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ディスク暗号化は、不正な人物やプロセスが容易に解読できないコードに情報を変換することで情報を保護する技術です。ディスク暗号化は、ディスクまたはディスクボリュームに保存されるすべてのデータを暗号化するために、ディスク暗号化ソフトウェアまたはハードウェアを使用します。これは、データストレージへの不正アクセスを防止するために使用されます。[ 1 ]
フルディスク暗号化（FDE）（またはディスク全体暗号化）とは、マスターブートレコード（MBR）または起動可能なディスクの同様の領域を除き、ディスク上のすべてがオペレーティングシステムのロードシーケンスを開始するコードで暗号化されることを意味します。ハードウェアベースのフルディスク暗号化システムの中には、MBRを含む起動ディスク全体を実際に暗号化できるものもあります。
透過暗号化（リアルタイム暗号化、オンザフライ暗号化（OTFE ）とも呼ばれる）は、一部のディスク暗号化ソフトウェアで使用されている方式です。「透過的」とは、データの読み込みや保存時に自動的に暗号化または復号化されることを意味します。
透過的暗号化では、キーが提供されるとすぐにファイルにアクセスでき、ボリューム全体が物理ドライブであるかのようにマウントされるため、暗号化されていないファイルと同様にファイルにアクセスできます。暗号化されたボリュームに保存されているデータは、正しいパスワード/キーファイルまたは正しい暗号化キーを使用しない限り、読み取る（復号化する）ことはできません。ボリューム内のファイルシステム全体が暗号化されます（ファイル名、フォルダ名、ファイルの内容、その他のメタデータを含む）。[ 2 ]
エンドユーザーにとって透過的であるためには、透過的暗号化では通常、暗号化プロセスを有効にするためにデバイスドライバを使用する必要があります。このようなドライバをインストールするには通常管理者アクセス権限が必要ですが、暗号化されたボリュームは通常、これらの権限を持たない一般ユーザーでも使用できます。[ 3 ]
一般的に、書き込み時にデータがシームレスに暗号化され、読み取り時に復号化され、ユーザーやアプリケーションソフトウェアがそのプロセスを意識することなく処理できる方法はすべて、透過的暗号化と呼ぶことができる。
ディスク暗号化は、あらゆる状況においてファイル暗号化に取って代わるものではありません。ディスク暗号化は、より安全な実装を実現するために、ファイルシステムレベルの暗号化と併用されることがあります。ディスク暗号化は通常、ドライブ全体を暗号化するために同じ鍵を使用するため、システム実行時にすべてのデータを復号化できます。しかし、一部のディスク暗号化ソリューションでは、異なるボリュームを暗号化するために複数の鍵を使用します。攻撃者が実行時にコンピュータにアクセスした場合、攻撃者はすべてのファイルにアクセスできてしまいます。一方、従来のファイルおよびフォルダ暗号化では、ディスクの異なる部分に異なる鍵を使用できます。そのため、攻撃者は暗号化されたファイルやフォルダから情報を抽出することができません。
ディスク暗号化とは異なり、ファイルシステムレベルの暗号化では、通常、ディレクトリ構造、ファイル名、更新日時、サイズなどのファイルシステムメタデータは暗号化されません。
トラステッドプラットフォームモジュール（TPM）は、マザーボードに組み込まれたセキュアな暗号プロセッサであり、ハードウェアデバイスの認証に使用できます。各TPMチップは特定のデバイスに固有のものであるため、プラットフォーム認証を実行できます。アクセスを要求しているシステムが期待されるシステムであることを検証するために使用できます。[ 4 ]
TPMをサポートするディスク暗号化ソリューションは限られています。これらの実装では、復号キーをTPMでラップすることで、ハードディスクドライブ（HDD）を特定のデバイスに紐付けることができます。HDDがその特定のデバイスから取り外されて別のデバイスに接続されると、復号プロセスは失敗します。復号パスワードまたはトークンを使用すれば復旧可能です。TPMは単位時間あたりの復号試行回数に制限を設けることで、総当たり攻撃を困難にすることができます。TPM自体は複製不可能な設計になっているため、総当たり攻撃の制限は簡単には回避されません。[ 5 ]
この方式には、ディスクをデバイスから取り外せないという利点がある一方で、暗号化において単一障害点が生じる可能性がある。例えば、TPMやマザーボードに何らかの不具合が生じた場合、ユーザーはハードドライブを別のコンピュータに接続してもデータにアクセスできなくなる。ただし、別途リカバリキーを所有している場合はこの限りではない。
市場にはディスク暗号化を可能にするツールが多数存在します。しかし、それらの機能とセキュリティは大きく異なります。これらは主に、ソフトウェアベース、ストレージデバイス内部のハードウェアベース、および外部（ CPUやホストバスアダプタなど） のハードウェアベースの3つのカテゴリに分類されます。ストレージデバイス内部のハードウェアベースのフルディスク暗号化は自己暗号化ドライブと呼ばれ、パフォーマンスに全く影響を与えません。さらに、メディア暗号化キーはデバイス自体から外部に漏れることがないため、オペレーティングシステム内のマルウェアがアクセスすることはできません。
Trusted Computing GroupのOpalストレージ仕様は、自己暗号化ドライブに関する業界標準規格を提供します。外部ハードウェアはソフトウェアベースのソリューションよりも大幅に高速ですが、CPUのバージョンによってはパフォーマンスに影響が出る場合があり、メディア暗号化キーの保護レベルはソフトウェアベースほど高くありません。
TCG/OPAL ベースのドライブに知られている脆弱性を持たない、他の (TCGA/OPAL ベースではない) 自己暗号化ドライブ (SED) も存在します (下記のセクションを参照)。[ 6 ]これらはホスト/OS および BIOS に依存せず、TPM モジュールやマザーボード BIOS にも依存せず、暗号化キーがドライブの暗号化境界から出ることはありません。
ブートドライブ向けのすべてのソリューションには、プリブート認証コンポーネントが必要であり、これは多くのベンダーからあらゆる種類のソリューションで提供されています。対称暗号化は通常強力であるため、認証資格情報は通常、重大な潜在的な脆弱性となる可能性があることに留意することが重要です。
企業におけるディスク暗号化ソリューションの大規模導入には、安全かつ確実な復旧メカニズムが不可欠です。ユーザーが予告なく退職したり、パスワードを忘れたりした場合に備え、パスワード（そして最も重要なデータ）を簡単かつ安全に復旧できる手段を提供する必要があります。
チャレンジ・レスポンス方式のパスワード回復メカニズムは、安全な方法でパスワードを回復することを可能にします。このメカニズムを提供しているディスク暗号化ソリューションは限られています。
チャレンジレスポンス方式のパスワード復旧の利点：
緊急復旧情報（ERI）ファイルは、小規模企業におけるヘルプデスク担当者のコストや導入上の課題などにより、チャレンジ・レスポンス方式が実行不可能な場合に、復旧のための代替手段を提供する。
ERIファイル復元の利点：
ほとんどのフルディスク暗号化方式はコールドブート攻撃に対して脆弱であり、既にオペレーティングシステムが稼働しているマシンをコールドブートし、データが消える前にメモリの内容をダンプすることで暗号化キーを盗むことができる。この攻撃は、コンピュータメモリのデータ残留特性に依存しており、電源が切断された後もデータビットが劣化するまでに数分かかることがある。 [ 7 ]オペレーティングシステムがディスクにアクセスするために復号キーをメモリに保持する必要があるため、トラステッドプラットフォームモジュール（TPM）でさえこの攻撃に対しては効果がない。[ 7 ]
フルディスク暗号化は、コンピュータがサスペンド状態中に盗難された場合にも脆弱です。スリープ解除はBIOS起動シーケンスを経由しないため、通常はFDEパスワードの入力を求められません。一方、休止状態はBIOS起動シーケンスを経由するため安全です。
ソフトウェアベースの暗号化システムはすべて、音響暗号解読やハードウェアキーロガーなどの様々なサイドチャネル攻撃に対して脆弱です。一方、自己暗号化ドライブは、ハードウェア暗号化キーがディスクコントローラから外部に漏れることがないため、これらの攻撃に対して脆弱ではありません。
また、ほとんどのフルディスク暗号化方式は、データの改ざん（またはサイレントデータ破損、つまりビット腐敗）から保護しません。[ 8 ]つまり、プライバシーは提供されますが、完全性は提供されません。フルディスク暗号化に使用されるブロック暗号ベースの暗号化モードは、認証タグに必要なストレージオーバーヘッドの懸念から、それ自体は認証付き暗号化ではありません。したがって、ディスク上のデータが改ざんされた場合、読み取り時にデータは判読不能なランダムデータに復号化され、改ざんされたデータに応じてエラーが示される可能性があります（OSメタデータの場合はファイルシステムによって、ファイルデータの場合はファイルを処理する対応するプログラムによって）。これらの懸念を軽減する方法の1つは、フルディスク暗号化の上にチェックサムによる完全なデータ完全性チェックを備えたファイルシステム（BtrfsやZFSなど）を使用することです。しかし、 cryptsetupは認証付き暗号化を実験的にサポートし始めました[ 9 ]
フルディスク暗号化は、通常のファイルやフォルダの暗号化、あるいは暗号化された保管庫と比較して、いくつかの利点があります。ディスク暗号化の利点は以下のとおりです。
フルディスク暗号化で対処すべき課題の1つは、オペレーティングシステムが格納されているブロックをOSが起動する前に復号化する必要があることです。つまり、パスワードを要求するユーザーインターフェイスが表示される前に、鍵が利用可能でなければなりません。ほとんどのフルディスク暗号化ソリューションは、起動前認証を利用して、厳密にロックダウンされ、システム変数とハッシュ化されて起動前カーネルの整合性をチェックする、小さくてセキュリティの高いオペレーティングシステムをロードします。BitLockerドライブ暗号化などの一部の実装では、Trusted Platform Moduleなどのハードウェアを使用してブート環境の整合性を確保し、ブートローダーを改変したバージョンに置き換えることでブートローダーを標的とする攻撃を阻止できます。これにより、ブートキットを使用して起動前復号化を妨害されることなく、制御された環境で認証を実行できます。
起動前認証環境では、データの暗号化に使用される鍵は、外部鍵がシステムに入力されるまで復号化されません。
外部キーを保存するための解決策には、以下のようなものがあります。
これらの方法にはそれぞれ異なるレベルのセキュリティがありますが、ほとんどは暗号化されていないディスクよりも優れています。
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