata selalu diaktifkan di penyimpanan yang dapat diadopsi setiap kali FBE diaktifkan, meskipun enkripsi metadata tidak diaktifkan di penyimpanan internal.

Di AOSP, ada dua implementasi enkripsi metadata pada penyimpanan yang dapat diadopsi: yang tidak digunakan lagi berdasarkan dm-crypt, dan yang lebih baru berdasarkan dm-default-key. Untuk memastikan penerapan yang benar dipilih untuk perangkat Anda, pastikan Anda telah menetapkan nilai yang benar untuk PRODUCT_SHIPPING_API_LEVEL di device.mk. Misalnya, jika perangkat Anda diluncurkan dengan Android 11 (API level 30), device.mk harus berisi: 

PRODUCT_SHIPPING_API_LEVEL := 30

Anda juga dapat menetapkan properti sistem berikut untuk memaksa penggunaan metode enkripsi metadata volume baru (dan versi kebijakan FBE default baru) terlepas dari API level pengiriman: 

PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += \
    ro.crypto.volume.metadata.method=dm-default-key \
    ro.crypto.dm_default_key.options_format.version=2 \
    ro.crypto.volume.options=::v2

Metode saat ini

Pada perangkat yang diluncurkan dengan Android 11 atau yang lebih tinggi, enkripsi metadata di penyimpanan yang dapat diadopsi menggunakan modul kernel dm-default-key, seperti pada penyimpanan internal. Lihat prasyarat di atas untuk mengetahui opsi konfigurasi kernel yang akan diaktifkan. Perhatikan bahwa hardware enkripsi inline yang berfungsi di penyimpanan internal perangkat mungkin tidak tersedia di penyimpanan yang dapat diadopsi, sehingga CONFIG_BLK_INLINE_ENCRYPTION_FALLBACK=y mungkin diperlukan.

Secara default, metode enkripsi metadata volume dm-default-key menggunakan algoritma enkripsi AES-256-XTS dengan sektor kripto 4096 byte. Algoritma dapat diganti dengan menetapkan properti sistem ro.crypto.volume.metadata.encryption. Nilai properti ini memiliki sintaksis yang sama dengan opsi fstab metadata_encryption yang dijelaskan di atas. Misalnya, pada perangkat yang tidak memiliki akselerasi AES, enkripsi Adiantum dapat diaktifkan dengan menetapkan ro.crypto.volume.metadata.encryption=adiantum.

Metode lama

Pada perangkat yang diluncurkan dengan Android 10 atau yang lebih lama, enkripsi metadata pada penyimpanan yang dapat diadopsi menggunakan modul kernel dm-crypt bukan dm-default-key: 

CONFIG_DM_CRYPT=y

Tidak seperti metode dm-default-key, metode dm-crypt menyebabkan konten file dienkripsi dua kali: sekali dengan kunci FBE dan sekali dengan kunci enkripsi metadata. Enkripsi ganda ini mengurangi performa dan tidak diperlukan untuk mencapai sasaran keamanan enkripsi metadata, karena Android memastikan bahwa kunci FBE setidaknya sama sulitnya untuk disusupi seperti kunci enkripsi metadata. Vendor dapat membuat penyesuaian kernel untuk menghindari enkripsi ganda, khususnya dengan menerapkan opsi allow_encrypt_override yang diteruskan Android ke dm-crypt saat properti sistem ro.crypto.allow_encrypt_override ditetapkan ke true. Penyesuaian ini tidak didukung oleh kernel umum Android.

Secara default, metode enkripsi metadata volume dm-crypt menggunakan algoritma enkripsi AES-128-CBC dengan ESSIV dan sektor crypto 512 byte. Hal ini dapat diganti dengan menyetel properti sistem berikut (yang juga digunakan untuk FDE):

  • ro.crypto.fde_algorithm memilih algoritma enkripsi metadata. Pilihannya adalah aes-128-cbc dan adiantum. Adiantum hanya dapat digunakan jika perangkat tidak memiliki akselerasi AES.
  • ro.crypto.fde_sector_size memilih ukuran sektor kripto. Pilihannya adalah 512, 1024, 2048, dan 4096. Untuk enkripsi Adiantum, gunakan 4096.