dm-crypt target

Transparent block-device encryption

Device-Mapper의 `crypt` target은 kernel crypto API를 사용해 block device를 투명하게 암호화합니다.

지원 parameter의 더 자세한 설명은 `https://gitlab.com/cryptsetup/cryptsetup/wikis/DMCrypt`에서 볼 수 있습니다.

Target parameter의 기본 형식은 다음과 같습니다.

	      <cipher> <key> <iv_offset> <device path> \
	      <offset> [<#opt_params> <opt_params>]

Cipher와 IV generator 형식

`<cipher>`는 encryption cipher, encryption mode와 Initial Vector(IV) generator를 지정합니다. 일반 cipher specification 형식은 다음과 같습니다.

       cipher[:keycount]-chainmode-ivmode[:ivopts]

일반 형식의 예는 다음과 같습니다.

       aes-cbc-essiv:sha256
       aes-xts-plain64
       serpent-xts-plain64

`capi:` prefix를 사용하면 kernel crypt API 형식으로 cipher를 직접 지정할 수도 있습니다. IV specification은 첫 형식과 같고, 이 형식은 주로 authenticated mode를 지정할 때 사용합니다.

        capi:cipher_api_spec-ivmode[:ivopts]

Crypto API cipher specification의 예는 다음과 같습니다.

        capi:cbc(aes)-essiv:sha256
        capi:xts(aes)-plain64

Authenticated mode의 예는 다음과 같습니다.

        capi:gcm(aes)-random
        capi:authenc(hmac(sha256),xts(aes))-random
        capi:rfc7539(chacha20,poly1305)-random

현재 load된 crypto mode 목록은 `/proc/crypto`에서 확인할 수 있습니다.

Keyring key와 multi-key mode

`<key>`는 encryption에 사용할 key입니다. Hexadecimal number로 encode하거나, kernel keyring service에 있는 key는 single colon(`:`)을 앞에 붙인 `<key_string>`으로 전달합니다.

선택한 cipher와 IV mode 조합에 유효한 key size만 사용할 수 있습니다. 일부 IV mode에서는 key string에 IV seed 같은 추가 key가 들어가 여러 부분을 하나의 문자열로 연결할 수 있습니다.

Kernel keyring key는 `<key_size>:<key_type>:<key_description>` 형식의 문자열로 식별합니다.

`<keycount>`는 multi-key compatibility mode입니다. 지정한 수만큼 key를 정의하고 sector offset에 따라 key를 순환해 사용합니다. Sector 0은 key0, sector 1은 key1을 사용합니다. `keycount`는 2의 거듭제곱이어야 합니다.

`<iv_offset>`은 IV를 만들기 전에 sector number에 더하는 sector count입니다. `<device path>`는 encrypted data를 보관할 backend로 `/dev/xxx` path 또는 `<major>:<minor>` device number를 쓸 수 있습니다. `<offset>`은 encrypted data가 시작되는 device 내부 sector입니다.

Optional performance와 discard parameter

`<#opt_params>`는 optional parameter 수입니다. Parameter가 없으면 이 구간을 생략하거나 0으로 지정합니다. 그 외에는 뒤따르는 argument 수를 적습니다.

Optional parameter 구간의 예는 다음과 같습니다.

        3 allow_discards same_cpu_crypt submit_from_crypt_cpus

`allow_discards`를 활성화하기 전에 구체적인 보안 위험을 신중히 평가해야 합니다. Encrypted device에서 discard를 허용하면 나중에 discarded block 위치를 쉽게 알아낼 수 있을 때 filesystem type, used space 같은 ciphertext device 정보가 누출될 수 있습니다.

기본적으로 write bio는 encryption thread에서 같은 context의 단일 thread로 offload합니다. 이는 동일 context에서 write를 submit하는 것이 CFQ에 유리하기 때문입니다. 하지만 일부 상황에서는 단일 thread로 offload하는 동작이 성능을 크게 떨어뜨려 `submit_from_crypt_cpus`가 유용합니다.

`no_write_workqueue`는 host-managed SMR hard disk 같은 host-managed zoned block device에서 자동으로 활성화됩니다.

Integrity metadata와 encryption sector

`integrity:<bytes>:<type>`은 device가 sector마다 추가 `<bytes>` metadata를 per-bio integrity structure에 요구함을 나타냅니다. 이 metadata는 아래의 dm-integrity target이 제공해야 합니다.

Metadata를 persistent IV 용도로만 사용하면 `<type>`을 `none`으로 지정할 수 있습니다. Authenticated Encryption with Additional Data(AEAD)에서는 `<type>`이 `aead`입니다. AEAD mode는 encrypted device의 integrity도 계산·검증하고 추가 공간에 authentication tag와 필요하면 persistent IV를 저장합니다.

`integrity_key_size:<bytes>`로 integrity key 크기가 digest size와 다를 때 값을 지정할 수 있습니다. Cryptographic key size와 독립된 key size를 갖는 wrapped key algorithm을 사용할 수 있게 합니다. 아래에서 이 option은 사용한 HMAC algorithm의 digest size 대신 지정 byte 크기의 integrity key를 쓴다는 의미로 다시 설명됩니다.

`sector_size:<bytes>`는 기본 512-byte sector 대신 지정 byte를 encryption unit으로 사용합니다. 범위는 512-4096 byte이고 2의 거듭제곱이어야 합니다. Virtual device는 이 값을 minimal I/O와 logical sector size로 알립니다.

`iv_large_sectors`를 지정하면 IV generator가 기본 512-byte sector가 아니라 `<sector_size>` 단위로 센 sector number를 사용합니다. 예를 들어 `sector_size`가 4096 byte이면 두 번째 sector의 plain64 IV는 flag가 없을 때 8이고 `iv_large_sectors`가 있으면 1입니다.

`iv_large_sectors`를 사용할 때 `<iv_offset>`은 512-byte 단위로 표현한 `<sector_size>`의 배수여야 합니다.

Read/write request split 크기

dmsetup, keyring과 LUKS 예제

현재 dm-crypt disk encryption 설정에는 `cryptsetup` utility와 LUKS(Linux Unified Key Setup)를 사용하는 방법이 권장됩니다. 자세한 내용은 `https://gitlab.com/cryptsetup/cryptsetup`을 참고합니다.

첫 script는 hexadecimal key와 `aes-cbc-essiv:sha256`을 사용해 dmsetup으로 `crypt1` device를 만듭니다.

	#!/bin/sh
	# Create a crypt device using dmsetup
	dmsetup create crypt1 --table "0 `blockdev --getsz $1` crypt aes-cbc-essiv:sha256 babebabebabebabebabebabebabebabe 0 $1 0"

두 번째 script는 kernel keyring service에 저장된 32-byte `logon` key `my_prefix:my_key`를 사용해 `crypt2` device를 만듭니다.

	#!/bin/sh
	# Create a crypt device using dmsetup when encryption key is stored in keyring service
	dmsetup create crypt2 --table "0 `blockdev --getsize $1` crypt aes-cbc-essiv:sha256 :32:logon:my_prefix:my_key 0 $1 0"

세 번째 script는 cryptsetup으로 기본 cipher를 사용하는 LUKS header를 만들고 이를 `crypt1` 이름으로 엽니다.

	#!/bin/sh
	# Create a crypt device using cryptsetup and LUKS header with default cipher
	cryptsetup luksFormat $1
	cryptsetup luksOpen $1 crypt1