使用 FIDO2 和后量子密码学的可靠加密容器
云服务商喜欢重复"您的数据在静态时已加密"这句话。这听起来很让人安心，直到你想起谁掌握着加密的密钥。如果托管服务商拥有密钥，那么任何监管请求、内部泄露或被攻破的访问令牌都会让你的文件暴露给外部人员。
为了避免依赖对他人服务的信任，数据在发送前会在客户端进行加密。VeraCrypt、gocryptfs 和 age 等工具可以完成这项工作，但每种方案都有其权衡：格式过时、缺乏硬件密钥支持，或在将容器挂载为常规磁盘时遇到困难。
我最近发现了 LUKSbox，这是一个用 Rust 编写的项目。它是一种创建加密文件容器的工具，借鉴了 LUKS2 的最佳理念，但针对云存储、U 盘和现代身份验证方式进行了调整。
容器内部有什么
核心概念很简单：所有数据被打包成单个文件 .lbx。对于外部观察者或云盘来说，只要将头部存储在单独的文件中，这个文件看起来就像随机噪声，没有明显的头部或元数据。
同时，容器可以通过 FUSE（在 Linux 和 macOS 上）或 WinFsp（在 Windows 上）在操作系统中挂载为常规磁盘。你可以像使用普通 U 盘一样操作它。
项目的主要目标，正如作者所描述的，是创建可移植的安全副本。你上传 .lbx 到 S3、Dropbox 或共享网络驱动器，然后高枕无忧：主机在物理上无法读取内容。
解锁方式和量子计算机防护
通常，加密存储需要密码。LUKSbox 也有密码，通过 Argon2id 进行哈希处理，使用了相当严格的默认参数，但开发者进一步添加了硬件密钥插槽。
以下是支持的存储解锁选项：
- FIDO2 认证器。你可以通过 HMAC-secret 协议绑定 YubiKey、Nitrokey 或 Google Titan。没有物理接触密钥，容器就无法打开。
- TPM 2.0。绑定到 Linux 和 Windows 上主板的硬件芯片。如果容器只应在工作站上打开，这很方便。
- 后量子混合模式。防止"现在收集，以后用量子计算机解密"的场景。LUKSbox 可以将经典算法与 ML-KEM 算法（FIPS 203，原 Kyber）结合使用。会为此创建一个单独的密钥文件
.kyber，你可以将其与容器分开保存。
这些插槽都不会直接加密文件。它们用于包装主卷密钥。任何插槽验证成功后，主密钥被解密，并通过 HKDF-SHA256 从中派生出元数据、文件块和完整性验证的密钥。
+-------------------------------------------------------------+
| Пароль / FIDO2 / TPM 2.0 / ML-KEM (.kyber) |
+------------------------------+------------------------------+
|
v
+-------------------------------+
| Master Volume Key (MVK) |
+---------------+---------------+
|
+---------------------+---------------------+
v v v
+-----------------+ +-----------------+ +-----------------+
| Header HMAC Key | | Metadata Key | | Per-file Keys |
+-----------------+ +-----------------+ +-----------------+
细节层面的安全性
代码库在细节处理上令人惊喜，这是许多开发者会忽略的部分。
默认使用 AES-256-GCM-SIV 进行块加密。SIV 扩展提供了抗 nonce 重用的能力，这在频繁覆写时很有用。你也可以选择 ChaCha20-Poly1305 或标准 AES-256-GCM。
从源代码中发现的一些有趣细节：
- 块替换保护。每个加密的文件块都配备了额外的认证数据（AAD），包括文件 ID、块索引和生成计数器。云端攻击者无法悄无声息地用旧版本替换新块或交换数据片段。
- 内存清理。在 Linux 上，mlock 系统调用将主密钥排除在内核内存转储和休眠镜像之外。在其他系统上，使用内存锁定和通过 Drop 特性清零缓冲区的组合。
- 回滚攻击保护。可选的侧边文件
.anchor存储签名变更计数器。如果提供商将整个容器回滚到旧版本，程序会注意到。 - 分离头部。如果你将头部移动到
.hdr文件，主容器.lbx就变成了没有签名的字节数组。
快速开始
项目使用 Rust 编写，因此你可以用标准 cargo 方式从源码构建。大多数平台都有预编译包 .deb、.rpm、Windows 安装程序和 macOS 捆绑包。
你可以通过三种方式管理容器：通过 CLI、交互式 TUI 向导，或基于 egui 构建的图形界面。
创建常规容器并挂载：
# Создаем хранилище с настройками по умолчанию
luksbox create my-vault.lbx
# Монтируем как директорию в Linux/macOS
luksbox mount my-vault.lbx /mnt/vault
# Или в отдельный диск в Windows
luksbox mount my-vault.lbx Z:
向现有容器添加 FIDO2 硬件密钥：
luksbox enroll my-vault.lbx --kind fido2
在单独的 U 盘上创建带有混合密钥的后量子容器：
luksbox create secure-data.lbx --kind hybrid-pq --pq-hybrid /media/usb/key.kyber
如果你不想记住命令行参数，luksbox create 命令会在终端启动逐步对话。
实际场景
LUKSbox 解决了安全传输和远程存储的问题。以下是项目看起来很适合的场景：
- 通过第三方云同步。你将密码数据库、个人密钥或工作文档存储在 Google Drive 或 Yandex Disk 文件夹内的单个
.lbx文件中。 - 外部服务器备份。备份脚本挂载容器，放入新的转储文件，然后卸载磁盘。
- 分享保密档案。向同事发送文件，并要求通过硬件令牌进行物理确认。
当前项目状态
项目处于 pre-1.0 阶段。容器格式 v3 已冻结，模糊测试通过 libFuzzer 和 AFL++ 配置了数百万次迭代。已完成十四轮内部安全审计，尽管独立第三方审计仍在进行中。
作者坦诚警告：加密容器是单一故障点。如果文件损坏或所有密钥丢失，数据将无法恢复。因此，LUKSbox 设计用于受保护的便携式副本，而不是作为重要文件的唯一存储位置。
如果你需要具有 FIDO2 支持和后量子安全性的现代跨平台加密工具，代码库绝对值得一看。源代码采用 Apache-2.0 许可证发布。
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