我想设置一个具有全磁盘加密的无头 Linux (Debian Wheezy) PC，能够使用 USB 驱动器或通过键盘输入密码来解锁磁盘。我的起点是使用 Debian 安装程序中的基本全盘加密选项进行全新安装，它将 /boot 以外的所有内容作为 LUKS 加密的逻辑卷组进行管理，并为我提供键盘选项。我将在答案中描述我当前的解决方案，希望它有用并且其他人可以改进它。
以下是我遇到的一些问题：
设置密码并将其放在 USB 驱动器上。
及时加载 USB 模块。
等待 USB 驱动器被 Linux 识别，然后再尝试读取它。
识别正确的 USB 驱动器（不是碰巧插入的其他驱动器）。
编写“keyscript”以从 USB 驱动器中提取密码。
确保在所有 USB 故障情况下都回退到键盘。
我会接受一个有重大改进的答案，并赞成提供贡献的答案。
我的很多解决方案都来自这篇文章，Using A USB Key For The LUKS Passphrase。
创建一个随机密码：
dd if=/dev/urandom bs=1 count=256 > passphrase
插入 USB 驱动器。 dmesg输出将显示设备名称；假设/dev/sdd。弄清楚它的大小：
blockdev --getsize64 /dev/sdd
我决定在原始设备的末尾安装密码短语，认为它可能会在任何意外使用 USB 驱动器时幸存下来。
dd if=passphrase of=/dev/sdd bs=1 seek=<size-256>
将密码添加到 LUKS 卷：
cryptsetup luksAddKey /dev/sda5 passphrase
这不会影响安装程序中现有的手动输入密码。可以删除密码短语文件：
rm passphrase
为 USB 记忆棒找到一个唯一的名称，以便我们可以在存在时识别它：
ls -l /dev/disk/by-id | grep -w sdd
您应该看到一个符号链接。我会打电话/dev/disk/by-id/<ID>的。
编辑/etc/crypttab. 你应该看到如下一行：
sdc5_crypt UUID=b9570e0f-3bd3-40b0-801f-ee20ac460207 none luks
将其修改为：
sdc5_crypt UUID=b9570e0f-3bd3-40b0-801f-ee20ac460207 /dev/disk/by-id/<ID> luks,keyscript=/bin/passphrase-from-usb
上面提到的keyscript将需要从 USB 设备中读取密码。然而，它需要做的还不止这些。要了解它的使用方式，请检查/usr/share/initramfs-tools/scripts/local-top/cryptroot在引导时运行以解锁根设备的脚本。请注意，当keyscript设置 a 时，它只是简单地运行，并且输出通过管道传输到luksOpen没有其他检查。无法发出错误信号（USB 驱动器不存在）或回退到键盘输入。如果密码失败，keyscript 会在循环中再次运行，最多运行几次；但是我们没有被告知我们正在进行哪个迭代。此外，我们无法控制 keyscript 何时运行，因此我们无法确定 Linux 是否已识别 USB 驱动器。
我用一些技巧解决了这个问题：
轮询 USB 驱动器并等待 3 秒钟以使其出现。这对我有用，但我很想知道更好的方法。
在第一次运行时创建一个虚拟文件/passphrase-from-usb-tried，以表明我们至少运行过一次。
如果我们至少运行过一次，或者找不到 USB 驱动器，请运行用于键盘输入的askpass程序。cryptroot
最终脚本：
#!/bin/sh
set -e
if ! [ -e /passphrase-from-usb-tried ]; then
touch /passphrase-from-usb-tried
if ! [ -e "$CRYPTTAB_KEY" ]; then
echo "Waiting for USB stick to be recognized..." >&2
sleep 3
fi
if [ -e "$CRYPTTAB_KEY" ]; then
echo "Unlocking the disk $CRYPTTAB_SOURCE ($CRYPTTAB_NAME) from USB key" >&2
dd if="$CRYPTTAB_KEY" bs=1 skip=129498880 count=256 2>/dev/null
exit
else
echo "Can't find $CRYPTTAB_KEY; USB stick not present?" >&2
fi
fi
/lib/cryptsetup/askpass "Unlocking the disk $CRYPTTAB_SOURCE ($CRYPTTAB_NAME)\nEnter passphrase: "
最后，我们需要确保该脚本在 initramfs 中可用。创建/etc/initramfs-tools/hooks/passphrase-from-usb包含：
#!/bin/sh
PREREQ=""
prereqs() {
echo "$PREREQ"
}
case "$1" in
prereqs)
prereqs
exit 0
;;
esac
. "${CONFDIR}/initramfs.conf"
. /usr/share/initramfs-tools/hook-functions
copy_exec /bin/passphrase-from-usb /bin
我的 initramfs 中没有 USB 驱动程序。（似乎它们在 Debian 的更高版本中是默认的。）我必须通过添加来添加它们/etc/initramfs-tools/modules：
uhci_hcd
ehci_hcd
usb_storage
完成后，更新 initramfs：
update-initramfs -u
如果我可以简单地拥有一个包含可以解锁磁盘的密码的小型 USB 记忆棒，那对我来说将是理想的选择。这不仅对服务器很方便（您可以将 U 盘留在服务器中 - 目标是能够返回损坏的硬盘而不必担心机密数据），它对我的笔记本电脑也很有用：插入启动时使用 U 盘，解锁加密磁盘后将其移除。
我现在编写了一个补丁，它将在所有设备的根目录中搜索文件“cryptkey.txt”并尝试使用每一行作为密钥进行解密。如果失败：恢复输入密码短语。
这确实意味着密钥不能包含 \n，但这也适用于任何键入的密钥。好处是您可以使用同一个 U 盘为多台机器存储密钥：您不需要为每台机器使用单独的 U 盘。因此，如果您的物理密钥环中有一个 USB 驱动器，您可以在物理上关闭时为您启动的所有计算机使用相同的驱动器。
您使用以下命令添加密钥：
cryptsetup luksAddKey /dev/sda5
然后将相同的密钥作为一行放入 USB/MMC 磁盘上名为“cryptkey.txt”的文件中。补丁在这里：
https://bugs.debian.org/cgi-bin/bugreport.cgi?bug=864647
如果您的 initramfs 中不存在 USB 驱动程序、MMC 驱动程序或文件系统，您需要通过添加到 /etc/initramfs-tools/modules 来添加它们：
uhci_hcd
ehci_hcd
usb_storage
nls_utf8
nls_cp437
vfat
fat
sd_mod
mmc_block
tifm_sd
tifm_core
mmc_core
tifm_7xx1
sdhci
sdhci_pci
完成后，更新 initramfs：
update-initramfs -u
它可以作为补丁和文件在以下位置找到：https ://gitlab.com/ole.tange/tangetools/tree/master/decrypt-root-with-usb
尽管@Andrew 给出了很好的答案，它在以前的版本中有效。该解决方案实际上已经过时，需要针对 ubuntu 18.04 和 19.10 进行大量调整。所以我想分享我对此的研究。
关于 crypttab 有几个问题。从 14.04 到 18.04 再到 19.10，sepcs 实际上发生了很大变化。它开始支持 cryptsetup 的更多参数。例如 keyfile-offset、keyfile-size 等。一些选项（例如 nobootwait）已经消失。其他发行版已支持某些参数，但 ubuntu 尚不支持（例如非常好的参数 keyfile-timeout。这可以消除整个 keyscript，因为它会在 keyfile-timeout 后自动回退到键盘输入。）
ubuntu 上 crypttab 的主要缺陷是它实际上由 2 个不同的进程处理。一个是传统的 initramfs，另一个是现代的 systemd。Systemd 应该在许多方面更加先进和灵活。然而，systemd 对 crypptab 的支持很差，有很多选项，比如 keyscript 只是默默地忽略了。所以我不知道发生了什么，直到我发现了这篇文章。几乎所有关于 crypttab 设置的在线帖子都是针对 initramfs 而不是针对 systemd。所以我们需要添加initramfs到crypttab中的所有条目以避免出现问题。
我还发现了一种在没有 VM 或重复重启的情况下调试我们的 keyscript 和 crypttab 的好方法。它是cryptdisks_start。在我们实际将更改传播到 initramfs 之前，我们应该始终使用这个不错的命令对其进行测试。否则，您最终将被锁定在您的系统之外，并且只能通过 chroot 环境来恢复它。
@andrew 发布了一种在文件系统的原始区域中使用数据隐藏的好方法。但是，当我们想要自动创建分区并将原始数据 dd 到大量 usbkey 时，我发现这很烦人，我们必须计算所有不同文件系统和不同分区大小的偏移量。此外，如果用户不小心写入 FS，则存在密钥被覆盖的风险。在这种情况下，没有任何 FS 的原始分区更有意义。但是原始分区没有 UUID，这对于自动解锁不是很有用。因此，我想介绍一种只在 usbkey 文件系统上使用普通密码短语文件的方法。passdev 的主要问题是它在读取文件期间不查找/停止。因此，当我们想要回退到键盘输入时，我们不能使用 keyfile-offset 和 keyfile-size 选项。因为 cryptsetup 实际上会尝试跳过输入内容，如果内容短于 keyfile-size，则会引发错误。这也意味着如果偏移量很大，passdev 可能会非常慢，因为它总是从头开始读取。但是，没有必要为文件系统上的实际文件实现偏移量和密钥文件大小。我相信这些是为原始设备创建的。
密码表
luks-part UUID="<uuid>" /dev/disk/by-uuid/<keyfile FS uuid>:/<keyfile path relative to usbkey root>:<timeout in sec> luks,keyfile-offset=<seek to the key>,keyfile-size=<>,keyscript=/bin/passphrase-from-usbfs.sh,tries=<number of times to try>,initramfs
keyscript passphrase-from-usbfs.sh 利用/lib/cryptsetup/scripts/passdev它将等待 USB 设备并挂载 fs，然后通过管道输出文件内容。它支持CRYPTTAB_KEY./device-path/<keyfile FS uuid>:/<keyfile path relative to usbkey root>:<timeout in sec>
#!/bin/sh
#all message need to echo to stderr, the stdout is used for passphrase
# TODO: we may need to do something about the plymouth
echo "CRYPTTAB_KEY=$CRYPTTAB_KEY" >&2
echo "CRYPTTAB_OPTION_keyfile_offset=$CRYPTTAB_OPTION_keyfile_offset" >&2
#set your offset and file size here if your system does not support those paramters
#CRYPTTAB_OPTION_keyfile_offset=
#CRYPTTAB_OPTION_keyfile_size=
echo "timeout=$CRYPTTAB_OPTION_keyfile_timeout" >&2
CRYPTTAB_OPTION_keyfile_timeout=10 # keyfile-timeout is not supported yet
pass=$(/lib/cryptsetup/scripts/passdev $CRYPTTAB_KEY)
rc=$?
if ! [ $rc -eq 0 ]; then
echo "Can't find $CRYPTTAB_KEY; USB stick not present?" >&2
/lib/cryptsetup/askpass "Unlocking the disk $CRYPTTAB_SOURCE ($CRYPTTAB_NAME) Enter passphrase: "
else
echo "successfully load passphrase." >&2
echo -n $pass
fi
钩子告诉 update-initramfs 复制我们的脚本。
#!/bin/sh
PREREQ=""
prereqs() {
echo "$PREREQ"
}
case "$1" in
prereqs)
prereqs
exit 0
;;
esac
. "${CONFDIR}/initramfs.conf"
. /usr/share/initramfs-tools/hook-functions
copy_exec /bin/passphrase-from-usbfs.sh
copy_exec /bin/passphrase-from-usb.sh
#when using passdev we need to hook additionaly FS and binary
copy_exec /lib/cryptsetup/scripts/passdev
manual_add_modules ext4 ext3 ext2 vfat btrfs reiserfs xfs jfs ntfs iso9660 udf
最后，我发布了 passphrase-from-usb.sh 的更新版本，它可以使用 crypttab 中的新参数：
为了配合上面的优秀答案，请参阅可用于编写/生成和读取原始块设备密钥的 C 例程。“readkey.c”从块设备中提取给定大小的密钥，“writekey.c”可以生成或写入现有密钥到原始设备。编译后的“readkey.c”可以在自定义脚本中使用，以从原始块设备中提取已知大小的密钥，如下所示：
readkey </path/to/device> <keysize>
要查看“writekey”的用法，编译后不带标志运行它。
要编译只需使用：
gcc readkey.c -o readkey
gcc writekey.c -o writekey
我在 Verbatim 16GB USB 2.0 USB 闪存驱动器上进行了测试，并在下面发布了 crypttab 中的自定义“keyscript=”。“crypto-usb.sh”的想法来自“debian etch”cryptsetup 指南。
加密usb.sh：
#!/bin/sh
echo ">>> Trying to get the key from agreed space <<<" >&2
modprobe usb-storage >/dev/null 2>&1
sleep 4
OPENED=0
disk="/sys/block/sdb"
boot_dir="/boot"
readkey="/boot/key/readkey"
echo ">>> Trying device: $disk <<<" >&2
F=$disk/dev
if [ 0`cat $disk/removable` -eq 1 -a -f $F ]; then
mkdir -p $boot_dir
mount /dev/sda1 $boot_dir -t ext2 >&2
echo ">>> Attempting key extraction <<<" >&2
if [ -f $readkey ]; then
# prints key array to the caller
$readkey /dev/sdb 4096
OPENED=1
fi
umount $boot_dir >&2
fi
if [ $OPENED -eq 0 ]; then
echo "!!! FAILED to find suitable key !!!" >&2
echo -n ">>> Try to enter your password: " >&2
read -s -r A
echo -n "$A"
else
echo ">>> Success loading key <<<" >&2
fi
生成密钥时必须提供密钥大小，生成的密钥会保存到“.tmpckey”文件中，文件权限为 0600，以备后用。写入现有密钥时，大小是通过测量现有密钥大小来确定的。这看起来很复杂，但是一旦用简单的“gcc”编译，它就可以提供操作原始密钥内容的简单方法。
读键.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
void main(int argc, char *argv[])
{
int blockSize = 512;
int keySize = 2048;
FILE *device;
if ( argc == 3
&& (sizeof(argv[1]) / sizeof(char)) > 1
&& (sizeof(argv[2]) / sizeof(char)) > 1
&& (atoi(argv[2]) % 512) == 0
) {
device = fopen(argv[1], "r");
if(device == NULL) {
printf("\nI got trouble opening the device %s\n", argv[1]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
keySize = atoi(argv[2]);
}
else if ( argc == 2
&& (sizeof(argv[1]) / sizeof(char)) > 1
) {
device = fopen(argv[1], "r");
if(device == NULL) {
printf("\nI got trouble opening the device %s\n", argv[1]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
else {
printf("\nUsage: \n");
printf("\nKey Size Provided: \n");
printf("\n\t\treadkey </path/to/device> <keysize> \n");
printf("\nDefault key size: %d\n", keySize);
printf("\n\t\treadkey </path/to/device>\n");
exit(1);
}
int count;
char *block;
/* Verify if key is multiple of blocks */
int numBlocks = 0;
if (keySize % 512 != 0) {
printf("\nSory but key size is not multiple of block size, try again. TA.\n");
exit(1);
}
/* Seek till the end to get disk size and position to start */
fseek(device, 0, SEEK_END);
/* Determine where is the end */
long endOfDisk = ftell(device);
/* Make sure we start again */
rewind(device); // Do I need it ???
/* Get the required amount minus block size */
long startFrom = endOfDisk - blockSize - keySize;
/* Allocate space for bloc */
block = calloc(keySize, sizeof(char));
/* Start reading from specified block */
fseek(device, startFrom, SEEK_SET);
fread(block, 1, keySize, device);
/* Do something with the data */
for(count = 0; count < keySize/*sizeof(block)*/; count++){
printf("%c", block[count]);
}
/* Close file */
fclose(device);
/* Make sure freed array is zeroed */
memset(block, 0, keySize);
free(block);
}
writekey.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int blockSize = 512;
int keySize = 2048;
int count;
unsigned char *block;
/*
Thing to always remember that argv starts from 0 - the name of the program, and argc starts from 1 i.e. 1 is the name of the program.
*/
if ( argc == 3
&& strcmp(argv[1], "genwrite") != 0
&& (sizeof(argv[2]) / sizeof(char)) > 2
) {
char ch;
FILE *keyF;
keyF = fopen(argv[1], "r");
if (keyF == NULL) exit(EXIT_FAILURE);
/* Tell key Size */
fseek(keyF, 0, SEEK_END);
keySize = ftell(keyF);
rewind(keyF);
printf("\nKey Size: %d\n", keySize);
block = calloc(keySize, sizeof(char));
printf("\n-- Start Key --:\n");
for(count = 0; count < keySize/*sizeof(block)*/; count++){
char ch = fgetc(keyF);
block[count] = ch;
/*
Uncomment below to see your key on screen
*/
// printf("%c",ch);
}
printf("\n-- End Key --:\n");
fclose(keyF);
}
else if ( argc == 3
&& strcmp(argv[1], "genwrite") == 0
&& (sizeof(argv[2]) / sizeof(char)) > 2
)
{
printf("\n-- Attempting to create random key(ish --) of size: %d\n", keySize);
block = calloc(keySize, sizeof(char));
int count;
for(count = 0; count < keySize/*sizeof(block)*/; count++){
block[count] = (char) rand();
}
FILE *tmpfile;
tmpfile = fopen(".tmpckey", "w");
if(tmpfile == NULL) exit(EXIT_FAILURE);
fwrite(block, 1, keySize, tmpfile);
fclose(tmpfile);
chmod(".tmpckey", 0600);
}
else if ( argc == 4
&& strcmp(argv[1], "genwrite") == 0
&& (sizeof(argv[2]) / sizeof(char)) > 2
&& ((atoi(argv[3]) % 512) == 0)
)
{
keySize = atoi(argv[3]);
printf("\n-- Attempting to create random key(ish --) of size: %d\n", keySize);
block = calloc(keySize, sizeof(char));
int count;
for(count = 0; count < keySize/*sizeof(block)*/; count++){
block[count] = (char) rand();
}
FILE *tmpfile;
tmpfile = fopen(".tmpckey", "w");
if(tmpfile == NULL) exit(EXIT_FAILURE);
fwrite(block, 1, keySize, tmpfile);
fclose(tmpfile);
chmod(".tmpckey", 0600);
}
else {
printf("\n");
printf("################################################################################\n");
printf("# #\n");
printf("# Usage: #\n");
printf("# #\n");
printf("################################################################################\n");
printf("#> To write existing key to device: #\n");
printf("# #\n");
printf("# writekey </path/to/keyfile> </path/to/removable/sd*> #\n");
printf("# #\n");
printf("#> To generate and write pseudo random key, #\n");
printf("#> key will be saved to temporary file .tmpckey #\n");
printf("# #\n");
printf("# writekey genwrite </path/to/removable/sd*> <keysize in multiples of 512> #\n");
printf("# #\n");
printf("#> When keysize is not provided default size is set to %d. #\n", keySize);
printf("# #\n");
printf("################################################################################\n");
exit(1);
}
/*
Some printf debugging below, uncomment when needed to see what is going on.
*/
/*
printf("\nNumber of Args: %d\n", argc);
printf("\nCurrently block array contains: \n");
for(count = 0; count < keySize; count++){
printf("%c", block[count]);
}
printf("\n-- End block -- \n");
*/
/* Open Device itp... */
FILE *device = fopen(argv[2], "a");
if(device == NULL) exit(EXIT_FAILURE);
printf("\nDevice to write: %s\n", argv[2]);
fseek(device, 0, SEEK_END);
/* Determine where is the end */
long endOfDisk = ftell(device);
printf("\nDevice Size: %ld\n", endOfDisk);
/* Verify if key is multiple of blocks */
int numBlocks = 0;
if (keySize % 512 != 0 || endOfDisk < (blockSize + keySize) ) {
printf("\nSorry but key size is not multiple of block size or device you trying to write to is too small, try again. TA.\n");
fclose(device);
exit(1);
}
/* Make sure we start again */
rewind(device);
/* Get the required amount sunbstracting block size */
long startFrom = endOfDisk - blockSize - keySize;
/* Write some data to the disk */
printf("\nWriting data starting from: %ld\n", startFrom);
fseek(device, startFrom, SEEK_SET);
fwrite(block, 1, keySize, device);
printf("\nBlock Position after data write procedure : %ld\n", ftell(device));
/*
Below is just for convenience, to read what was written,
can aid in debugging hence left commented for later.
*/
/*
printf("\nAmount of Data written : %ld\n", ftell(device) - startFrom);
// Start reading from specified block
printf("\n>>>>>>>> DEBUGGING SECTION <<<<<<<<<\n");
rewind(device); //
fseek(device, startFrom, SEEK_SET);
printf("\nBlock Position before read attempted: %d\n", ftell(device));
printf("\nKey size: %d\n", keySize);
fread(block, 1, keySize, device);
// Do something with the data
printf("\nBlock Position startFrom: %ld\n", startFrom);
printf("\nBlock Position after read: %d\n", ftell(device));
printf("\n-- Buffer Read: --\n");
for(count = 0; count < keySize; count++){
printf("%c", block[count]);
}
printf("\n-- End block -- \n");
printf("\n-- -- \n");
printf("\n-- -- \n");
*/
/* Close file */
fclose(device);
/* Make sure freed array is zeroed */
memset(block, 0, keySize);
free(block);
/* Return success, might change it to be useful return not place holder */
return 0;
}
验证写入原始设备的密钥与文件中的密钥相同（如果密钥相同，下面将不输出任何内容）：
diff -B <(./readkey </path/to/device> 4096) <(cat .tmpckey)
或者对于使用自己的方式生成的现有密钥：
diff -B <(./readkey </path/to/device> <generated elsewhere key size>) <(cat </path/to/keyfile>)
谢谢你
这是一个类似于Andrew的解决方案，但是
使用Debian crypttab 手册页中描述的 CRYPTTAB_TRIED来区分尝试，以及
在第一次尝试时调用现有的标准 keyscript /lib/cryptsetup/scripts/passdev。
像往常一样为passdev脚本创建密钥文件或密钥分区。
创建以下文件/usr/local/bin/key-from-usb并使其可执行。
#!/bin/sh
set -e
if [ $CRYPTTAB_TRIED -ge 1 ]; then
/lib/cryptsetup/askpass "Second try to unlock $CRYPTTAB_SOURCE ($CRYPTTAB_NAME). Please enter passphrase: "
else
/lib/cryptsetup/scripts/passdev $CRYPTTAB_KEY
fi
在/etc/crypttab使用参数keyscript=/usr/local/bin/key-from-usb。
/etc/initramfs-tools/hooks/key-from-usb使用此内容创建：
#!/bin/sh
PREREQ=""
prereqs() {
echo "$PREREQ"
}
case "$1" in
prereqs)
prereqs
exit 0
;;
esac
. "${CONFDIR}/initramfs.conf"
. /usr/share/initramfs-tools/hook-functions
manual_add_modules vfat
copy_exec /usr/lib/cryptsetup/scripts/passdev /usr/lib/cryptsetup/scripts/passdev
copy_exec /usr/local/bin/key-from-usb /usr/local/bin/key-from-usb
这里的第一copy_exec行是必需的，因为passdev如果没有在crypttab. 同样，manual_add_modules vfat将确保仍然可以使用 vfat USB 磁盘。
提示：使用lsinitramfs /boot/initrd.img-...并比较/比较结果以检查是否包含脚本及其所有依赖项。