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最近的项目有一个如下的需求：需要在linux下加密优盘，在windows下要能读取优盘中的加密数据。但有个条件：必须对整个磁盘加密，不能只对文件加密（于是复杂度大大增加）。咋办呢？
最后用下面的方法实现了这个需求：对于linux下的优盘加密问题，直接用losetup生成一个加密的loop镜像文件，然后用fat32格式化这个镜像文件，再将整个镜像写入优盘。对于windows上的数据读取，最关键的问题是怎么解密镜像文件。（已解决）
其实网上类似的应用很多，例子也不少，但是有两个缺陷：
1.
封装的不好，使用起来有点烦。
2.
没有对解密算法的分析，像我这个项目需要知道解密loop镜像的算法就比较郁闷。
所以这篇小文就把网上流传的代码做了些补充，做了封装让它更好用，还有就是对加密算法做了分析，最后附上了相关代码，以后别人有类似的应用也可以方便些。
（一）
cryptoloop使用方法：
网上类似的代码太多了，这里不再螯述，我根据网上搜集的资料写了几个脚本，能很容易的实现对加密优盘的读写，使用方法见下文，源代码在后面的附录中。注意，文件镜像用的是fat32格式。
使用方法：
1．
数据复制到优盘：
用法：./data2imagesize(M) password filelist device
Size：是优盘的大小
Password：是优盘加密密码
Device：就是优盘设备名
filelist：一个文本文件，保存了要复制的文件或者目录列表。
例子：./ data2image100 mypassword /home/user001/filelist /dev/sdc1
Filelist的例子：
/home/user001/mytest.txt
/home/user001/mytestdir
2．
优盘中的数据复制到指定文件夹：
用法：./image2datasize(M) password device destination
Size：是优盘的大小
Password：是镜像密码
Device：就是优盘设备名
Destination：目标文件夹
例子：./image2data100 mypassword /dev/sdc1 /tmp/data
使用前要先配置下环境，我的开发环境：RHEL5企业版，expect5.43，tcl8.5.4，tk8.5.4 （expect等三个开发包是为了密码输入方便）。如果用的是RHEL5企业版的话只要装expect,tcl和tk就行了，否则的话可能还要编译内核让它支持cryptoloop，另外可能还要还要编译安装util-linux-2.12r（该工具包中有losetup）。
（二）
解密算法的代码：
（这是全文最重要的部分但却是最简单的，呵呵 分析了半天发现加密算法竟这么简单，我也有点晕）
对于fat32来说，cryptoloop是按照扇区加密的，也就是每512字节作为一个块加密，并且以扇区号作为ivec参数，aes key则是直接由用户密码生成。解密算法比较简单，我写了段代码来说明linux的解密算法，这样比较直观。具体代码参见附录。
注意：
1.如果在losetup中指定算法的时候指定了aes作为算法（而没有明确指定是cbc还是ecb），则默认使用cbc算法。
2.Aes-cbc全称是Advanced Encryption Standard (AES) Cipher Algorithm in Cipher BlockChaining (CBC) Mode。该算法中还需要指定iv参数，可将其视为salt。
3.该算法其他具体信息参见rfc3602
4.代码中用了openssl库，所以要想运行代码必须先安装openssl。
（三）算法的分析过程：（没兴趣的请跳过这节:）
其实我觉得算法的分析过程才是最重要的，比得出的结论还要重要。我把这个过程写下来，以后遇到类似问题可以参考，也方便其他人查找cryptoloop解密算法。
分析解密算法前首先要查看加密的镜像文件的内容，说不定能找到一些重要的线索呢。于是创建了两个相同大小相同密码的loop镜像文件（为什么要密码相同呢？这是为了检查是否对不同密码使用了salt。另外，为了便于分析，创建了两个1M的镜像），然后比较这两个文件，发现除了前512字节不同外，其他加密数据一模一样，所以得出结论：
1.
有可能是以512字节的扇区作为数据块加密的（猜测1）。（事实上的确如此）
2.
可能aes没有加salt或者所有密码都用相同的salt（猜测2）。（事实上没有加salt）
继续，因为是用的cryptoloop模块，所以有必要找到cryptoloop的代码先。在内核代码中搜索loop找到了cryptoloop的源代码：linux-2.6.26.1\drivers\block\cryptoloop.c。
再继续，因为加密模块是aes，所以在内核源代码目录中搜索aes，找到了一大堆aes加密算法，不知道是哪个。最后确定是linux-2.6.26.1\linux-2.6.26.1\drivers\crypto\padlock-aes.c
为什么呢？因为文件最后的模块别名清楚的写着：MODULE_ALIAS("aes"); 所以这就是传说中的aes模块。
但是这个模块里又有cbc_aes_alg和ecb_aes_alg两种加密算法，cryptoloop用的是哪种算法呢？是cbc_aes_alg算法。
为什么呢？请看cryptoloop.c中的cryptoloop_init函数，当中有段代码：
if(!mode_len) {
mode= "cbc";
mode_len= 3;
}
就是在用户没有指定具体算法的时候使用cbc-aes算法（猜测3）。好，具体算法也被确定了。
本来是想好好分析下cbc(aes)加密算法的，但是内核中的调用实在太复杂，层次又多，看了一上午，无语了 囧
后来转念一想，干脆试试openssl现成的cbc(aes)算法吧，查了一下：openssl的AES_cbc_encrypt函数除了两个重要参数没法确定外，另外几个参数都很容易确定。这两个参数一个是ivec参数，另外一个就是key了。
先确定key参数。我知道key肯定是由losetup创建设备时输入的密码生成的，所以干脆下载了一份losetup代码来分析（顺便说一句，losetup的代码包含在util-linux-2.12r开发包中，可在kernel.org上下载）。呵呵，这个思路是对的，我从用户输入的密码开始跟踪，发现密码传递的路径如下：
密码被复制进了loop_info64的lo_encrypt_key（注意：lo_encrypt_key的长度是32字节）中，然后在内核源代码目录中搜索lo_encrypt_key关键字（用grep搜索），发现cryptoloop.c中的函数cryptoloop_init调用了crypto_blkcipher_setkey并且以lo_encrypt_key为参数，由此确定key是由lo_encrypt_key生成的，换句话说就是直接用用户的密码生成key（猜测4）。（又顺便查看了padlock-aes.c的生成aeskey的函数，也就是aes_set_key，发现果然生成过程中没有用salt，这也正印证了前面分析镜像文件时的猜测2）
另一个参数ivec采用类似的方法从padlock-aes.c的cbc_aes_decrypt一层层倒推，最后发现是由cryptoloop.c中的函数cryptoloop_transfer用扇区号生成的（猜测5），具体过程如下：
cbc_aes_decrypt实际上是调用padlock_xcrypt_cbc函数解密的，而padlock_xcrypt_cbc也有一个iv参数，我根据这个参数一层层倒推（就是根据函数栈的调用顺序），发现cryptoloop_transfer中有如下代码
u32 iv[4] = { 0, };
iv[0]= cpu_to_le32(IV & 0xffffffff); //这里的IV就是扇区号
好，iv参数也被确定了。
如此根据以上五个猜测结论写了一个小程序模拟内核加密解密，竟然一次成功！
呵呵，整个分析过程都是建立在推理和猜测的基础上，其实读源代码就是这样，要大胆猜测小心论证！还要有一点狗屎运！
注：
分析源代码的过程中还发现了下面这个函数，看了晕不晕？呵呵，网上查了下原来是在调用硬件版本的解密函数，0xf3,0x0f,0xa7,0xd0就是cpu指令repxcryptcbc，后面的S，D之类的东东是寄存器。
static inline u8 *padlock_xcrypt_cbc(constu8 *input, u8 *output, void *key,
u8 *iv, void *control_word, u32 count)
{
/*rep xcryptcbc */
asmvolatile (".byte 0xf3,0x0f,0xa7,0xd0"
: "+S" (input), "+D"(output), "+a" (iv)
: "d" (control_word),"b" (key), "c" (count));
returniv;
}
（四）附录：
一共有五个文件，前四个文件是读写优盘的脚本，最后一个文件是解密程序。
1.
linkwrapper
#!/usr/local/bin/expect
set password [lindex $argv 0]
spawn losetup -e aes /dev/loop0/tmp/cryptoloop.image
expect {
Password: {
send "$password\r"
exp_continue
}
}
2.
mountwrapper
#!/usr/local/bin/expect
set password [lindex $argv 0]
spawn mount -t vfat /tmp/cryptoloop.image/mnt/crypto/ -oencryption=aes
expect {
Password: {
send "$password\r"
exp_continue
}
}
3.
data2image
#!/bin/sh
#The script is used to copy files todevice.
if [ $# != 4 ]
then
echo"Usage: $0 size(M) password filelist device"
exit1;
fi
DISKSIZE=$1
PASSWORD=$2
FILELIST=$3
DEVICE=$4
echo "checking environment..."
modprobe aes > /dev/null 2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors checking aes module" >&2
exit1
fi
modprobe cryptoloop > /dev/null2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors checking cryptoloop module" >&2
exit1
fi
echo "initializing cryptoloopimage..."
umount /mnt/crypto > /dev/null2>&1
losetup -d /dev/loop0 > /dev/null2>&1
rm -f /tmp/cryptoloop.image > /dev/null2>&1
dd if=/dev/zero of=/tmp/cryptoloop.imagebs=1M count=$DISKSIZE > /dev/null 2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors initializing cryptoloop image" >&2
exit1
fi
echo "linking image to device/dev/loop0..."
./linkwrapper $PASSWORD > /dev/null2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors linking image to device /dev/loop0" >&2
exit1
fi
echo "formatting device/dev/loop0..."
mkfs -t vfat /dev/loop0 > /dev/null2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors formatting device /dev/loop0" >&2
exit1
fi
mkdir /mnt/crypto > /dev/null2>&1
echo "mounting device/dev/loop0..."
./mountwrapper $PASSWORD > /dev/null2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors mounting device /dev/loop0" >&2
exit1
fi
#do something here
cat $FILELIST | \
while read line;do
mkdir -p /mnt/crypto/data$line > /dev/null2>&1
/bin/cp -dpR $line /mnt/crypto/data$line >/dev/null 2>&1
done
#clear
umount /mnt/crypto > /dev/null2>&1
losetup -d /dev/loop0 > /dev/null2>&1
echo "copying files to $DEVICE..."
dd if=/tmp/cryptoloop.image of=$DEVICEbs=1M count=$DISKSIZE > /dev/null 2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors copying files to $DEVICE" >&2
exit1
fi
#delete the image file
rm -f /tmp/cryptoloop.image
exit 0
4.
image2data
#!/bin/sh
#The script is used to copy files fromdevice.
if [ $# != 4 ]
then
echo"Usage: $0 size(M) password device destination"
exit1;
fi
DISKSIZE=$1
PASSWORD=$2
DEVICE=$3
DESTINATION=$4
echo "checking environment..."
modprobe aes > /dev/null 2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors checking aes module" >&2
exit1
fi
modprobe cryptoloop > /dev/null2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors checking cryptoloop module" >&2
exit1
fi
echo "initializing cryptoloopimage..."
umount /mnt/crypto > /dev/null2>&1
losetup -d /dev/loop0 > /dev/null2>&1
rm -f /tmp/cryptoloop.image > /dev/null2>&1
dd if=$DEVICE of=/tmp/cryptoloop.imagebs=1M count=$DISKSIZE > /dev/null 2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors initializing cryptoloop image" >&2
exit1
fi
echo "linking image to device/dev/loop0..."
./linkwrapper $PASSWORD > /dev/null2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors linking image to device /dev/loop0" >&2
exit1
fi
mkdir /mnt/crypto > /dev/null2>&1
echo "mounting device /dev/loop0..."
./mountwrapper $PASSWORD > /dev/null2>&1
if [ $? != 0 ]
then
echo"Errors mounting device /dev/loop0" >&2
exit1
fi
#do something here
echo "copying files from image..."
cp -dpR /mnt/crypto/data $DESTINATION >/dev/null 2>&1
#clear
umount /mnt/crypto > /dev/null2>&1
losetup -d /dev/loop0 > /dev/null2>&1
rm -f /tmp/cryptoloop.image
dd if=/dev/zero of=$DEVICE bs=1Mcount=$DISKSIZE > /dev/null 2>&1
exit 0
5.
decrypt.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <openssl/rand.h>
#include <openssl/sha.h>
#include <openssl/aes.h>
int decrypt( const char * password, constchar * srcpath, const char * dstpath )
{
charkeybuf[32];
AES_KEY key;
unsigned char blank[512];
unsigned char endata[512];
FILE* psrcf = NULL;
FILE* pdstf = NULL;
longsrcfilelen = 0;
intres = 0;
inti=0;
//因为生成密钥的userkey是256位所以不能超过32个字符
if (strlen( password ) > 32 )
return 1;
memset( keybuf, '\0', 32 );
strncpy( keybuf, password, min( 32, strlen(password ) ) );
memset( blank, '\0', 512 );
memset(endata, '\0', 512 );
psrcf = fopen( srcpath, "rb" );
pdstf = fopen( dstpath, "wb" );
fseek( psrcf, 0, SEEK_END );
srcfilelen = ftell( psrcf );
if(srcfilelen%512 != 0 ) {
res= 1;
goto end;
}
//使用aes256算法
AES_set_decrypt_key( (const unsigned char*)keybuf, 256, &key );
fseek( psrcf, 0, SEEK_SET );
for(i=0; ; ++i ) {
//假设镜像文件的长度必须是512的整数倍，如果是不是的话就算出错
intcount = fread( endata, 1, 512, psrcf );
if(count != 512 || feof( psrcf ) ) {
res = 1;
goto end;
}
//如果读到的加密扇区全部为0的话，说明这个扇区没有加密
if(memcmp(endata,blank,512)!=0 ) {
long iv[4];
memset( iv, '\0', 16 );
iv[0] = i;//扇区号被用作iv
//解密
AES_cbc_encrypt((const unsigned char*)endata,endata,512,&key,(unsigned char *)iv,AES_DECRYPT);
}
fwrite(endata,1,512,pdstf);
}
end:
fclose( psrcf );
fclose( pdstf );
return0;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
decrypt ( argv[3], argv[1], argv[2] );
return0;
}
[ 本帖最后由 tassard 于 2008-10-31 16:16 编辑 ] |
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发表于 2008-10-31 16:10
发表于 2008-10-31 16:50
