331.3 Sistemas de Archivos Cifrados

Introducción

El cifrado de sistemas de archivos protege los datos en reposo (data at rest) contra acceso no autorizado, incluso si el medio físico es robado. Linux ofrece varias soluciones: dm-crypt/LUKS para cifrado a nivel de bloque, eCryptfs para cifrado a nivel de archivo, y EncFS como solución en espacio de usuario.

Para el examen: Domina los comandos de cryptsetup con LUKS. Es el método principal de cifrado de disco en Linux y el más preguntado.

dm-crypt y LUKS

Conceptos Fundamentales

dm-crypt es el subsistema de cifrado a nivel de bloque del kernel Linux, basado en device-mapper. LUKS (Linux Unified Key Setup) es el estándar que añade:

Cabecera con metadatos del cifrado
Soporte para hasta 8 slots de clave (contraseñas diferentes)
Gestión estandarizada de claves
Portabilidad entre distribuciones

Componente	Descripción
dm-crypt	Capa de cifrado del kernel (device-mapper)
LUKS	Formato estándar con cabecera y gestión de claves
cryptsetup	Herramienta de línea de comandos para gestionar ambos

Crear Volumen LUKS

# Formatear partición con LUKS (destruye datos existentes)
cryptsetup luksFormat /dev/sdb1
 
# Con opciones específicas de cifrado
cryptsetup luksFormat --cipher aes-xts-plain64 \
  --key-size 512 --hash sha512 /dev/sdb1
 
# Abrir (desbloquear) el volumen
cryptsetup luksOpen /dev/sdb1 datos_cifrados
# Equivalente moderno:
cryptsetup open --type luks /dev/sdb1 datos_cifrados
 
# Crear sistema de archivos en el volumen descifrado
mkfs.ext4 /dev/mapper/datos_cifrados
 
# Montar
mount /dev/mapper/datos_cifrados /mnt/datos
 
# Desmontar y cerrar
umount /mnt/datos
cryptsetup luksClose datos_cifrados
# Equivalente moderno:
cryptsetup close datos_cifrados

Gestión de Claves LUKS

LUKS soporta hasta 8 slots de clave (0-7), permitiendo múltiples contraseñas o archivos de clave.

# Ver información del volumen LUKS
cryptsetup luksDump /dev/sdb1
 
# Añadir nueva clave (slot adicional)
cryptsetup luksAddKey /dev/sdb1
 
# Añadir clave en slot específico
cryptsetup luksAddKey --key-slot 3 /dev/sdb1
 
# Usar archivo como clave
dd if=/dev/urandom of=/root/keyfile bs=4096 count=1
chmod 600 /root/keyfile
cryptsetup luksAddKey /dev/sdb1 /root/keyfile
 
# Abrir con archivo de clave
cryptsetup luksOpen --key-file /root/keyfile /dev/sdb1 datos
 
# Eliminar una clave (por slot)
cryptsetup luksKillSlot /dev/sdb1 3
 
# Eliminar una clave (por passphrase)
cryptsetup luksRemoveKey /dev/sdb1
 
# Cambiar passphrase
cryptsetup luksChangeKey /dev/sdb1

Para el examen: Recuerda que luksAddKey requiere una clave existente válida para añadir una nueva. luksKillSlot elimina por número de slot, luksRemoveKey por passphrase.

Backup y Restauración de Cabecera LUKS

La cabecera LUKS es crítica: si se corrompe, los datos se pierden irrecuperablemente.

# Backup de la cabecera
cryptsetup luksHeaderBackup /dev/sdb1 \
  --header-backup-file /ruta/segura/cabecera-backup.img
 
# Restaurar cabecera
cryptsetup luksHeaderRestore /dev/sdb1 \
  --header-backup-file /ruta/segura/cabecera-backup.img
 
# Verificar estado
cryptsetup status datos_cifrados
 
# Test de passphrase sin abrir
cryptsetup luksOpen --test-passphrase /dev/sdb1

Configuración Persistente: /etc/crypttab

El archivo /etc/crypttab permite configurar volúmenes cifrados para que se desbloqueen automáticamente durante el arranque.

# Formato: nombre   dispositivo   archivo_clave   opciones
# /etc/crypttab
 
# Desbloqueo con passphrase al arrancar
datos_cifrados  /dev/sdb1   none    luks
 
# Desbloqueo con archivo de clave
datos_cifrados  UUID=xxxx-xxxx  /root/keyfile   luks
 
# Con opciones adicionales
datos_cifrados  /dev/sdb1   /root/keyfile   luks,discard,noauto
 
# Swap cifrado (clave aleatoria en cada arranque)
swap_cifrado    /dev/sdb2   /dev/urandom    swap,cipher=aes-xts-plain64,size=256

Opciones comunes de crypttab:

Opción	Descripción
`luks`	Usar formato LUKS
`noauto`	No desbloquear automáticamente
`discard`	Permitir TRIM (SSD), con implicaciones de seguridad
`swap`	Formatear como swap tras abrir
`cipher=`	Especificar algoritmo de cifrado
`size=`	Tamaño de clave en bits
`tries=`	Número de intentos de contraseña

Tras modificar /etc/crypttab, añadir la entrada correspondiente en /etc/fstab:

# /etc/fstab
/dev/mapper/datos_cifrados  /mnt/datos  ext4  defaults  0  2

dm-crypt en Modo Plano (Plain Mode)

El modo plano no utiliza cabecera LUKS. Es más simple pero menos flexible.

# Abrir en modo plano
cryptsetup open --type plain /dev/sdb1 datos_plain \
  --cipher aes-xts-plain64 --key-size 256
 
# O con la sintaxis antigua
cryptsetup create datos_plain /dev/sdb1
 
# Cerrar
cryptsetup close datos_plain

Característica	LUKS	Plain mode
Cabecera de metadatos	Si	No
Múltiples claves	Si (8 slots)	No
Detectable como cifrado	Si	No (denegabilidad plausible)
Cambio de contraseña	Si	No (hay que re-cifrar)

LUKS sobre LVM

Se puede combinar LUKS con LVM de dos formas:

Opción 1: LUKS sobre LVM (cifrar volúmenes lógicos individuales)

# Crear LVM primero, luego cifrar cada LV
pvcreate /dev/sdb1
vgcreate vg_datos /dev/sdb1
lvcreate -L 10G -n lv_sensible vg_datos
 
# Cifrar el volumen lógico
cryptsetup luksFormat /dev/vg_datos/lv_sensible
cryptsetup luksOpen /dev/vg_datos/lv_sensible sensible
mkfs.ext4 /dev/mapper/sensible

Opcion 2: LVM sobre LUKS (cifrar todo el grupo de volúmenes)

# Cifrar primero, luego crear LVM dentro
cryptsetup luksFormat /dev/sdb1
cryptsetup luksOpen /dev/sdb1 cifrado
 
# LVM sobre el volumen descifrado
pvcreate /dev/mapper/cifrado
vgcreate vg_seguro /dev/mapper/cifrado
lvcreate -L 10G -n lv_datos vg_seguro
mkfs.ext4 /dev/vg_seguro/lv_datos

Para el examen: LVM sobre LUKS es la configuración preferida por muchos instaladores de distribuciones porque cifra todo el grupo de volúmenes con una sola passphrase.

Swap Cifrado

# Swap cifrado con clave aleatoria (en /etc/crypttab)
swap_cifrado  /dev/sdb2  /dev/urandom  swap,cipher=aes-xts-plain64,size=256
 
# En /etc/fstab
/dev/mapper/swap_cifrado  none  swap  sw  0  0

LUKS en initramfs

Para cifrar la partición raíz, se necesita soporte en initramfs:

# Debian/Ubuntu: actualizar initramfs con soporte LUKS
update-initramfs -u
 
# RHEL/CentOS: regenerar initramfs con dracut
dracut --force
 
# Verificar que los módulos de cifrado están incluidos
lsinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img | grep crypt

eCryptfs

eCryptfs es un sistema de cifrado a nivel de archivo apilado sobre un sistema de archivos existente. Cifra archivos individualmente.

# Montar directorio cifrado
mount -t ecryptfs /datos/cifrados /datos/cifrados
 
# Opciones interactivas: algoritmo, tamaño de clave, paso de nombre de archivo
 
# Montar con opciones explícitas
mount -t ecryptfs /datos/cifrados /datos/cifrados \
  -o ecryptfs_cipher=aes,ecryptfs_key_bytes=32,\
ecryptfs_passthrough=no,ecryptfs_enable_filename_crypto=yes
 
# Desmontar
umount /datos/cifrados

Características de eCryptfs:

Cifra archivo por archivo (no todo el bloque)
Metadatos en las cabeceras de cada archivo
No necesita partición dedicada
Útil para cifrar directorios home individuales

EncFS

EncFS es una solución de cifrado en espacio de usuario basada en FUSE. Más simple pero con limitaciones de seguridad conocidas.

# Crear/montar directorio cifrado
encfs /ruta/datos-cifrados /ruta/punto-montaje
 
# Primera vez: elegir modo (estándar/paranoico)
# Subsiguientes: pide passphrase
 
# Desmontar
fusermount -u /ruta/punto-montaje
 
# Cambiar passphrase
encfsctl passwd /ruta/datos-cifrados

Característica	dm-crypt/LUKS	eCryptfs	EncFS
Nivel de cifrado	Bloque	Archivo (kernel)	Archivo (FUSE)
Necesita partición	Si	No	No
Rendimiento	Alto	Medio	Bajo
Cifrado de nombres	N/A	Opcional	Opcional
Uso principal	Discos/particiones	Directorios home	Directorios individuales

Para el examen: Conoce las diferencias entre cifrado a nivel de bloque (dm-crypt/LUKS) y a nivel de archivo (eCryptfs, EncFS). dm-crypt protege toda la partición; eCryptfs permite cifrar archivos selectivamente.

Trampas del examen

Errores comunes y distinciones criticas que LPI suele evaluar en este subtema:

LUKS vs plain mode — LUKS tiene cabecera con metadatos y soporta hasta 8 slots de clave; plain mode no tiene cabecera (denegabilidad plausible) y no permite cambiar la contraseña sin re-cifrar. Si se pregunta por multiples contraseñas, la respuesta es LUKS
cryptsetup luksFormat destruye datos — este comando sobreescribe la cabecera del dispositivo. No hay confirmacion interactiva por defecto en scripts. Confundir luksFormat con luksOpen puede ser desastroso
luksAddKey requiere clave existente — para añadir una nueva clave a un slot, se necesita proporcionar una clave valida ya existente. No se puede añadir claves sin autenticacion previa
luksKillSlot vs luksRemoveKey — luksKillSlot elimina por numero de slot (0-7); luksRemoveKey elimina por passphrase. Confundir ambos comandos puede dejar el volumen inaccesible si se elimina la unica clave restante
Backup de cabecera LUKS — si la cabecera se corrompe, los datos son irrecuperables. cryptsetup luksHeaderBackup es esencial. El examen puede preguntar especificamente por el flag --header-backup-file
/etc/crypttab vs /etc/fstab — crypttab desbloquea el volumen cifrado creando el dispositivo en /dev/mapper/; fstab monta el dispositivo ya desbloqueado. Se necesitan ambos para montaje automatico al arrancar. El orden de procesamiento es: crypttab primero, fstab despues
Cifrado de swap con /dev/urandom — usar /dev/urandom como key file en crypttab genera una clave aleatoria en cada arranque, lo que hace que el contenido del swap sea irrecuperable tras reinicio. Esto es deseable para swap pero NO para datos persistentes
eCryptfs vs EncFS — eCryptfs opera en el kernel (mas rendimiento, usa mount -t ecryptfs); EncFS opera en espacio de usuario via FUSE (mas lento, usa fusermount -u para desmontar). EncFS tiene vulnerabilidades de seguridad conocidas y no se recomienda para datos sensibles
LVM sobre LUKS vs LUKS sobre LVM — LVM sobre LUKS cifra todo el VG con una sola passphrase (preferido por los instaladores); LUKS sobre LVM permite cifrar LVs individuales con diferentes claves. El examen suele preguntar cual configuracion requiere una sola passphrase al arranque
discard en crypttab y seguridad — la opcion discard permite TRIM en SSDs, lo que mejora el rendimiento pero puede filtrar informacion sobre que bloques estan en uso, reduciendo la seguridad del cifrado

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