Cách Mã Hóa Ổ Đĩa VPS Bằng LUKS Và Mở Khóa Từ Xa

Mã hóa một VPS trông như một lệnh duy nhất — cryptsetup luksFormat, xong — rồi âm thầm không mang lại thứ người ta tưởng mình đang mua. Trên một cỗ máy bạn đi thuê, một hypervisor nằm bên dưới kernel của bạn, nên mô hình đe dọa không còn giống với mô hình mà mã hóa toàn ổ đĩa từng được thiết kế để đối phó. Bài hướng dẫn này là phiên bản thành thật: LUKS đánh bại được điều gì trên một VPS, điều gì thì không, hai phương án triển khai thực sự hiệu quả, và cách mở khóa một root đã mã hóa qua SSH để bạn không bao giờ bị khóa khỏi chính máy chủ của mình.

Mã hóa trên một máy chủ đi thuê thực sự đem lại điều gì

Mã hóa toàn ổ đĩa bảo vệ dữ liệu ở trạng thái nghỉ. Cụm từ đó gánh khá nhiều ý nghĩa, và trên một VPS thì đáng để nói rõ đâu là khoảnh khắc được tính là nghỉ và đâu thì không — khoảng cách giữa hai điều đó chính là nơi phần lớn kỳ vọng bị vỡ.

Chọn hình thức trước khi gõ bất kỳ lệnh nào

Bốn kiểu triển khai sau bao trùm gần như mọi nhu cầu thực tế. Chọn sai sẽ khiến bạn phải cài lại từ đầu, nên hãy quyết định ngay tại đây thay vì làm được nửa chừng mới nhận ra.

Phương án A — mã hóa một volume dữ liệu trên máy chủ bạn đang chạy

Đây là phiên bản mà hầu hết mọi người thực sự muốn: mười phút thao tác, không cần cài lại, và mọi thứ quan trọng đều nằm gọn bên trong container mã hóa. Trước tiên hãy gắn thêm một volume thứ hai — trên một gói /storage đó chính là ổ đĩa lớn; trên một /vps tiêu chuẩn bạn có thể thêm một ổ ngay lúc triển khai.

1. 1

   Xác định đúng thiết bị mục tiêu

   Chạy lsblk và xác nhận thiết bị bạn sắp format chính là ổ trống. luksFormat sẽ xóa sạch mọi thứ có trên đó và không thể hoàn tác.

2. 2

   Tạo container LUKS2

   cryptsetup luksFormat --type luks2 /dev/vdb sẽ yêu cầu bạn gõ YES bằng chữ in hoa, sau đó đặt một cụm mật khẩu. Hãy chọn một cụm mà bạn có thể gõ lại chính xác trên một console không lưu lịch sử gõ và không hiện ký tự.

3. 3

   Mở nó ra và tạo filesystem

   cryptsetup open /dev/vdb cryptdata tạo ra /dev/mapper/cryptdata. Sau đó chạy mkfs.ext4 /dev/mapper/cryptdata và mount nó vào nơi dữ liệu sẽ nằm, ví dụ /srv/data.

4. 4

   Quyết định cách nó mở khóa lúc khởi động

   Hoặc gõ cụm mật khẩu sau mỗi lần khởi động lại, hoặc thêm một file khóa bằng cryptsetup luksAddKey và lưu nó trên root. File khóa tiện lợi hơn nhưng chắc chắn kém an toàn hơn — hãy hiểu rõ bạn đang đánh đổi điều gì.

5. 5

   Khai báo trong crypttab và fstab

   Thêm ánh xạ vào /etc/crypttab bằng UUID= thay vì tên thiết bị, sau đó mount từ /etc/fstab với cờ nofail để một lần mở khóa thất bại không bao giờ làm treo quá trình boot.

Phương án B — root được mã hóa từ một ISO tùy chỉnh

Khi yêu cầu đặt ra là không có gì đọc được tồn tại trên máy trong lúc nó đang tắt, chính root cũng phải nằm bên trong LUKS. Điều đó có nghĩa là một lần cài đặt mới điều khiển từ console, trên một nhà cung cấp cho phép bạn boot ISO của riêng mình.

1. 1

   Boot trình cài đặt từ console

   Gắn một ISO netinst của Debian hoặc Ubuntu làm ISO tùy chỉnh và điều khiển quá trình cài đặt qua VNC hoặc serial. Không bước nào trong số này chạy được qua SSH — vì chưa có hệ thống nào để kết nối tới cả.

2. 2

   Dùng phân vùng có hướng dẫn với LVM đã mã hóa

   Trình cài đặt để lại một /boot nhỏ ở dạng chưa mã hóa, vì phải có thứ gì đó chạy được trước khi volume mở ra, và đặt root cùng swap vào chung một container LUKS.

3. 3

   Chọn một cụm mật khẩu bạn có thể gõ mà không cần nhìn

   Bạn sẽ phải gõ lại nó qua SSH ở mỗi lần khởi động lại, không hiện ký tự và không gợi ý tự động. Một cụm mật khẩu gồm năm từ ở đây tốt hơn hẳn một chuỗi ký hiệu lộn xộn.

4. 4

   Thiết lập mở khóa từ xa trước khi đăng xuất

   Một root vừa được mã hóa sẽ đứng yên mãi ở màn hình nhập cụm mật khẩu sau lần khởi động lại tiếp theo. Hãy cấu hình mở khóa từ xa ngay trong cùng phiên làm việc, khi console vẫn còn đang mở trước mặt bạn.

Mở khóa từ xa qua SSH bằng dropbear-initramfs

Một root đã mã hóa cần một cụm mật khẩu trước khi hệ điều hành tồn tại. dropbear-initramfs đặt một SSH server nhỏ xíu bên trong initramfs để bạn có thể nhập nó từ bất cứ đâu — đó là khác biệt giữa một máy chủ đã mã hóa và một cục gạch đã mã hóa.

1. 1

   Cài gói

   apt install dropbear-initramfs. Nó móc vào quá trình tạo initramfs và tự động được build lại vào mọi kernel image trong tương lai.

2. 2

   Cấp quyền cho một khóa, và chỉ đúng một lệnh

   Đặt khóa công khai của bạn vào /etc/dropbear/initramfs/authorized_keys — trên Debian 11 trở về trước là /etc/dropbear-initramfs/authorized_keys. Thêm tiền tố no-port-forwarding,no-agent-forwarding,no-x11-forwarding,command="cryptroot-unlock" vào đầu dòng để một khóa bị đánh cắp cũng chỉ đổi lấy đúng một lời nhắc nhập cụm mật khẩu, không gì khác.

3. 3

   Cấp mạng cho initramfs

   DHCP hoạt động ở những nơi nhà cung cấp hỗ trợ; nếu không, hãy thêm một tham số tĩnh ip=ADDRESS::GATEWAY:NETMASK::eth0:off vào GRUB_CMDLINE_LINUX và chạy update-grub. Kết thúc bằng update-initramfs -u -k all để thay đổi được đưa vào image.

4. 4

   Kiểm thử một lần khởi động lại đầy đủ trước khi tin dùng

   Khởi động lại với console của nhà cung cấp mở sẵn ở một cửa sổ khác, kết nối, nhập cụm mật khẩu và quan sát quá trình boot tiếp diễn. Một đường mở khóa chưa từng được kiểm thử không phải là một tính năng, mà là một lần sập máy trong tương lai.

Quản lý khóa chính là nơi mã hóa ổ đĩa thường thất bại

Thuật toán mã hóa không phải là điểm yếu, và chưa bao giờ là điểm yếu. Mọi thảm họa còn có thể cứu vãn liên quan tới LUKS đều quy về một khóa hoặc một header, nên hãy đối xử với cả hai như hạ tầng thực thụ.

• Sao lưu header ngay lập tức — cryptsetup luksHeaderBackup /dev/vdb --header-backup-file luks-header.img — và lưu nó ở một nơi khác ngoài máy chủ. Một header bị hỏng chỉ vì một lệnh dd bất cẩn là mất dữ liệu vĩnh viễn, cho dù cụm mật khẩu có hoàn hảo đến đâu.
• Dùng hai slot. LUKS2 cho bạn tới 32 slot: cụm mật khẩu của bạn ở một slot, một khóa khôi phục ngẫu nhiên và dài ở slot khác, lưu trong một trình quản lý mật khẩu. Chỉ dùng một slot duy nhất là tự rước lấy một điểm lỗi duy nhất cho chính mình.
• Xoay vòng khóa đúng thứ tự trên một máy từ xa — thêm khóa mới bằng luksAddKey, xác nhận nó mở được volume, rồi mới xóa khóa cũ bằng luksKillSlot. Không bao giờ làm ngược lại.
• Giữ cụm mật khẩu và thông tin kết nối của máy chủ ở những nơi tách biệt nhau. Một ghi chú bị lộ không nên trao luôn cả địa chỉ lẫn khóa.

Cái giá mã hóa phải trả về hiệu năng

Chi phí phát sinh là có thật nhưng thường không thấy được. Hãy đo trên chính cỗ máy bạn đang có, thay vì tin vào một benchmark từ một thập kỷ khác.

Những phần người ta hay quên

Một volume đã mã hóa nhưng vẫn để rò rỉ dữ liệu chưa mã hóa ở xung quanh chỉ tạo ra một cảm giác an toàn giả tạo, mà điều đó còn tệ hơn cả việc không mã hóa gì cả. Hãy khép kín năm điểm sau trước khi coi công việc đã xong.

• Swap. Một phân vùng swap chưa mã hóa có thể giữ lại mảnh vụn của bất cứ thứ gì từng đi qua bộ nhớ. Hãy mã hóa nó bằng một khóa ngẫu nhiên mới ở mỗi lần khởi động, thông qua một dòng /dev/urandom trong /etc/crypttab.
• Nhật ký ghi trước khi mount. Bất cứ điều gì được ghi vào nhật ký trong lúc volume mã hóa vẫn còn đóng sẽ rơi thẳng vào root chưa mã hóa. Hãy trỏ nhật ký của ứng dụng và cơ sở dữ liệu vào một đường dẫn bên trong container mã hóa.
• Bản sao lưu. Sao chép nội dung của một volume đã mã hóa sang một object storage chưa mã hóa sẽ xóa sạch mọi công sức mã hóa. Hãy mã hóa bản sao lưu một cách độc lập bằng restic, borg hoặc age, và giữ các khóa đó ở một nơi khác.
• Snapshot. Một snapshot của nhà cung cấp chụp lại ổ đĩa, chứ không chụp RAM của bạn, nên volume LUKS bên trong vẫn ở dạng đã mã hóa — nhưng mọi thứ còn sót lại trên root chưa mã hóa sẽ được chụp lại nguyên vẹn như nó vốn có.
• Discard. Bật cờ discard xuyên qua LUKS giữ cho trim của NVMe tiếp tục hoạt động, nhưng cũng để lộ block nào đang không được dùng, tức là làm rò rỉ mức độ đầy của filesystem và hình dạng đại khái của nó. Hãy chọn dùng nó một cách có chủ đích, không phải vì sao chép lại một file cấu hình có sẵn.

Chỗ mà nhà cung cấp vẫn còn quan trọng

Mã hóa là lớp mà bạn kiểm soát: nó quyết định việc đọc dữ liệu của bạn tốn kém đến mức nào một khi máy đã tắt hoặc một ổ đĩa đã rời khỏi tòa nhà. Lớp bao quanh nó — ai có thể ép buộc quyền truy cập vào phần cứng, và những hồ sơ nào gắn máy chủ với bạn — thuộc về nhà cung cấp và khu vực pháp lý của họ. Sáu trong số mười lăm khu vực của chúng tôi là các khu vực pháp lý ưu tiên quyền riêng tư; /locations liệt kê chúng, và /offshore-hosting nói rõ điều đó thực sự thay đổi những gì.

Ba năng lực của nhà cung cấp quyết định các phương án ở trên có khả thi hay không: khả năng boot ISO tùy chỉnh, thiếu nó thì Phương án B là bất khả thi; quyền truy cập console ngoài băng thông cho những lần khởi động lại mà việc mở khóa từ xa không quay trở lại được; và một quy trình đăng ký chưa từng gắn cỗ máy với danh tính pháp lý của bạn ngay từ đầu. Mọi gói /offshore-vps và /storage ở đây đều boot được ISO tùy chỉnh, đi kèm quyền truy cập console, và tính phí từ một số dư tiền mã hóa trả trước, không yêu cầu KYC — nên một ổ đĩa đã mã hóa không nằm trên một dấu vết giấy tờ vốn đã gắn tên bạn vào đó. /guides có một bài trình bày thành thật về những gì một nhà cung cấp có thể và không thể nhìn thấy.

Danh sách kiểm tra khi triển khai

• Xác định rõ mối đe dọa trước tiên: ổ đĩa bị loại bỏ, volume bị tháo rời và image ngoại tuyến là những gì mã hóa trả lời được — một hypervisor đang chạy thì không.
• Mã hóa một volume dữ liệu (Phương án A) nếu máy chủ đã đang chạy; chỉ cài lại từ một ISO tùy chỉnh (Phương án B) khi chính root bắt buộc phải được mã hóa.
• Dùng LUKS2 với aes-xts-plain64, và giới hạn bộ nhớ Argon2id trên bất kỳ gói nào dưới 2 GB RAM.
• Cụm mật khẩu ở một slot, một khóa khôi phục ngẫu nhiên và dài ở slot khác, cả hai đều được lưu ở nơi khác ngoài máy chủ.
• Sao lưu LUKS header trước khi ghi byte dữ liệu thật đầu tiên.
• dropbear-initramfs trên một cổng không mặc định, chỉ xác thực bằng khóa, giới hạn chỉ đúng lệnh cryptroot-unlock.
• Kiểm thử trọn một chu trình khởi động lại và mở khóa với console của nhà cung cấp vẫn đang mở bên cạnh bạn.
• Bản sao lưu đã mã hóa đặt ở nơi khác, cộng thêm một lần diễn tập khôi phục — một bản sao lưu chưa từng được kiểm thử chỉ là một hy vọng, không phải một bản sao lưu.