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=== eCryptfs 的架构 === 图 2. eCryptfs 加密文件系统的架构 http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-ecryptfs/image002.jpg eCryptfs Layer 是一个比较完备的内核文件系统模块,但是没有实现在物理介质上存取数据的功能。在 eCryptfs Layer自己的数据结构中,加入了指向下层文件系统数据结构的指针,通过这些指针,eCryptfs就可以存取加密文件。清单 2 列出几种主要的数据结构: 清单 2. eCryptfs Layer 主要数据结构 static struct file_system_type ecryptfs_fs_type = { .owner = THIS_MODULE, .name = "ecryptfs", .get_sb = ecryptfs_get_sb, .kill_sb = ecryptfs_kill_block_super, .fs_flags = 0 } ; struct ecryptfs_sb_info { struct super_block *wsi_sb; struct ecryptfs_mount_crypt_stat mount_crypt_stat; }; struct ecryptfs_inode_info { struct inode vfs_inode; struct inode *wii_inode; struct file *lower_file; /* wii_inode, lower_file 指向下层文件系统对应的数据结构 */ struct mutex lower_file_mutex; struct ecryptfs_crypt_stat crypt_stat; }; struct ecryptfs_dentry_info { struct path lower_path; /* 下层文件系统的 dentry */ struct ecryptfs_crypt_stat *crypt_stat; }; struct ecryptfs_file_info { struct file *wfi_file; struct ecryptfs_crypt_stat *crypt_stat; }; Keystore 和用户态的 eCryptfs Daemon 进程一起负责密钥管理的工作。eCryptfs Layer 首次打开一个文件时,通过下层文件系统读取该文件的头部元数据,交与 Keystore 模块进行 EFEK(加密后的 FEK)的解密。前面已经提及,因为允许多人共享加密文件,头部元数据中可以有一串 EFEK。EFEK 和相应的公钥算法/口令的描述构成一个鉴别标识符,由 ecryptfs_auth_tok 结构表示。Keystore 依次解析加密文件的每一个 ecryptfs_auth_tok 结构:首先在所有进程的密钥链(key ring)中查看是否有相对应的私钥/口令,如果没有找到,Keystore 则发一个消息给 eCryptfs Daemon,由它提示用户输入口令或导入私钥。第一个被解析成功的 ecryptfs_auth_tok 结构用于解密 FEK。如果 EFEK 是用公钥加密算法加密的,因为目前 Kernel Crypto API 并不支持公钥加密算法,Keystore 必须把 ecryptfs_auth_tok 结构发给 eCryptfs Daemon,由它调用 Key Module API 来使用 TPM 或 OpenSSL库解密 FEK。解密后的 FEK 以及加密文件内容所用的对称密钥算法的描述信息存放在 ecryptfs_inode_info 结构的 crypt_stat 成员中。eCryptfs Layer 创建一个新文件时,Keystore 利用内核提供的随机函数创建一个 FEK;新文件关闭时,Keystore 和 eCryptfs Daemon 合作为每个授权用户创建相应 EFEK,一齐存放在加密文件的头部元数据中。 eCryptfs 采用 OpenPGP 的文件格式存放加密文件,详情参阅 RFC 2440 规范[4]。我们知道,对称密钥加密算法以块为单位进行加密/解密,例如 AES 算法中的块大小为 128 位。因此 eCryptfs 将加密文件分成多个逻辑块,称为 extent。当读入一个 extent 中的任何部分的密文时,整个 extent 被读入 Page Cache,通过 Kernel Crypto API 被解密;当 extent 中的任何部分的明文数据被写回磁盘时,需要加密并写回整个 extent(参见图 5[5])。extent 的大小是可调的,但是不会大于物理页的尺寸。当前的版本中的 extent 默认值等于物理页大小,因此在 IA32 体系结构下就是 4096 字节。加密文件的头部存放元数据,包括元数据长度、标志位以及 EFEK 链,目前元数据的最小长度为 8192 字节。 图 3. eCryptfs 加密/解密操作流程图 http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-ecryptfs/image003.jpg
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