EncFS

EncFS
Тип	криптографическая^[англ.] файловая система
Разработчик	Valient Gough (Валент Гоф)
Операционные системы	Linux, FreeBSD и macOS
Первый выпуск	2003[1]
Последняя версия	1.9.5 (27 апреля 2018)[2]
Репозиторий	github.com/vgough/encfs
Лицензия	GNU GPL
Сайт	vgough.github.io/encfs/

EncFS — свободная криптографическая^[англ.] файловая система, основанная на FUSE, прозрачно шифрующая файлы, используя произвольный каталог в качестве места для хранения зашифрованных файлов. Распространяется под лицензией GPL.

При монтировании EncFS указывается каталог-источник (исходный каталог с зашифрованными файлами) и точка монтирования. После монтирования каждому файлу в каталоге-точке монтирования соответствует определённый файл из зашифрованного каталога. Таким образом, в каталоге-точке монтирования представлены файлы каталога источника в незашифрованном виде. Файлы шифруются с помощью ключа, который в свою очередь хранится в том же каталоге, что и зашифрованные файлы, в зашифрованном виде. Пароль, вводимый пользователем с клавиатуры, служит для расшифровки этого ключа.

Архитектура EncFS

EncFS взаимодействует непосредственно с libfuse (интерфейс FUSE), библиотекой логирования и OpenSSL (библиотека шифрования). «Общение» с ядром происходит через FUSE.

Взаимодействие с libfuse

• Слой обратного вызова (callback layer) EncFS получает запросы из libfuse.
• Далее эти запросы перенаправляются к соответствующему узлу каталога (DirNode) или файла (FileNode) или возвращается информация из кэша, если она там присутствует.
• Реализации интерфейсов вывода имён (NameIO) и содержимого (FileIO) файлов возвращают расшифрованную информацию.

Обзор шифрования в EncFS

Используемая библиотека OpenSSL предоставляет алгоритмы шифрования AES (16-байтный блочный шифр с длиной ключа 128—256 бит) и Blowfish (8-байтный блочный шифр с длиной ключа 128—256 бит). В ранних версиях (до 1.1) частично поддерживалась библиотека шифрования Botan. Шифрование происходит следующим образом:

• Узел файла (FileNode) посылает запросы на чтение/запись через экземпляр FileIO;
• FileIO формирует цепочку для шифрования;
• Слой BlockFileIO конвертирует запросы в блочно-ориентированные.

Шифрование имен файлов

Имена файлов шифруются и затем кодируются в 64-битную кодировку, параллельно избавляясь от символов «.» и «/». Есть возможность потокового (стандарт до версии 1.1) и блочного шифрования. 16-битный MAC используется как IV (инициализационный вектор) и приписывается спереди к зашифрованному имени, что позволяет рандомизировать результат шифрования (одинаковые имена файлов шифруются по-разному, так как при формировании инициализационного вектора используется весь путь к файлу).

Использование пароля

Каждый экземпляр файловой системы EncFS использует случайно сгенерированный ключ (ключ тома). Этот ключ сохраняется зашифрованным с помощью вводимого пользователем пароля. И расшифровывается при введении пользователем пароля с клавиатуры. Это позволяет добиться следующих преимуществ:

• Для изменения пароля тома нужно всего лишь изменить одну строчку в конфигурационном файле.
• Хорошая возможность расширяемости для восстановления пароля.

Размер блоков файловой системы

Все операции чтения/записи в EncFS являются блочными. Размер блоков определяется пользователем при создании файловой системы и варьируется от 64 до 4096 байт. Маленький размер блоков уменьшает время произвольного доступа, но увеличивает число запросов при чтении/записи больших кусков файлов. Большой размер блоков способствует увеличению скорости обработки данных, но увеличивает время произвольного доступа. В отличие от реальных файловых систем большой размер блоков не приводит к потере дискового пространства (незаполненные до конца блоки не забиваются нулями).

Использование MAC

При шифровании каждому блоку в файле добавляется заголовок MAC. Вплоть до последней версии EncFS включительно в качестве MAC’а используется 64-битный SHA-1. Таким образом, 512-байтный блок является 504 байтами зашифрованных данных и 8 байтами MAC’а.

Конфигурационный файл

Каждый экземпляр файловой системы EncFS содержит конфигурационный файл «.encfs%», где % — номер версии. В этом файле содержатся:

• опции шифрования, включая алгоритм (AES, BlowFish) и длину ключа;
• заголовки MAC (Message authentication code);
• размер блоков шифрования.

Поддержка файловой семантики Unix

EncFS поддерживает основную семантику файловой системы за исключением следующего:

• переименование каталога вызывает обновление значения времени изменения в содержащихся в нём файлах;
• не разрешены жёсткие ссылки, так как данные из файла привязаны к имени файла.

Поддерживаемые операционные системы

Основная реализация EncFS поддерживается операционными системами Linux, Mac OS X, FreeBSD. Под Windows существует несколько активно развивающихся реализаций^[3][4][5][6].

Использование EncFS в Linux

Использование зашифрованных каталогов очень похоже на установку любой другой файловой системы под Linux. Создаётся реальный каталог со всеми вашими файлами, для примера, /home/user/crypt-raw. Необходимо также создать точку монтирования, пусть это будет /home/user/crypt. При обращении к этим каталогам следует убедиться, что используете абсолютные пути (не только/usr/bin/crypt).

Шифруются данные командой:

> encfs /home/user/crypt-raw /home/user/crypt
Volume key not found, creating new encrypted volume.
Password:
Verify:

Когда шифрование завершилось, обращаться к файлам можно используя каталог crypt. После завершения работы можно использовать команду:

> fusermount -u /home/user/crypt

Эта команда отмонтирует каталог crypt, оставляя crypt-raw в зашифрованном виде.

Преимущества

EncFS имеет ряд преимуществ над другими системами шифрования разделов жёсткого диска, потому что каждый файл отдельно шифруется и сохраняется как обычный файл.

• Занимаемое «томами» EncFS дисковое пространство не фиксировано — оно растёт и уменьшается в зависимости от изменений количества и размера зашифрованных файлов.
• Некоторые каталоги в каталоге-точке монтирования могут физически находиться на различных устройствах.
• Средства резервного копирования могут обновлять только те файлы, которые изменились в исходном каталоге, а не весь каталог.

Недостатки

• Тома EncFS не могут быть отформатированы под произвольную файловую систему. Они сохраняют особенности и ограничения файловой системы, содержащей каталог-источник.
• Фрагментация зашифрованного тома вызывает фрагментацию файловой системы, содержащей каталог-источник.
• Каждый пользователь, имеющий доступ к каталогу-источнику, способен видеть количество файлов в зашифрованной файловой системе, какие права они имеют, их приблизительный размер, приблизительную длину имени и дату последнего доступа или изменения.

Опции файловой системы

При создании нового EncFS каталога доступны различные опции.

Алгоритм шифрования

EncFS может использовать любые алгоритмы шифрования, которые можно найти в системе. Обычно доступны Blowfish и AES.

Если алгоритм шифрования позволяет выбрать длину ключа, это можно сделать и при использовании его в EncFS.

Размер блока

Каждый файл шифруется поблочно и эта опция позволяет выбрать размер блока. При чтении хотя бы одного байта из зашифрованного файла расшифровывается весь блок. Также при записи блок сначала расшифровывается целиком, а потом зашифровывается обратно.

По умолчанию размер блока равен 512, чего достаточно в большинстве случаев.

Шифрование имён файлов

В отличие от содержимого зашифрованных файлов, имена файлов могут быть зашифрованы блочным или поточным шифром. Блочный шифр позволяет скрывать точную длину имён файлов, тогда как поточный показывает её точь-в-точь, экономя при этом место на носителе (хоть и незначительное).

Цепи полных путей файлов

Данная опция позволяет шифровать одинаковые имена файлов, находящихся в разных каталогах, по-разному, исходя из полного пути к файлу.

Однако, если родительский каталог будет переименован, то все нижележащие файлы и каталоги будут также переименованы. Это может быть довольно ресурсозатратной операцией. Поэтому не рекомендуется использовать эту опцию, если предполагается частое переименование каталогов большой вложенности.

Инициирующий вектор для файлов

Если опция включена, то каждый файл шифруется с произвольным 8-байтовым инициирующим вектором, который располагается внутри зашифрованного файла. Если опция отключена, то каждый файл шифруется одним и тем же инициирующим вектором, который может сделать ключ менее стойким к взлому.

Включение этой опции делает файловую систему более защищённой ценой добавления всего лишь 8 байт к каждому файлу.

Внешние цепи инициирующих векторов

Позволяет шифровать содержимое одинаковых блоков различных файлов по-разному, исходя из полного пути к файлу.

Соответственно, изменение пути к файлу будет менять и его зашифрованное содержимое.

Block MAC headers

Позволяет хранить контрольную сумму каждого зашифрованного блока, чтобы повреждение или модификация зашифрованного файла могли быть детектированы EncFS. Контрольная сумма — это 8 байт, добавляемых к каждому блоку. Можно использовать ещё 8 дополнительных произвольных байтов, чтобы два одинаковых открытых блока имели разную контрольную сумму.

Эта опция накладывает дополнительные расходы на CPU, так как каждый блок должен быть проверен на соответствие своей контрольной сумме при каждом чтении или записи.

Авторазмонтирование после определённого времени неиспользования

Если зашифрованная файловая система не использовалась некоторое время (несколько минут), то она может быть автоматически размонтирована. Размонтирование не будет происходить, если открыт хотя бы один файл, даже на чтение.

Сравнение с аналогами

Сравнение проводилось с файловыми системами CryptoFS (также основанной на FUSE) и LUKS (реализованной на уровне ядра). Файловые системы CryptoFS и EncFS показывают лучшую производительность при размере файла и записи, близком к «родному» размеру страницы Linux-систем (4096 Кбайт). Результаты обеих userspace-систем существенно отстают от результатов шифрования LUKS, как и предполагалось. Действительно, использование различных абстракций FUSE и криптографических систем накладывает дополнительную задержку на все операции чтения и записи. Однако, производительность EncFS оказалась несколько выше производительности CryptoFS^[7].

См. также

• eCryptFS
• gocryptfs
• Botan (библиотека программ)

Примечания

1. encfs / README.md
2. Release 1.9.5 — 2018.
3. EncFSMP  (неопр.). Дата обращения: 17 октября 2015. Архивировано из оригинала 15 октября 2015 года.
4. WEncFS (Windows Encrypted File System) Архивная копия от 8 января 2009 на Wayback Machine — неоконченный проект по портированию EncFS под Windows
5. encfs4win Архивная копия от 4 июля 2011 на Wayback Machine — работоспособный проект по портированию EncFS под Windows (последний релиз 2013 год)
6. encfs4win Архивная копия от 20 ноября 2016 на Wayback Machine — Форк оригинального проекта, активно развивается (последний релиз 2016), использует актуальную версию Dokan, размещен на github Архивная копия от 14 января 2017 на Wayback Machine
7. Системы шифрования данных LUKS, EncFS и CryptoFS под Linux  (неопр.). Дата обращения: 25 декабря 2008. Архивировано из оригинала 30 апреля 2009 года.

Ссылки

• Новый сайт проекта EncFS Архивная копия от 15 сентября 2015 на Wayback Machine (англ.)
• Старый сайт проекта EncFS Архивная копия от 10 сентября 2012 на Wayback Machine (англ.)
• Аудит безопасности EncFS Архивная копия от 5 апреля 2016 на Wayback Machine
• Шифрование пользовательских данных с помощью EncFS
• Системы шифрования данных LUKS, EncFS и CryptoFS под Linux
• HOWTO: EncFS in Ubuntu and Fedora GNU/Linux
• encfs version 1.3.2 for Mac OS X (недоступная ссылка)
• encfs4win: Порт для Windows
• EncFS MP: Другой порт для Windows и OSX с графическим интерфейсом
• Safe: Другая реализация каждого файла для Windows, и Mac OS X, без драйвера режима ядра (медленнее), но полностью с открытым исходным кодом