Clevis с TPM2

В современных серверных и удалённых средах ручной ввод пароля для расшифровки зашифрованных дисков при каждой загрузке становится серьёзным препятствием для автоматизации. Clevis — это фреймворк, разработанный Red Hat, который позволяет автоматически расшифровывать LUKS-разделы при выполнении заданных условий, используя различные механизмы (TPM2, Tang, Shamir). В этой статье подробно рассматриваются установка, настройка и использование Clevis с TPM2 и Secure Boot, включая привязку к регистрам PCR, обновление initramfs, интеграцию с systemd, а также лучшие практики безопасности.

1.1. Английские сокращения

1.2. Русские сокращения

2.1. Что такое Clevis

Clevis — это фреймворк для автоматического расшифровывания данных, позволяющий привязать ключ шифрования к определённым условиям (например, наличие TPM2, доступность сетевого сервера Tang, состояние Secure Boot). Он абстрагирует механизмы расшифровки и предоставляет единый интерфейс для управления политиками доступа.

2.2. Компоненты Clevis

• Clevis core – основная библиотека для шифрования и подписи данных (JOSE).
• Clevis luks – интеграция с LUKS (cryptsetup).
• Clevis tpm2 – модуль для работы с TPM2.
• Clevis tang – модуль для работы с сетевой службой Tang.
• Clevis shamir – реализация схемы разделения секрета (Shamir).
• Clevis systemd – интеграция с systemd (clevis-luks-askpass.service).
• Clevis dracut – интеграция с initramfs через dracut.

2.3. Как это работает

1. При настройке система генерирует случайный ключ шифрования (или использует существующий).
2. Ключ шифруется с помощью политики (привязка к TPM, Tang, или комбинации).
3. Зашифрованный ключ сохраняется в одном из слотов LUKS (обычно слот 1).
4. При загрузке система через модуль Clevis в initramfs обращается к TPM/Tang для расшифровки ключа.
5. Если условия выполнены, ключ расшифровывается и передаётся в cryptsetup для монтирования раздела.

2.4. Слоты LUKS

В LUKS2 поддерживается до 32 слотов для ключей. Слот 0 обычно используется для парольной фразы (с Argon2id), слоты 1+ — для токенов (Clevis, TPM, Tang). Рекомендуется оставлять слот 0 для экстренного доступа (парольная фраза), а для автоматической разблокировки использовать отдельные слоты.

2.5. Аргон2 (Argon2id) для слота 0

Для слота 0 (парольная фраза) рекомендуется использовать Argon2id — современную функцию вывода ключа, устойчивую к атакам на GPU и ASIC. Это повышает безопасность парольной фразы.

3.1. Проверка наличия TPM2

sudo dmesg | grep -i tpm
sudo tpm2_pcrread

3.2. Установка необходимых пакетов

sudo apt install clevis clevis-luks clevis-tpm2 tpm2-tools

sudo dnf install clevis clevis-luks clevis-tpm2 tpm2-tools

3.3. Проверка службы TPM2

sudo systemctl status tpm2-abrmd
sudo systemctl enable --now tpm2-abrmd

3.4. Чтение регистров PCR (Platform Configuration Registers)

sudo tpm2_pcrread sha256:0,1,2,3,4,5,6,7,9,10

4.1. Основные PCR

4.2. Рекомендации по выбору PCR

• Минимальная безопасность: `pcr<sub>ids</sub>=«7»` (только Secure Boot).
• Баланс безопасности и обновлений: `pcr<sub>ids</sub>=«0,7»` (Secure Boot + System Firmware).
• Усиленная защита: `pcr<sub>ids</sub>=«0,2,4,7,9»` (Secure Boot + firmware + bootloader + initramfs).
• Максимальная защита: `pcr<sub>ids</sub>=«0,2,4,5,7,9,10»` (включая IMA).

Примечание: включение PCR0 и PCR2 может привести к необходимости повторной привязки после обновлений прошивки или микрокода. Для серверов, где обновления редки, это допустимо. Для частых обновлений рекомендуется минимальный набор.

5.1. Проверка текущих слотов

sudo cryptsetup luksDump /dev/[ваш_устройство]

5.2. Удаление старого слота

sudo cryptsetup luksKillSlot /dev/[ваш_устройство] [номер_слота]


sudo cryptsetup luksKillSlot /dev/nvme0n1p3 1


sudo cryptsetup token remove --token-id 2 /dev/nvme0n1p3

6.1. Привязка к PCR

Базовый вариант (PCR7, Secure Boot):

sudo clevis luks bind -d /dev/[ваш_устройство] \
  tpm2 '{"pcr_bank":"sha256","pcr_ids":"7"}'

Баланс безопасности и обновлений (PCR0,7):

sudo clevis luks bind -d /dev/[ваш_устройство] \
  tpm2 '{"pcr_bank":"sha256","pcr_ids":"0,7"}'

Усиленная защита (PCR0,2,4,7,9):

sudo clevis luks bind -d /dev/[ваш_устройство] \
  tpm2 '{"pcr_bank":"sha256","pcr_ids":"0,2,4,7,9"}'

6.2. Проверка привязки

sudo clevis luks list /dev/[ваш_устройство]
sudo cryptsetup luksDump /dev/[ваш_устройство]

6.3. Обновление initramfs

sudo dracut -fv --regenerate-all


sudo update-initramfs -u -k all

6.4. Настройка systemd

sudo systemctl enable clevis-luks-askpass.service
sudo systemctl start clevis-luks-askpass.service

7.1. Тестовая расшифровка без перезагрузки

sudo clevis luks unlock -d /dev/[ваш_устройство]

7.2. Проверка PCR после загрузки

sudo tpm2_pcrread sha256:0,2,4,7,9

7.3. Проверка состояния Secure Boot

sudo mokutil --sb-state

7.4. Проверка логов загрузки

journalctl -b | grep -i clevis
journalctl -b | grep -i tpm

7.5. Эмуляция изменения PCR (для тестирования)

Если необходимо проверить реакцию на изменение PCR7 (отключение Secure Boot), можно временно отключить Secure Boot в UEFI и попытаться загрузиться – разблокировка должна не сработать.

8.1. Резервное копирование заголовка LUKS

sudo cryptsetup luksHeaderBackup /dev/[ваш_устройство] \
  --header-backup-file luks-header.backup

8.2. Резервное копирование ключа (альтернатива)

sudo cryptsetup luksDump /dev/[ваш_устройство] | \
  grep -A1 "slot" > luks-slot-backup.txt

8.3. Сохранение политик Clevis

sudo clevis luks list /dev/[ваш_устройство] > clevis-policy-backup.txt

8.4. Восстановление заголовка

sudo cryptsetup luksHeaderRestore /dev/[ваш_устройство] \
  --header-backup-file luks-header.backup

Clevis также поддерживает сетевой сервер Tang, что позволяет разблокировать диск при наличии доступа к сети.

9.1. Настройка Tang сервера

На сервере:

sudo dnf install tang
sudo systemctl enable --now tangd.socket

9.2. Привязка к Tang на клиенте

sudo clevis luks bind -d /dev/[ваш_устройство] \
  tang '{"url":"http://tang-server"}'

9.3. Гибридная настройка (Tang + TPM2)

Можно использовать схему разделения секрета (Shamir) для комбинированной аутентификации.

@startuml
title Разблокировка LUKS с Clevis и TPM2
participant "Загрузчик (GRUB)" as GRUB
participant "initramfs" as Init
participant "Модуль Clevis" as Clevis
participant "TPM2 (аппаратно)" as TPM
participant "cryptsetup" as Crypt

GRUB -> Init : загрузка ядра и initramfs
Init -> Clevis : запрос ключа
Clevis -> TPM : расшифровка ключа (запрос PCR)
TPM -> TPM : проверка PCR (0,7)
TPM -> Clevis : возврат расшифрованного ключа
Clevis -> Crypt : передача ключа
Crypt -> Init : монтирование корневой ФС
Init -> GRUB : продолжение загрузки
@enduml

11.1. Рекомендации

• Храните парольную фразу (слот 0) в надёжном месте (например, в менеджере паролей, на физическом носителе).
• Используйте слот 0 с Argon2id для усиления защиты от брутфорса.
• Включите Secure Boot и защиту PCR7 для предотвращения загрузки неподписанных загрузчиков.
• Регулярно обновляйте прошивку и следите за изменениями PCR (при обновлении прошивки может потребоваться повторная привязка).
• Создавайте резервные копии заголовка LUKS перед изменениями (bind/unbind).
• Используйте ограниченный набор PCR (например, 0,7) для баланса безопасности и удобства обновлений.

11.2. Ограничения

• Изменение PCR (обновление прошивки, ядра, initramfs) может привести к невозможности расшифровки.
• Не все системы имеют TPM2.
• Secure Boot должен быть включен и правильно настроен.

11.3. Устранение неполадок

Если после обновления система не загружается:

1. Загрузитесь с Live CD/USB.

2. Расшифруйте диск вручную:

   sudo cryptsetup luksOpen /dev/[ваш_устройство] root --key-file -
   

3. Восстановите слот Clevis:

   sudo clevis luks bind -d /dev/[ваш_устройство] tpm2 '{"pcr_ids":"0,7"}'
   

4. Обновите initramfs.

5. Настройте Clevis с TPM2 на тестовом диске (или loop-устройстве).

6. Удалите слот и создайте заново с изменённым набором PCR.

7. Проверьте, что разблокировка работает после перезагрузки.

8. Временно отключите Secure Boot и убедитесь, что разблокировка не происходит.

9. Создайте резервную копию заголовка LUKS и восстановите его.

Clevis в сочетании с TPM2 и Secure Boot представляет собой мощное решение для автоматической расшифровки зашифрованных дисков в серверных и удалённых средах. Правильный выбор PCR и регулярное обновление системы обеспечивают баланс между безопасностью и удобством эксплуатации. Наличие парольной фразы (слот 0) даёт надёжный запасной вариант доступа.

Все команды требуют прав root. При тестировании используйте несистемные разделы или loop-устройства для избежания повреждения загрузочной системы. Рекомендуется сначала экспериментировать на виртуальной машине.