NTFS的EFS加密分析

NTFS文件系统能够支持EFS加密文件系统（Encrypted File System）。EFS提供的文件加密技术可将加密的NTFS文件存储到磁盘上，并且特别考虑了其他操作系统上的现有工具引起的安全性问题。这些工具允许用户不经过权限检查就可以从NTFS卷访问文件，而通过EFS，NTFS文件中的数据可在磁盘上进行了加密。

EFS加密技术是基于公共密钥的，它用一个随机产生的文件密钥（File Encryption Key，FEK），通过加强型的数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）算法—DESX对文件进行加密。EFS加密技术作为一个集成系统服务运行，易于管理，不易受攻击，并且对用户是透明的。如果用户要访问一个加密的NTFS文件，并且有这个文件的私钥，那么用户能够打开这个文件，并透明地将该文件作为普通文档使用。没有该文件私钥的用户对文件的访问将被拒绝。

DESX使用同一个密钥来加密和解密数据，这是一种对称加密算法（Symmetric Encryption Algorithm）。一般来说，这种算法的速度相当快，适用于加密类似文件的大块数据，但缺点也是很明显的：如果有人窃取了密钥，那么一切安全措施都形同虚设。而这种情况是很可能发生的，如果多个用户共享一个仅由DESX保护的文件，每个用户都要求文件的FEK。如果不加密FEK显然是个严重的安全隐患；但是加密了FEK则要给每个用户同样的FEK解密密钥，这也是个严重的安全问题。

EFS使用基于RSA（Rivest Shamir Adleman）的公共密钥加密算法对FEK进行加密，并把它和文件存储在一起，形成了文件的一个特殊的EFS属性字段——数据解密字段（Data Decryption Field，DDF）。在解密时，用户用自己的私钥解密存储在文件DDF中的FEK，然后再用解密后得到的FEK对文件数据进行解密，最后得到文件的原文（即未加密的文件，与密文相对）。只有文件的拥有者和管理员掌握解密的私钥（Private Key），任何人都可以得到加密的公共密钥，但是即使他们能够登录到系统中，由于没有解密的私钥，也没有办法破解它。EFS的工作原理如图4-476所示。

图4-476　EFS结构示意图

Windows 2000/XP的最初版本把私钥存储在不是十分安全的磁盘上，随后的升级版本则允许用户存储在某些便携设备上。尽管基于公共密钥的算法速度通常比较缓慢，但是EFS仅仅使用它来加密FEK，通过和加密文件的DESX配合，在使EFS的取得高速度的同时，也获得了令人羡慕的高安全性。

从图4-476中可以看到，EFS的实现类似于在核心态运行的设备驱动程序，和NTFS有着十分紧密的联系。当处于用户模式的应用程序需要访问加密的文件时，它向NTFS发出访问请求，NTFS收到请求后立即执行EFS驱动程序。EFS通过KSecDD设备驱动程序转发LPC给Lsass。Lsass不仅处理用户登录事务，也对EFS密钥进行管理。Lsass的功能组成部分Lsasry则侦听该请求，并执行所包含的相应的功能函数，在处于用户模式的加密服务API（CryptoAPI）的帮助下，进行文件的加密和解密。

Lsasry通过CryptoAPI来对FEK加密。通过动态链接库实现的CSP（Cryptographic Service Provide）极好地封装了加密服务API，以至于Lsasry根本不必知道EFS算法的实现细节。Lsasry取得EFS的FEK后，通过LPC返回给EFS驱动程序，然后EFS可以利用FEK通过DESX进行文件的解密运算，并通过NTFS把结果返回给用户程序。

由于穷举破解EFS是不可能的，而且在使用EFS时系统不会给出任何提示，所以，使用了EFS的用户一定要备份加密证书，否则加密证书一旦出现问题，要恢复数据几乎是不可能的。