磁碟加密：在不屬於您的主機上，它防得住什麼

每一家標榜隱私的服務商都會說磁碟已加密。這通常屬實，卻也通常答非所問。加密須留意三種狀態，而伺服器的整個運作生涯，幾乎都待在全磁碟加密照顧不到的那一種裡。以下說明界線實際落在哪裡、界線兩側各是什麼，以及同樣四個字所賣的兩種安排之中，哪一種才是金鑰握在您手裡的那一種。

三種狀態，以及沒有人加密的那一種

資料常被描述為處於三種狀態之一，而業界已相當有說服力地解決了其中兩種。靜態指資料存放在目前沒有任何程式讀取的磁碟上：全磁碟加密，加上疊加其上的資料庫或物件儲存加密，已解決此問題。傳輸中指資料正跨越網路：TLS 已徹底解決此問題，徹底到一張誤發的憑證如今都會成為新聞。使用中指資料已載入某個執行中處理程序的記憶體——而伺服器所送出的每一個位元組，無論多麼短暫，都必須先進入這個狀態，才能被送出去。

靜態加密一詞十分精確，精確到容易被輕易略過。它描述的是機器關機時資料所處的狀態。伺服器全部的工作，就是不能關機。在它運作的數月期間，磁碟區是開啟的，資料庫檔案能被任何以正確使用者身分執行的處理程序讀取，加密機制所做的，僅僅是等待斷電而已。

這四個字所掩蓋的第二件事，是金鑰握在誰手上。以同樣說法販售的，其實是兩種截然不同的安排。服務商可以用自己管理的金鑰為儲存層加密：這保護了服務商自身的除役流程，也縮小了它自身的外洩風險，也確實能防止硬碟被帶出機房——但握有金鑰的一方，正是您原本想問的那一方。另一種做法，是在您自己的機器內部為磁碟區加密，金鑰只存在於您的腦中，以及執行中核心的記憶體裡。只有第二種安排，才會改變第三方能取得什麼；本指南接下來談的，也只有第二種。

以上種種，都不是在反對為磁碟加密，而是在提醒您：務必弄清楚下方八種情境裡，您已涵蓋了哪幾種、還沒涵蓋哪幾種。能擋住一件真實威脅的加密，值得擁有；而您誤以為能擋住八種威脅的加密，比完全沒有加密更糟——因為這種誤信，會讓討論就此打住。

機器運作時，金鑰存放在哪裡

解鎖 LUKS 磁碟區時，您輸入的密碼短語本身並不是金鑰。它解開的是儲存在磁碟區標頭裡的主金鑰，而這把主金鑰接著會存放在核心記憶體中，直到磁碟區關閉或機器斷電為止。每一次讀取、每一次寫入，都會經過它。不存在任何一種可運作的加密磁碟設定，能讓磁碟使用中時金鑰卻放在別處——這不是誰能修正的實作細節，而是使用加密磁碟這件事本身的意義。

在您自己擁有的硬體上，那塊記憶體位於您掌控的機殼、您掌控的房間裡，針對它的攻擊手法相當罕見：需要親自到場，還得利用記憶體晶片斷電後殘留的那幾秒殘留訊號。在虛擬伺服器上，情況不是程度上的差異，而是性質上的差異：您的核心記憶體本身就是主機記憶體的一部分。虛擬機器監控器天生就能定址到它——因為正是透過定址，虛擬機器監控器才把這塊記憶體分配給您。有三項完全稀鬆平常的操作，就能讀到它：

• 即時遷移。將一台執行中的虛擬機器搬移到另一台實體主機時，會在它持續運作的同時複製其記憶體。這是一項功能——主機正是靠這個方式，在不讓您重開機的情況下完成維護——而您的主金鑰，就在被複製的那些記憶體分頁裡。
• 包含記憶體的快照。若快照只針對您自行加密的磁碟區，內容就只有密文，別無其他。但若快照能讓機器完全從原本的狀態接續運作，其中就包含金鑰——因為金鑰本身，正是「完全原本的狀態」的一部分。
• 記憶體傾印。客體的記憶體，存在於主機上某個處理程序的位址空間裡。讀取該處理程序的記憶體，是例行的除錯操作，相關工具隨虛擬化堆疊一併提供，不需要另外夾帶進來。

以上並不是在斷言您的服務商做了這些事，而是在指出：這些操作完全不需要您的配合，不會在您看得到的地方留下痕跡，而且與尋常的平台維護毫無二致。這正是唯一值得寫進威脅模型的特質——重點不在於對方正在做什麼，而在於對方能夠在您不知情的狀況下做到什麼。同樣的道理再往外推一層，也是為什麼您面前的映像檔倉庫與代理伺服器，該和主機一起列入同一份清單的原因。

重新開機的難題，以及讓它前功盡棄的捷徑

加密的 root 磁碟區必須先解鎖，系統才能開機到足以接受 SSH 連線的程度。在筆電上，您直接在鍵盤輸入密碼短語即可；但在 2000 公里外、您從未踏進過的機房裡，需要鍵盤的那一刻，根本沒有鍵盤可用。每一種實際可行的解法都是一種取捨——而下面四種做法裡，有一種根本不是取捨，只是裝出一副已經取捨過的樣子。

在遠端機器上解鎖加密 root 磁碟區的四種方式

方式	無人值守重開機	能否防止硬碟遭竊	代價是什麼
SSH 進入開機映像檔	否	是	initramfs 裡的一個最簡 SSH 伺服器，讓您連線輸入密碼短語。機器會保持關機狀態，直到有人醒著且能連上線為止。這是誠實的做法，代價也是真實的：凌晨四點的重開機，會一路是一次停機事故，直到有人發現為止。
網路綁定金鑰	是	部分	機器開機時，會向您架設在別處的伺服器取得解鎖金鑰，而您可以拒絕把金鑰交給一台已經搬動過、或不是您主動重開機的機器。這台金鑰伺服器必須保持上線，而且必須放在同一份命令觸及不到的地方——否則，您只是把同一把鎖的金鑰，分裝進了兩扇門而已。
開機映像檔內的金鑰檔案	是	否	金鑰放在 initramfs 裡，initramfs 放在未加密的開機分割區裡，而開機分割區又落在您原本想保護的那顆磁碟上。誰拿走磁碟，就連金鑰一併拿走。這種設定相當常見，開機也十分順利，卻完全防不住任何事。
封存於 TPM	是	部分	在您自己擁有的硬體上，一顆真實的安全晶片只會把金鑰釋出給未經竄改的開機鏈。而在虛擬伺服器上，這顆晶片是由主機端模擬出來的，把金鑰封存在裡面，等於把金鑰交給了您原本想防範的那一方。

第三列值得多看一眼。當需求被寫成「磁碟必須加密」、卻沒有人追問為了什麼時，最後多半就會落到這一列。稽核會過關，區塊裝置也確實加密了。只是金鑰就搭在同一塊硬體上，放在一個救援模式的 shell 大約 4 秒鐘就能讀到的檔案裡。

這也是租來的虛擬機器與您自己擁有的機器之間，最明顯的實際差異。在獨立伺服器上，頻外管理介面能提供一個撐得過重開機的主控台，於是第一列不再是停機事故，只是 2 分鐘的中斷——第四列裡晶片被模擬出來的問題，也一併消失，因為晶片是焊死在主機板上，而不是由您正要防範的那一方用軟體寫出來的。

全磁碟加密實際換來了什麼

同一個問題，用八種方式來問。重要的是最後一欄——因為在每一列加密幫不上忙的地方，總有別的東西能派上用場，而說清楚那是什麼，正是這整個練習的價值所在。

八種情境，以及全磁碟加密是否會改變結果

情境	加密是否有幫助	實際決定結果的因素
硬碟除役、轉售，或依保固退回	是	沒有其他機制能涵蓋這種情況。硬碟不斷地離開資料中心，清除資料是一道流程，而流程總會悄悄地出錯。這正是全磁碟加密當初被發明來對付的情境，對付起來，效果也正如宣傳所說。
機器已關機，磁碟被取出	是	同樣的保護、同樣的界線，而這條界線正是「關機」二字。在機器運作中被取走，等於是在解鎖狀態下被取走——磁碟區是開啟的，金鑰也還留在裡面。
備份副本存放在別處	部分	來源磁碟區上的加密，對資料的副本毫無作用。真正決定結果的，是備份在離開之前是否已經加密，而且金鑰不存放在被備份的那台機器上。
平台建立了快照	部分	只涵蓋磁碟、且是您自行加密的磁碟區快照，內容是密文，沒有密碼短語就毫無用處。但若快照連記憶體狀態一併擷取，金鑰也會一併被擷取進去。這兩者都叫做快照。
有人在執行中的機器上取得 shell	否	磁碟區早已是開啟的，入侵者讀到的是檔案，而不是區塊。決定這一列結果的，是修補更新、最小權限原則，以及不在多個服務間重複使用的憑證，加密在這裡毫無貢獻。
主機端操作者，或任何握有其存取權限的人	否	唯有金鑰完全不曾進入機器的加密方式，才能防範這一項。硬體記憶體加密是唯一的例外，而它在所有地方預設都是關閉的，下一節會談到這一點。
命令送達服務商	部分	由司法管轄區決定誰能提出要求、憑什麼提出；由加密決定答覆內容可能包含什麼。我們公開的立場由兩句話組成，兩句都很重要：我們不持有客戶的金鑰，也無法提供；而虛擬伺服器上未加密的磁碟區，仍然需要一份指名該服務的命令才能取得。
您必須通報一起資料外洩事件	部分	如果您的使用者位於歐盟境內，GDPR 第 32 條將加密列為對您的期待措施之一，而第 34 條規定：只要資料已被轉為無法辨識的形式，就能免除通知當事人的義務——但通報主管機關的義務永遠不會因此免除。是否適用，完全取決於資料外流當下金鑰身在何處。

磁碟之上：什麼能撐過惡意主機

到目前為止談的，都是止於區塊裝置這一層的防護。在它之上還有三件事，而這三者加起來，正是上表第五、第六、第七列的唯一解答。

把加密放在應用程式之上，而非其下

欄位層級加密，是指應用程式在資料寫入資料庫之前先加密，讀出時再解密。不論是誰、透過什麼途徑取得資料庫的傾印檔，拿到的都是密文。代價是，您將無法搜尋或索引已加密的欄位——這也是為什麼它只該用在少數值得的欄位上，例如訊息內容、上傳的檔案、第三方權杖，而非用在所有欄位上。這條路走到底，就是端對端加密：金鑰屬於使用者，伺服器從不持有明文，惡意主機什麼也拿不到，因為那裡根本沒有東西可拿。這是本頁唯一一種真正不在乎由誰經營硬體的架構，而且它首先是一項產品決策，遠早於成為一項基礎設施決策。

備份是另一項決定，而非附帶結果

資料離開一台已加密機器最常見的途徑，就是備份。推送到物件儲存的快照、同步到第二家服務商的資料庫傾印檔、下載到工作站的封存檔——這些副本，完全不會繼承來源磁碟區的任何加密。應該在資料寫入備份的那一刻就加密，金鑰存放在機器本身碰不到的地方，這樣即使伺服器遭入侵，也無法解密自己過去的資料。接著要在真正需要之前，先在另一台機器上還原一次：一份打不開的加密備份，是一種異常乾淨俐落的方式，能讓您一次失去所有東西。存放在另一個國家的副本，也就是受另一套規則管轄的副本——這等於在不知不覺中，又多選了一個司法管轄區。

記憶體加密，以及您多半還沒有它

沒有人加密的那個狀態，其實有硬體層級的解方。機密運算擴充功能——AMD 的 SEV-SNP、Intel 的 TDX——會以一顆獨立安全處理器所持有的金鑰，為客體的記憶體與暫存器狀態加密，而非交由虛擬機器監控器持有，於是主機就算傾印記憶體，拿到的也只是密文。這項技術是真實存在、也確實已在出貨，但適用範圍很窄：SEV-SNP 需要第三代或更新的 EPYC 晶片，主機必須刻意設定才能啟用，客體也必須能證明自己確實取得了這項保護。幾乎沒有通用型虛擬伺服器提供這項功能，而且沒有一家會悄悄提供。除非服務商以書面明確表示您擁有這項保護，並能告訴您如何自行驗證認證結果，否則就該假設自己沒有它。

一套誠實面對自身極限的設定

以上所有討論，最終並不是導向「別費心了」，而是導向一套設定——它的極限，您可以坦然大聲說出口，不必迴避。

1. 寫下您真正要防範的那一個情境（5 分鐘）。除役的硬碟、運作中被查扣的機器、惡意主機、法院命令、必須通報的資料外洩——這五種情境的答案各不相同，而一套想同時應付全部五種的設定，結果通常一種都應付不了。
2. 把加密放在金鑰所在的地方（決定）。如果金鑰由服務商持有，您買到的保護就只到硬碟離開機房為止，再多也沒有。若想要更多，磁碟區就必須由您自己、從客體內部解鎖，使用平台永遠看不到的東西。
3. 加密資料磁碟區，而非 root 磁碟區（設定）。加密 root，代表每一次重開機都得等您。若改用另一個獨立加密的磁碟區來存放資料庫目錄、上傳檔案與機密資料，機器就能自行重新開機，而敏感的部分則保持關閉，直到您親自打開為止。這是多數小型平台都該做的取捨，卻幾乎沒有人把它寫下來。
4. 絕不把金鑰檔案留在未加密的開機分割區（規則）。如果機器無人值守開機，又沒有金鑰伺服器、也沒有主控台，金鑰就一定在磁碟上——不存在第三種可能。若您的整個威脅模型，就只是硬碟遭竊，這是個不錯的取捨；除此之外的任何情況，都只是自我欺騙。
5. 在寫入的那一刻就為備份加密，金鑰存放在別處（設定）。接著，挑一個沒有任何緊急事故的日子，在另一台機器上還原一次備份。
6. 用一句話說出您涵蓋了什麼（5 分鐘）。大致是這樣的一句話：把這顆磁碟從機架抽走的攻擊者，什麼也拿不到；而在運作中的機器或其主機上取得 root 權限的人，則什麼都拿得到。如果這句話讓您寫下來時感到不自在，那是因為它是真的。

這六項裡，兩項是決定，四項是設定。做決定要花一個下午，做設定只要一個小時，而少了那個下午，這一個小時毫無意義。順序顛倒過來做，正是人們最後落到第一張表第三列的原因——擁有一台通得過稽核、卻誰也保護不了的機器。

您究竟要防範哪一種情境，這首先是威脅建模的問題，其次才是加密的問題；那項一小時版本的練習，幾乎會順帶產出第六步驟裡的那句話。如果答案最終是一份法院命令，而不是一顆硬碟，那麼決定結果的那一層，根本就不在您的磁碟上——而在於誰的法律能觸及您的服務商，以及在信任這一點之前該如何查證。

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