物理真机上LUKS结合TPM的测试 —— 使用随机数密钥

1. 创建磁盘空间

命令如下：

dd if=/dev/zero of=enc.disk bs=1M count=50

实际命令及结果如下：

$ dd if=/dev/zero of=enc.disk bs=1M count=50
输入了 50+0 块记录
输出了 50+0 块记录
52428800 字节 (52 MB, 50 MiB) 已复制，0.0587495 s，892 MB/s

$ ls
enc.disk

2. 创建密钥

命令如下：

dd if=/dev/urandom of=disk.key bs=1 count=32

实际命令及结果如下：

$ dd if=/dev/urandom of=disk.key bs=1 count=32
输入了 32+0 块记录输出了 32+0 块记录32 字节已复制，0.00108989 s，29.4 kB/s

$ ls
disk.key  enc.disk

3. 将enc.disk虚拟成块设备

命令如下：

sudo losetup /dev/loop0 enc.disk

实际命令及结果如下：

$ sudo losetup /dev/loop0 enc.disk

$ lsblk
NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
loop0         7:0    0    50M  0 loop 
nvme0n1     259:0    0 476.9G  0 disk 
├─……
                                      /usr/local
                                      /opt
                                      /home
                                      /data

4. 加密enc.disk

命令如下：

sudo cryptsetup --key-file=disk.key luksFormat /dev/loop0

实际命令及结果如下：

$ sudo cryptsetup --key-file=disk.key luksFormat /dev/loop0

WARNING!
========
这将覆盖 /dev/loop0 上的数据，该动作不可取消。
Are you sure? (Type 'yes' in capital letters): YES

5. 映射磁盘

命令如下：

sudo cryptsetup --key-file=disk.key open /dev/loop0 enc_volume

实际命令及结果如下：

$ ls /dev/mapper/
control  enc_volume

$ ls -l /dev/mapper/
总计 0
crw-rw---- 1 root root 10, 236  2月20日 11:14 control
lrwxrwxrwx 1 root root       7  2月24日 09:41 enc_volume -> ../dm-0

6. 格式化映射分区

命令如下：

sudo mkfs.ext4 -j /dev/mapper/enc_volume

实际命令及结果如下：

$ sudo mkfs.ext4 -j /dev/mapper/enc_volume
mke2fs 1.46.5 (30-Dec-2021)
创建含有 34816 个块（每块 1k）和 8720 个inode的文件系统文件系统UUID：884698f1-56e5-4f07-a2de-5d0174224280
超级块的备份存储于下列块： 
        8193, 24577

正在分配组表： 完成                            
正在写入inode表： 完成                            
创建日志（4096 个块）完成写入超级块和文件系统账户统计信息： 已完成

7. 创建挂载点并挂载

命令如下：

mkdir mountpoint

sudo mount /dev/mapper/enc_volume mountpoint

实际命令及结果如下：

$ mkdir mountpoint
$ ls
disk.key  enc.disk  mountpoint

$ sudo mount /dev/mapper/enc_volume mountpoint

$ df -h
文件系统                大小  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/nvme0n1p4           20G   13G  5.8G   69% /
devtmpfs                4.0M     0  4.0M    0% /dev
tmpfs                   7.7G  168M  7.5G    3% /dev/shm
tmpfs                   3.1G  206M  2.9G    7% /run
tmpfs                   7.7G   97M  7.6G    2% /tmp
……
tmpfs                   1.6G   48K  1.6G    1% /run/user/1000
/dev/mapper/enc_volume   28M   14K   25M    1% /home/penghao/TApp/experiment3/mountpoint

8. 准备明文文件

命令如下：

sudo sh -c 'echo "This is my plain text" > mountpoint/plain.txt'

实际命令及结果如下：

$ sudo sh -c 'echo "This is my plain text" > mountpoint/plain.txt'

$ cat mountpoint/plain.txt 
This is my plain text

9. 卸载

命令如下：

sudo umount mountpoint

实际命令及结果如下：

$ sudo umount mountpoint
$ 

10. 关闭加密分区

命令如下：

sudo cryptsetup remove enc_volume

实际命令及结果如下：

$ sudo cryptsetup remove enc_volume

$ ls /dev/mapper/
control

11. 卸除回环设备

命令如下：

sudo losetup -d /dev/loop0

实际命令及结果如下：

$ sudo losetup -d /dev/loop0
$ 

12. 创建主对象

命令如下：

tpm2_createprimary -Q --hierarchy=o --key-context=prim.ctx

命令及实际结果如下：

$ sudo /usr/local/bin/tpm2_createprimary --hierarchy=o --key-context=prim.ctx
name-alg:
  value: sha256
  raw: 0xb
attributes:
  value: fixedtpm|fixedparent|sensitivedataorigin|userwithauth|restricted|decrypt
  raw: 0x30072
type:
  value: rsa
  raw: 0x1
exponent: 65537
bits: 2048
scheme:
  value: null
  raw: 0x10
scheme-halg:
  value: (null)
  raw: 0x0
sym-alg:
  value: aes
  raw: 0x6
sym-mode:
  value: cfb
  raw: 0x43
sym-keybits: 128
rsa: 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

$ ls
disk.key  enc.disk  mountpoint  prim.ctx

13. 创建对象

命令如下：

dd if=/dev/urandom bs=1 count=32 status=none | tpm2_create --hash-algorithm=sha256 --public=seal.pub --private=seal.priv --sealing-input=- --parent-context=prim.ctx

实际命令及结果如下：

$ dd if=/dev/urandom bs=1 count=32 status=none | sudo /usr/local/bin/tpm2_create --hash-algorithm=sha256 --public=seal.pub --private=seal.priv --sealing-input=- --parent-context=prim.ctx
name-alg:
  value: sha256
  raw: 0xb
attributes:
  value: fixedtpm|fixedparent|userwithauth
  raw: 0x52
type:
  value: keyedhash
  raw: 0x8
algorithm: 
  value: null
  raw: 0x10
keyedhash: b7b1416f740ffc19b9ae2da9bc4ae968612796c3849f8e0ce754a407e380e6bb

$ ls
disk.key  enc.disk  mountpoint  prim.ctx  seal.priv  seal.pub

14. 加载对象到TPM

命令如下：

tpm2_load  -Q --parent-context=prim.ctx --public=seal.pub --private=seal.priv --name=seal.name --key-context=seal.ctx

实际命令及结果如下：

$ sudo /usr/local/bin/tpm2_load --parent-context=prim.ctx --public=seal.pub --private=seal.priv --name=seal.name --key-context=seal.ctx

$ ls
disk.key  enc.disk  mountpoint  prim.ctx  seal.ctx  seal.name  seal.priv  seal.pub

15. 将对象从易失性空间移存到非易失性空间中

命令如下：

tpm2_evictcontrol --hierarchy=o --object-context=seal.ctx 0x81010002

实际命令及结果如下：

$ sudo /usr/local/bin/tpm2_evictcontrol --hierarchy=o --object-context=seal.ctx 0x81010002
persistent-handle: 0x81010002
action: persisted

16. 用新的密钥替换旧的密钥

命令如下：

tpm2_unseal -Q --object-context=0x81010002 | sudo cryptsetup --key-file=disk.key luksChangeKey enc.disk 

实际命令及结果如下：

$ sudo /usr/local/bin/tpm2_unseal --object-context=0x81010002 | sudo cryptsetup --key-file=disk.key luksChangeKey enc.disk 

测试中发现此语句并不稳定，有时可以，有时会出现以下错误：

$ sudo /usr/local/bin/tpm2_unseal --object-context=0x81010002 | sudo cryptsetup --key-file=disk.key luksChangeKey enc.disk 
此口令无可用的密钥。

17. 彻底清除旧密钥

命令如下：

shred disk.key
rm -f disk.key

实际命令及结果如下：

$ shred disk.key
$ ls
disk.key  enc.disk  mountpoint  prim.ctx  seal.ctx  seal.name  seal.priv  seal.pub

$ rm -f disk.key
$ ls
enc.disk  mountpoint  prim.ctx  seal.ctx  seal.name  seal.priv  seal.pub

18. 再次将enc.disk虚拟成块设备

命令如下：

sudo losetup /dev/loop0 enc.disk

实际命令及结果如下：

$ sudo losetup /dev/loop0 enc.disk

$ lsblk
NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
loop0         7:0    0    50M  0 loop 
nvme0n1     259:0    0 476.9G  0 disk 
……
                                      /usr/local
                                      /opt
                                      /home
                                      /data

19. 使用保存于TPM中的密钥映射磁盘

命令如下：

tpm2_unseal -Q --object-context=0x81010002 | sudo cryptsetup --key-file=- luksOpen /dev/loop0 enc_volume

实际命令及结果如下：

$ sudo /usr/local/bin/tpm2_unseal --object-context=0x81010002 | sudo cryptsetup --key-file=- luksOpen /dev/loop0 enc_volume

$ ls -l /dev/mapper/
总计 0
crw-rw---- 1 root root 10, 236  2月20日 11:14 control
lrwxrwxrwx 1 root root       7  2月24日 10:36 enc_volume -> ../dm-0

20. 再次挂载

命令如下：

sudo mount /dev/mapper/enc_volume mountpoint

实际命令及结果如下：

$ sudo mount /dev/mapper/enc_volume mountpoint

$ df -h
文件系统                大小  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/nvme0n1p4           20G   13G  5.8G   69% /
devtmpfs                4.0M     0  4.0M    0% /dev
tmpfs                   7.7G  176M  7.5G    3% /dev/shm
tmpfs                   3.1G  229M  2.9G    8% /run
tmpfs                   7.7G   98M  7.6G    2% /tmp
……
tmpfs                   1.6G   48K  1.6G    1% /run/user/1000
/dev/mapper/enc_volume   28M   15K   25M    1% /home/penghao/TApp/experiment3/mountpoint

21. 查看挂载点中的内容

命令如下：

ls mountpoint

实际命令及结果如下：

$ ls mountpoint/
lost+found  plain.txt

$ cat mountpoint/plain.txt 
This is my plain text

说明挂载分区已经被新的密钥解密并且其中内容可以被正确读取了。

22. 卸载

命令如下：

sudo umount mountpoint

实际命令及结果如下：

$ sudo umount mountpoint

$ df -h
文件系统        大小  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/nvme0n1p4   20G   13G  5.8G   69% /
devtmpfs        4.0M     0  4.0M    0% /dev
tmpfs           7.7G  168M  7.5G    3% /dev/shm
tmpfs           3.1G  229M  2.9G    8% /run
tmpfs           7.7G   98M  7.6G    2% /tmp
……
tmpfs           1.6G   48K  1.6G    1% /run/user/1000

23. 关闭加密分区

命令如下：

sudo cryptsetup remove enc_volume

实际命令及结果如下：

$ sudo cryptsetup remove enc_volume

$ ls /dev/mapper/
control

24. 卸除回环设备

命令如下：

sudo losetup -d /dev/loop0

实际命令及结果如下：

$ sudo losetup -d /dev/loop0

$ lsblk
NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
nvme0n1     259:0    0 476.9G  0 disk 
……
                                      /usr/local
                                      /opt
                                      /home
                                      /data

25. 将对象从非易失性空间中移除

命令如下：

tpm2_evictcontrol --hierarchy=o --object-context=0x81010002

实际命令及结果如下：

$ sudo /usr/local/bin/tpm2_evictcontrol --hierarchy=o --object-context=0x81010002
persistent-handle: 0x81010002
action: evicted

完整命令集合：

dd if=/dev/zero of=enc.disk bs=1M count=50

dd if=/dev/urandom of=disk.key bs=1 count=32

sudo losetup /dev/loop0 enc.disk

sudo cryptsetup --key-file=disk.key luksFormat /dev/loop0

sudo cryptsetup --key-file=disk.key open /dev/loop0 enc_volume

sudo mkfs.ext4 -j /dev/mapper/enc_volume

mkdir mountpoint

sudo mount /dev/mapper/enc_volume mountpoint

sudo sh -c 'echo "This is my plain text" > mountpoint/plain.txt'

sudo umount mountpoint

sudo cryptsetup remove enc_volume

sudo losetup -d /dev/loop0

sudo /usr/local/bin/tpm2_createprimary --hierarchy=o --key-context=prim.ctx

dd if=/dev/urandom bs=1 count=32 status=none | sudo /usr/local/bin/tpm2_create --hash-algorithm=sha256 --public=seal.pub --private=seal.priv --sealing-input=- --parent-context=prim.ctx

sudo /usr/local/bin/tpm2_load --parent-context=prim.ctx --public=seal.pub --private=seal.priv --name=seal.name --key-context=seal.ctx

sudo /usr/local/bin/tpm2_evictcontrol --hierarchy=o --object-context=seal.ctx 0x81010002

sudo /usr/local/bin/tpm2_unseal --object-context=0x81010002 | sudo cryptsetup --key-file=disk.key luksChangeKey enc.disk 

shred disk.key
rm -f disk.key

sudo losetup /dev/loop0 enc.disk

sudo /usr/local/bin/tpm2_unseal --object-context=0x81010002 | sudo cryptsetup --key-file=- luksOpen /dev/loop0 enc_volume

sudo mount /dev/mapper/enc_volume mountpoint

ls mountpoint

sudo umount mountpoint

sudo cryptsetup remove enc_volume

sudo losetup -d /dev/loop0

tpm2_evictcontrol --hierarchy=o --object-context=0x81010002