Sao lưu iCloud Mã hóa: Lưu trữ đám mây không cần tin cậy

Sao lưu iCloud của Vaultaire mã hóa dữ liệu két trên thiết bị bằng AES-256-GCM trước khi tải các bản ghi đã đệm, có kích thước cố định lên cơ sở dữ liệu CloudKit riêng tư của người dùng. Apple lưu bản mã nhưng không nhận khóa sao lưu ở dạng đọc được.

Sao lưu iCloud Mã hóa là gì?

Điện thoại bị hỏng. Điện thoại bị thất lạc. Điện thoại bị đánh cắp. Nếu các tập tin riêng tư nhất của bạn chỉ tồn tại trên một thiết bị duy nhất thì chỉ một lần vô tình thôi là chúng sẽ biến mất vĩnh viễn. Sao lưu giải quyết được vấn đề, này nhưng sao lưu đám mây truyền thống lại tạo ra một vấn đề khác: giờ đây, một công ty mà bạn không kiểm soát sẽ có bản sao các tệp của bạn có thể đọc được.

Vaultaire chọn cách thứ ba. Vaultaire sao lưu két của bạn lên iCloud theo mặc định và bạn có thể tắt, nhưng dữ liệu được mã hóa trên máy trước khi rời điện thoại. Vaultaire tạo một khóa sao lưu di động từ mẫu hình của bạn và dùng nó để bảo vệ các khối kích thước cố định, thẻ bản ghi đã mã hóa, danh mục phiên bản và dữ liệu khôi phục. Thứ được tải lên Apple là bản mã, không phải ảnh, tên tệp hay thẻ cấu trúc đọc được. CloudKit vẫn có thể thấy siêu dữ liệu tài khoản và dịch vụ, số lượng bản ghi, kích thước đã đệm và thời điểm truy cập.

Mã hóa diễn ra trước khi tải lên, không phải trong lúc tải hay sau đó. Đây là khác biệt quan trọng. Nhiều dịch vụ đám mây mã hóa dữ liệu “khi truyền” và “khi lưu” trên máy chủ của họ, nhưng chính dịch vụ vẫn có thể giữ khóa giải mã. Vaultaire gửi lên CloudKit các bản ghi sao lưu đã mã hóa và phong bì khôi phục đã mã hóa. Không thứ nào trong số đó cho Apple khóa sao lưu ở dạng đọc được.

Cách hoạt động, Từng bước

Cơ chế tuân theo một trình tự rõ ràng: tạo thông tin xác thực sao lưu trên máy, mã hóa và đệm từng thành phần, rồi chỉ tải lên các bản ghi kết quả và dữ liệu khôi phục đã mã hóa.

Bước 1: Két của bạn được mã hóa cục bộ

Với sao lưu iCloud, Vaultaire tạo từ mẫu hình của bạn một khóa sao lưu riêng, không phụ thuộc thiết bị, bằng PBKDF2-HMAC-SHA512 với 600.000 vòng lặp. Đây không phải khóa két gắn với thiết bị, cũng không phải khóa chính ngẫu nhiên dùng để mã hóa tệp trên máy. Ứng dụng dùng khóa sao lưu với AES-256-GCM để bảo vệ các thành phần cần để dựng lại két.

Bước 2: Blob được mã hóa chuyển đến iCloud

Ứng dụng chia bản sao lưu thành các phần có kích thước cố định, đệm mỗi phần đã mã hóa thành 10 MB, mã hóa thẻ cấu trúc và thêm bản ghi ngụy trang. Các bản ghi không đọc được đó được tải lên một vùng riêng trong cơ sở dữ liệu CloudKit riêng tư của bạn và tính vào dung lượng iCloud. Cách bố trí bản ghi tránh để CloudKit thấy tên tệp, loại tệp, hàm băm nội dung hay vai trò logic ở dạng đọc được.

Bước 3: Quyền truy cập khôi phục được bọc riêng

Khóa sao lưu ở dạng đọc được không được tải lên như một trường CloudKit, cũng không được đặt cạnh bản mã. Khôi phục bằng mẫu hình sẽ tạo lại khóa này trên thiết bị mới. Khôi phục bằng cụm từ dùng một khóa khôi phục riêng, tạo từ cụm từ khôi phục, để mở bản kê đã mã hóa chứa khóa két và khóa sao lưu. Lớp bọc này cho phép khôi phục mà không phải giao cho Apple hay Vaultaire khóa giải mã dạng bản rõ.

Vì sao Apple không thể trực tiếp giải mã bản ghi sao lưu của Vaultaire

Ranh giới này đến từ mã hóa phía máy khách và việc ai giữ khóa, không chỉ từ một lời hứa trong chính sách. Vaultaire tải lên bản mã, còn thông tin xác thực và khóa cần để giải mã nội dung két vẫn nằm trong ứng dụng và dữ liệu khôi phục của nó.

Khi khóa và nonce được xử lý đúng, AES-256-GCM tạo ra bản mã không để lộ bản rõ được bảo vệ, và tấn công trực tiếp vào một khóa 256 bit ngẫu nhiên là bất khả thi về mặt tính toán. Điều đó không có nghĩa cả hệ thống không thể bị phá: entropy của thông tin xác thực, dữ liệu khôi phục, thiết bị đầu cuối, tính toàn vẹn của phần mềm và lỗi triển khai vẫn nằm trong mô hình đe dọa. Chuẩn AES cung cấp thuật toán nền tảng; thiết kế xung quanh quyết định khóa được bảo vệ ra sao.

Apple không nhận khóa sao lưu ở dạng đọc được. Ứng dụng tạo lại khóa đó từ mẫu hình của bạn khi khôi phục bằng mẫu hình, hoặc lấy nó từ bản kê được mã hóa bằng cụm từ khi khôi phục bằng cụm từ. CloudKit lưu dữ liệu đầu ra đã mã hóa và các bản ghi vận hành cần để tải về, nhưng không đọc được nội dung két.

Ngay cả khi có lệnh của tòa án

Khi Apple nhận yêu cầu pháp lý hợp lệ về dữ liệu iCloud, Apple có thể cung cấp các bản ghi và siêu dữ liệu sẵn có theo mô hình bảo vệ iCloud hiện hành. Vaultaire tải lên các bản ghi CloudKit được mã hóa phía máy khách, không tải lên tệp két đọc được hay khóa sao lưu dạng bản rõ. Apple có thể cung cấp các bản ghi bản mã đó và siêu dữ liệu dịch vụ liên quan, nhưng không giữ khóa sao lưu cần để biến nội dung két được bảo vệ thành bản rõ.

Đây là hệ quả kiến trúc của mã hóa phía máy khách. Apple có thể bàn giao các bản ghi CloudKit mà Apple giữ. Muốn đọc nội dung két trong đó vẫn cần khóa sao lưu tạo từ mẫu hình, hoặc cụm từ khôi phục để mở bản kê khôi phục đã mã hóa.

Mô hình niềm tin: Tin cậy toán học, không phải công ty

Lưu trữ đám mây truyền thống yêu cầu bạn phải tin tưởng vào nhà cung cấp. Bạn tin tưởng rằng họ mã hóa dữ liệu của bạn đúng cách. Bạn tin tưởng rằng họ không xem trộm tập tin của bạn. Bạn tin tưởng rằng họ sẽ chống lại áp lực của chính phủ. Bạn tin tưởng rằng nhân viên của họ sẽ không lạm dụng quyền truy cập của họ. Đó là sự tin tưởng rất lớn đối với một tổ chức mà bạn chưa từng gặp.

Sao lưu iCloud mã hóa của Vaultaire giảm bớt những gì bạn phải tin Apple giữ kín. Việc bảo vệ nội dung phụ thuộc vào việc ứng dụng tạo đúng khóa, dùng AES-GCM đúng cách và giữ mẫu hình cùng cụm từ khôi phục của bạn tránh xa nhà cung cấp. Bạn vẫn phải tin vào ứng dụng Vaultaire, iOS, thiết bị đã mở khóa của bạn, và tin Apple giữ các bản ghi luôn sẵn sàng.

Nếu máy chủ của Apple bị xâm phạm, dữ liệu của bạn sẽ an toàn, vì kẻ tấn công nhận được tiếng ồn được mã hóa. Nếu nhân viên Apple lừa đảo truy cập vào tệp của bạn, dữ liệu của bạn sẽ an toàn, vì họ thấy tiếng ồn được mã hóa. Nếu Apple thay đổi chính sách quyền riêng tư của họ vào ngày mai, dữ liệu của bạn sẽ an toàn, vì chính sách không ghi đè toán học. Mã hóa bảo vệ bạn bất kể ai lưu trữ dữ liệu, cách họ lưu trữ dữ liệu hoặc họ làm gì với quyền truy cập của mình.

Không ứng dụng mã hóa nào xóa bỏ hoàn toàn nhu cầu tin tưởng. Thiết kế của Vaultaire thu hẹp vai trò của Apple vào việc lưu và truyền các bản ghi đã mã hóa, còn ứng dụng vẫn chịu trách nhiệm dùng mật mã đúng, và thiết bị của bạn vẫn phải bảo vệ khóa cùng bản rõ khi đang dùng.

Khôi phục két của bạn trên thiết bị mới

Đây là nơi bản sao lưu được mã hóa chứng minh giá trị của nó. Điện thoại của bạn bị mất, bị mất, hỏng, bị đánh cắp, nâng cấp. Két của bạn đã được sao lưu vào iCloud. Đây là những gì xảy ra tiếp theo.

Bước 1: Cài đặt Vaultaire trên thiết bị mới của bạn

Tải xuống Vaultaire từ App Store trên iPhone hoặc iPad mới của bạn. Ứng dụng phát hiện thấy bản sao lưu được mã hóa tồn tại trong tài khoản iCloud của bạn.

Bước 2: Vẽ mẫu của bạn

Vaultaire hiện lưới 5 × 5 quen thuộc. Bạn vẽ đúng mẫu hình đã dùng khi tạo bản sao lưu. Vì việc tạo khóa sao lưu không phụ thuộc thiết bị, cùng mẫu hình và kích thước lưới sẽ tạo ra cùng khóa sao lưu trên thiết bị mới. Muối cục bộ của thiết bị không tham gia vào việc tạo khóa sao lưu đám mây này.

Bước 3: Giải mã két của bạn

Bản sao lưu đã mã hóa được tải xuống từ iCloud và được giải mã cục bộ trên thiết bị mới của bạn. Ảnh, video và tài liệu của bạn sẽ xuất hiện lại chính xác như lúc bạn rời khỏi chúng. Toàn bộ quá trình chỉ mất vài giây đối với két nhỏ và vài phút đối với két lớn. Không có lúc nào trong quá trình này Apple hoặc bất kỳ ai khác có quyền truy cập vào dữ liệu không được mã hóa của bạn.

Bạn có thể dùng cụm từ khôi phục thay cho mẫu hình. Cụm từ không trực tiếp tạo lại cùng khóa đó. Vaultaire tạo khóa khôi phục từ cụm từ, tải bản kê khôi phục đã mã hóa theo địa chỉ lấy từ cụm từ, rồi mở khóa két và khóa sao lưu đã lưu trước khi khôi phục các phần đã mã hóa. Hai đường dẫn đến cùng một bản sao lưu qua hai chuỗi khóa khác nhau.

Bật theo mặc định, tắt khi bạn muốn

Sao lưu iCloud mã hóa bật theo mặc định, ở cả bản miễn phí lẫn bản Pro. Sao lưu chạy mỗi 24 giờ, chỉ qua Wi-Fi trừ khi bạn đổi cài đặt mạng. Điện thoại bị mất hay hỏng thường xuyên hơn nhiều so với việc một bản sao lưu mã hóa bị phá, nên két mới bắt đầu với một bản sao khôi phục được.

Một số người không muốn Vaultaire tải bản ghi két lên qua CloudKit. Nếu bạn tắt sao lưu Vaultaire và không dùng đồng bộ hay chia sẻ, ứng dụng sẽ không bắt đầu các lần truyền dữ liệu két đó. Điều này khác với sao lưu hệ điều hành của Apple: tùy iOS và cài đặt Tài khoản Apple, bản sao lưu iCloud hoặc bản sao lưu thiết bị trên máy tính có thể chứa dữ liệu vùng chứa ứng dụng. Hãy xem lại và kiểm soát các bản sao lưu hệ thống đó nếu mô hình đe dọa của bạn đòi hỏi điện thoại là bản sao duy nhất.

Giữ sao lưu bật nghĩa là một bản sao dữ liệu đã mã hóa của bạn nằm trên máy chủ của Apple, đổi lại bạn có thể khôi phục két khi mất thiết bị. Bản sao đã được mã hóa, thông tin xác thực để giải mã vẫn do bạn kiểm soát và Apple không nhận nội dung két đọc được, nhưng bản sao vẫn tồn tại, và ai lấy được dữ liệu CloudKit có thể thử đoán mẫu hình ngoại tuyến. Nếu mô hình đe dọa của bạn đòi hỏi điện thoại là bản sao duy nhất, hãy tắt sao lưu.

Bạn có thể tắt sao lưu CloudKit của Vaultaire bất cứ lúc nào. Khi đó, Vaultaire xóa bản sao lưu đã mã hóa khỏi cơ sở dữ liệu CloudKit riêng tư của nó. Việc này không kiểm tra hay xóa riêng bản sao lưu thiết bị của iOS, bản sao lưu trên máy tính, tệp đã xuất, bản sao đã chia sẻ hay dữ liệu trên thiết bị của người nhận.

Sao lưu, không phải đồng bộ

Điều quan trọng là phải hiểu bản sao lưu iCloud được mã hóa không phải là gì. Nó không phải là đồng bộ hóa thời gian thực giữa các thiết bị. Nó không phải là một bản sao trực tiếp về két của bạn và cập nhật mỗi khi bạn thêm ảnh.

Sao lưu iCloud đã mã hóa giữ lại các phiên bản có thể khôi phục. Khi bạn bắt đầu sao lưu, hoặc khi Vaultaire kiểm tra điều kiện 24 giờ sau lần mở khóa, ứng dụng xử lý trạng thái hiện tại của két và tải lên các bản ghi đã mã hóa. Các thành phần không thay đổi có thể được khử trùng lặp với các phiên bản gần đây, và lần tải lên bị gián đoạn có thể tiếp tục. Các tệp thêm vào sau sẽ có trong bản sao lưu khi một phiên bản mới hơn hoàn tất.

Sự tách biệt này là có chủ ý. Sao lưu giữ các phiên bản để khôi phục; tính năng đồng bộ thiết bị của Vaultaire lo việc giữ các thiết bị luôn khớp nhau. Đường sao lưu vẫn phải quản lý việc chuẩn bị dữ liệu, khử trùng lặp, tải lên từng phần, thử lại, danh mục phiên bản và giao dịch khôi phục, nên độ an toàn của nó phụ thuộc vào các cơ chế đó cũng như vào mật mã.

Hãy coi nó giống như một chiếc két an toàn. Bạn không phải liên tục đưa tài liệu qua lại. Bạn đặt một bản sao của các hồ sơ quan trọng của mình vào hộp, và nếu nhà bạn bị cháy, bạn sẽ đến ngân hàng và lấy chúng. Bản gốc sống với bạn. Bản sao lưu lặng lẽ chờ đợi cho đến khi bạn cần nó.