Зашифрованные USB-флешки: когда замок не защищает ничего

Где-то на складе прямо сейчас лежат коробки с USB-флешками, которые обещают «шифрование по отпечатку пальца военного уровня». Школьник с пластиковой лопаткой справился бы с ними за девяносто секунд. Флешка Lenovo FU100 — последний пример, который публично разобрали по винтику: вскрываете пластиковый корпус, а внутри обычная, совершенно незашифрованная microSD-карта. Датчик отпечатков не разблокирует данные. Он вообще ничего не разблокирует. Он управляет переключателем, который делает кардридер видимым для компьютера, а сами данные всё это время лежат на флеш-памяти в открытом виде.

Это не уязвимость. Уязвимости — это баги, ошибки в в целом честных конструкциях. Это продукт, у которого заявления о безопасности — декорация. И это важно, потому что такие флешки покупают как раз те, кто меньше всего способен проверить эти заявления: владельцы малого бизнеса, юристы, бухгалтеры, родители, которые хранят сканы паспортов. Они переплатили за обещание, которое никто и не собирался инженерно реализовывать.

Что на самом деле контролирует датчик отпечатков

Чтобы понять, насколько эта схема провальна, полезно представить, как устроено настоящее аппаратное шифрование. В честном устройстве между компьютером и флеш-памятью стоит выделенный контроллер. Он хранит ключ шифрования — в идеале получаемый из PIN-кода или разблокируемый отпечатком — и каждый блок данных, проходящий через него, шифруется AES до записи в NAND. Снимите микросхемы памяти с платы, прочитайте их чип-офф программатором — и получите шифротекст. В этом и весь смысл. Физическая память и «мозг» связаны через криптографию, поэтому вынимание памяти не даёт ничего ценного.

Lenovo FU100 обходится без всего этого. Архитектура примерно такая: модуль отпечатков, микроконтроллер, USB-хаб или микросхема кардридера и слот microSD. При регистрации отпечатка сенсор хранит шаблон внутри себя — это стандартно, и само сопоставление, вероятно, работает нормально. При успешной аутентификации микроконтроллер переключает линию, подключающую кардридер к USB-шине. Не прошли аутентификацию — и ридер вообще не определяется системой. Это реле с биометрическим швейцаром.

Но швейцар охраняет здание без стен. Поскольку microSD — съёмный стандартный компонент, атака даже не является атакой: никакой пайки, никаких glitch-атак и side-channel. Вы открываете корпус (пластиковые защёлки, может быть, капля клея), вставляете карту в любой ридер и читаете всё. «Шифрование» не защищало вообще ничего.

Стоит остановиться на том, как здесь схлопывается модель угроз, — производители таких устройств любят говорить о моделях угроз в маркетинге. Подразумеваемая история такая: вы теряете флешку, незнакомец её находит, подключает и без вашего пальца ничего не получает. Это правда ровно до того момента, как незнакомец погуглит «FU100 teardown» — или просто заметит шов на корпусе. Реальный противник для потерянной флешки — не государство с рентгеновской фабрикой, а любопытный человек с кухонным ножом. Против такого противника эта схема не даёт никакой защиты. Датчик отпечатков работает идеально и не защищает ничего — это чистейшая иллюстрация механизма, оторванного от того, что он якобы защищает.

Если атакующий может извлечь носитель и прочитать его готовыми инструментами, значит, устройство не было зашифровано. Это был замок посреди открытого поля.

Ключевой вопрос, буквально: где живёт ключ?

Есть один вопрос, который пробивает любые маркетинговые заявления о шифровании хранилищ, и его стоит знать каждому, кто просит у вас совета: где хранится ключ и что именно контролирует датчик? Любой ответ попадает в одну из трёх категорий.

• Ключ в криптоконтроллере, данные зашифрованы в покое. Отпечаток или PIN отдаёт ключ выделенному чипу, а NAND хранит шифротекст. Так работают такие продукты, как линейка Kingston IronKey, и это единственная схема, которая переживает разборку.
• Ключ в контроллере, но хранится или выводится плохо. Данные формально зашифрованы, но ключ зашит в прошивку, выводится из серийного номера или извлекается из флеш-памяти MCU. Это лучше, чем ничего, против случайной потери, и бесполезно против того, у кого есть логический анализатор и выходные.
• Ключа вообще нет. Датчик управляет перечислением устройства, питанием или портом хаба. Хранилище открытое. Это схема Lenovo, и она встречается куда чаще, чем думают покупатели.

Средняя категория заслуживает отдельного внимания, потому что на ней спотыкались даже известные бренды. Исследователи безопасности годами разбирали «защищённые» флешки и находили реализации AES, где ключ извлекался из флеш-памяти контроллера, или аутентификацию, которую обходили замыканием отладочного пэда, или механизмы обновления прошивки, которые позволяли перепрошить MCU и вытащить всё. Классическая ссылка здесь — разбор ранних устройств IronKey, проведённый Кембриджским университетом. И примечательно, что это история о том, насколько трудно сделать это правильно, а не просто о том, как легко сделать это обманным путём. IronKey хотя бы старался. FU100 даже не пытался.

В трёх категориях есть полезная эвристика: первая требует от производителя жёстких, дорогих и проверяемых заявлений. AES-256 в режиме XTS. Ключи генерируются на устройстве аппаратным генератором случайных чисел. Счётчики попыток PIN, которые стирают ключ после десяти ошибок. Это утверждения, которые инженер может подтвердить или опровергнуть. Вторая и третья категории прячутся за мягкими формулировками — «защищено», «безопасно», «биометрический доступ», — которые описывают ощущения, а не механизм. Когда спецификация читается как рекламный буклет о стиле жизни, она сама сообщает, в какую категорию вы покупаете.

Почему это продолжает проходить проверку

Неудобный следующий вопрос — организационный. Это не сомнительный безымянный вендор, который отгружает товар с прилавка в Шэньчжэне, хотя, как отмечали некоторые, FU100 почти не был представлен в розничной сети за пределами китайских маркетплейсов. Это Lenovo, компания, которая ставит логотип на ThinkPad, выдаваемые правительствам и банкам, и которая уже однажды растратила доверие на Superfish. Где-то в оргструктуре этот продукт прошёл промышленный дизайн, ревью прошивки, согласование маркетинга и юристов. Либо никто с экспертизой в безопасности на него не посмотрел, либо посмотрели и всё равно решили выпускать.

Оба объяснения правдоподобны, и оба обвинительны, каждое по-своему. Первое говорит, что ревью безопасности — формальность. Второе — что это переговоры, которые выигрывает маркетинг. Я освещал достаточно таких историй, чтобы считать: обычно случается третье. Продукт спроектирован ODM-производителем, переклеймён брендом, и никто в цепочке не чувствует ответственности за заявления на коробке. В маркетинговом тексте написано «зашифровано», потому что у лидера категории написано «зашифровано». Это слово расползается по листингам так же, как «военный уровень», — ощущение, а не спецификация.

Схема переклеймения ODM многое объясняет, если понимать её устройство. Производитель white-label разрабатывает кардридер с защитой отпечатком — вполне приличный продукт для своей задачи, возможно, ориентированный на рынок «пусть дети не лезут в мои файлы», — и предлагает его брендам с каталогом корпусов и логотипов. Продакт-менеджер бренда пишет описание, списывая у конкурентов. Никто в этой цепочке не криптограф, и в должностные инструкции никто не включал «проверять криптографические заявления». Юристы проверяют риски по товарным знакам, а не то, существует ли AES. В результате получается испорченный телефон: «биометрический контроль доступа» где-то между даташитом и карточкой товара превращается в «шифрование по отпечатку», и ни один человек не написал ложь, которую сам распознал бы как ложь. В каком-то смысле это хуже злого умысла, потому что уволить некого. Есть только процесс, который надёжно производит поддельную безопасность в промышленных масштабах.

Как на самом деле проверить зашифрованный накопитель

Для проверки большинства таких продуктов лаборатория не нужна. Несколько вопросов до покупки отсеивают худших нарушителей.

Во-первых, ищите валидацию FIPS 140-2 или 140-3 с реальным номером сертификата, который можно найти в базе CMVP от NIST. Не «соответствует FIPS»: эта фраза ничего не значит, и производители используют её именно потому, что она звучит как настоящее и ни к чему не обязывает. Нужен сертификат с точным указанием продукта и версии прошивки. Настоящие криптомодули стоят производителям реальных денег на валидацию, часто десятки тысяч долларов и месяцы работы лаборатории, и именно поэтому это коррелирует с реальной криптографией. Подделка дешева, сертификация — нет.

Во-вторых, проверьте, публикует ли производитель что-нибудь об архитектуре. Серьёзные производители скажут, что движок шифрования находится в контроллере, ключи генерируются на устройстве и хост никогда не видит ключ. Расплывчатые слова о «биометрической защите» и «безопасном доступе» без упоминания AES, вывода ключей или криптографии на устройстве — красный флаг: это описывает шлагбаум доступа, а не шифрование.

В-третьих, тяжёлая артиллерия: поищите разборки. Сообщество безопасности с удовольствием разносит дорогие гаджеты ради общего блага. Если «зашифрованная» флешка за 90 долларов продаётся два года, а никто не выложил фото кристалла или трассировки платы, это молчание само по себе информативно. Обычно это значит, что исследователи безопасности не сочли её стоящей цены покупки.

Есть четвёртая проверка, более грубая, но удивительно эффективная: соотношение цены и заявлений. Настоящий аппаратно зашифрованный накопитель несёт реальную стоимость BOM: защищённый MCU, валидированная прошивка, иногда корпус, залитый эпоксидкой, чтобы противостоять чип-офф атакам. Когда 128-гигабайтная «зашифрованная по отпечатку военного уровня» флешка стоит дешевле обычной 128-гигабайтной от известного бренда, арифметика говорит, что шифрование досталось даром, а шифрование, которое ничего не стоит, стоит ровно столько же. Подозрительно дешёвые заявления о безопасности заслуживают той же реакции, что и подозрительно дешёвые «оригинальные» зарядки Apple: пропущен как раз тот компонент, который важен.

Аргумент против доверия к железу вообще

Вот моя позиция, и я признаю компромисс: для большинства людей аппаратно зашифрованные накопители — неверная категория продуктов. Правильный ответ — программное шифрование на дешёвом массовом носителе. Флешка за 15 долларов плюс VeraCrypt, или LUKS-контейнер в Linux, или просто зашифрованный архив age дают криптографические гарантии, которые можно публично аудировать, которые реализованы в коде, читаемом тысячами людей, и которые полностью не зависят от того, делает ли микроконтроллер какого-то ODM то, что написано на коробке.

Возражение всегда про удобство, и оно справедливо. Контейнеры VeraCrypt сбивают людей с толку. Юристы и бухгалтеры не будут пользоваться ими надёжно, и поэтому конфиденциальные файлы клиентов оказываются на незашифрованных флешках. Это реальный провал наших инструментов, и я уже писал о том, как UX-антипаттерны незаметно подрывают безопасность. Но ответ на «хорошая криптография сложна в использовании» — не «купите фальшивую криптографию, которая легка в использовании». Нужны лучшие настройки по умолчанию: системные зашифрованные контейнеры, которые монтируются по паролю, файловые менеджеры с шифрованием в контекстном меню, IT-отделы, которые правильно подготавливают накопители.

Есть ещё аргумент про обслуживание, который люди упускают. Программный зашифрованный контейнер на обычном железе заменяем навсегда: потеряли флешку, купили другую, восстановили из бэкапа, готово. Аппаратно зашифрованный накопитель — это единичный экземпляр. Если контроллер умирает, если производитель бросает утилиту разблокировки (обычно она работает только в Windows и только в тех версиях, которые производитель удосужился поддержать) или если компания закрывается, доступность ваших данных зависит от цепочки поставок, которой вы не управляете. Мы коллективно выучили этот урок тяжёлым путём, доверяя непрозрачным платформенным компонентам. Проприетарные криптоустройства ломаются так же, только тише.

Если аппаратное устройство всё-таки нужно, скажем, для передачи данных через воздушный зазор или потому, что требования compliance обязывают использовать модули с валидацией FIPS, покупайте у небольшого набора вендоров, чьи продукты выдержали независимую проверку, и сверяйте сертификат сами. Относитесь к покупке как к любому другому решению о доверии в стеке. Тот же скепсис, который мы (в конце концов) научились применять к прошивкам, цепочкам поставок и расширениям из маркетплейсов в наших редакторах, вдвойне уместен к чёрному ящику, который заявляет, что незаметно делает криптографию.

У театра безопасности есть счёт в виде потерянного доверия

Фраза «театр безопасности» обычно адресуется к очередям в аэропортах, но это её самая чистая форма: контроль, который существует, чтобы пользователь чувствовал себя защищённым, при этом не защищая вообще ничего. И театр, пожалуй, хуже, чем отсутствие защиты, потому что отсутствие хотя бы честно говорит правду. Тот, кто знает, что его флешка не зашифрована, может поставить пароль на файлы, не оставлять её в такси, задуматься о том, что на ней лежит. Тот, у кого в руках «зашифрованная» флешка, расслабляется. Продукт не просто не снижает риск, он активно его увеличивает, меняя поведение.

В этом настоящая цена таких историй. Не в том, что существует один плохой артикул: на рынке всегда были плохие артикулы. А в том, что каждый разоблачённый фейк учит покупателей считать «зашифровано» маркетинговым словом, размывая сигнал для производителей, которые действительно занимаются инженерией. Когда Kingston IronKey и кардридер с защитой отпечатком стоят рядом в результатах поиска по похожим ценам и украшены одинаковыми прилагательными, честный продукт конкурирует с ложью, которую нельзя опровергнуть на странице листинга.

Регуляторы могли бы исправить часть этого, и иногда они это делают: органы защиты прав потребителей уже преследовали обманчивые заявления о безопасности в софте, а «зашифровано» на коробке с незашифрованным хранилищем — один из самых очевидных ложных заявлений. Но enforcement медленный и зависит от юрисдикции, а листинг клонируется в новом магазине быстрее, чем жалоба доходит до адресата. Более быстрая иммунная система уже работает: исследователи с отвёртками и покупатели, которые научились дожидаться разборки, прежде чем верить прилагательным.

Так что вывод не в том, что «Lenovo плохая», хотя Lenovo заслуживает репутационного удара и отзыва, который должен за этим последовать. Вывод в том, что в аппаратной безопасности спецификацией является разборка. Пока устройство не вскрыто, не прослежено и не прочитано кем-то, кто не зарабатывает на его продаже, «зашифровано» — это заявление, а не свойство. Покупайте с учётом этого или, что лучше, шифруйте сами и перестаньте доверять пластику.