Documentation/admin-guide/device-mapper/verity.rst

   1 =========
   2 dm-verity
   3 =========
   4
   5 Device-Mapper's "verity" target provides transparent integrity checking of
   6 block devices using a cryptographic digest provided by the kernel crypto API.
   7 This target is read-only.
   8
   9 Construction Parameters
  10 =======================
  11
  12 ::
  13
  14     <version> <dev> <hash_dev>
  15     <data_block_size> <hash_block_size>
  16     <num_data_blocks> <hash_start_block>
  17     <algorithm> <digest> <salt>
  18     [<#opt_params> <opt_params>]
  19
  20 <version>
  21     This is the type of the on-disk hash format.
  22
  23     0 is the original format used in the Chromium OS.
  24       The salt is appended when hashing, digests are stored continuously and
  25       the rest of the block is padded with zeroes.
  26
  27     1 is the current format that should be used for new devices.
  28       The salt is prepended when hashing and each digest is
  29       padded with zeroes to the power of two.
  30
  31 <dev>
  32     This is the device containing data, the integrity of which needs to be
  33     checked.  It may be specified as a path, like /dev/sdaX, or a device number,
  34     <major>:<minor>.
  35
  36 <hash_dev>
  37     This is the device that supplies the hash tree data.  It may be
  38     specified similarly to the device path and may be the same device.  If the
  39     same device is used, the hash_start should be outside the configured
  40     dm-verity device.
  41
  42 <data_block_size>
  43     The block size on a data device in bytes.
  44     Each block corresponds to one digest on the hash device.
  45
  46 <hash_block_size>
  47     The size of a hash block in bytes.
  48
  49 <num_data_blocks>
  50     The number of data blocks on the data device.  Additional blocks are
  51     inaccessible.  You can place hashes to the same partition as data, in this
  52     case hashes are placed after <num_data_blocks>.
  53
  54 <hash_start_block>
  55     This is the offset, in <hash_block_size>-blocks, from the start of hash_dev
  56     to the root block of the hash tree.
  57
  58 <algorithm>
  59     The cryptographic hash algorithm used for this device.  This should
  60     be the name of the algorithm, like "sha1".
  61
  62 <digest>
  63     The hexadecimal encoding of the cryptographic hash of the root hash block
  64     and the salt.  This hash should be trusted as there is no other authenticity
  65     beyond this point.
  66
  67 <salt>
  68     The hexadecimal encoding of the salt value.
  69
  70 <#opt_params>
  71     Number of optional parameters. If there are no optional parameters,
  72     the optional paramaters section can be skipped or #opt_params can be zero.
  73     Otherwise #opt_params is the number of following arguments.
  74
  75     Example of optional parameters section:
  76         1 ignore_corruption
  77
  78 ignore_corruption
  79     Log corrupted blocks, but allow read operations to proceed normally.
  80
  81 restart_on_corruption
  82     Restart the system when a corrupted block is discovered. This option is
  83     not compatible with ignore_corruption and requires user space support to
  84     avoid restart loops.
  85
  86 ignore_zero_blocks
  87     Do not verify blocks that are expected to contain zeroes and always return
  88     zeroes instead. This may be useful if the partition contains unused blocks
  89     that are not guaranteed to contain zeroes.
  90
  91 use_fec_from_device <fec_dev>
  92     Use forward error correction (FEC) to recover from corruption if hash
  93     verification fails. Use encoding data from the specified device. This
  94     may be the same device where data and hash blocks reside, in which case
  95     fec_start must be outside data and hash areas.
  96
  97     If the encoding data covers additional metadata, it must be accessible
  98     on the hash device after the hash blocks.
  99
 100     Note: block sizes for data and hash devices must match. Also, if the
 101     verity <dev> is encrypted the <fec_dev> should be too.
 102
 103 fec_roots <num>
 104     Number of generator roots. This equals to the number of parity bytes in
 105     the encoding data. For example, in RS(M, N) encoding, the number of roots
 106     is M-N.
 107
 108 fec_blocks <num>
 109     The number of encoding data blocks on the FEC device. The block size for
 110     the FEC device is <data_block_size>.
 111
 112 fec_start <offset>
 113     This is the offset, in <data_block_size> blocks, from the start of the
 114     FEC device to the beginning of the encoding data.
 115
 116 check_at_most_once
 117     Verify data blocks only the first time they are read from the data device,
 118     rather than every time.  This reduces the overhead of dm-verity so that it
 119     can be used on systems that are memory and/or CPU constrained.  However, it
 120     provides a reduced level of security because only offline tampering of the
 121     data device's content will be detected, not online tampering.
 122
 123     Hash blocks are still verified each time they are read from the hash device,
 124     since verification of hash blocks is less performance critical than data
 125     blocks, and a hash block will not be verified any more after all the data
 126     blocks it covers have been verified anyway.
 127
 128 Theory of operation
 129 ===================
 130
 131 dm-verity is meant to be set up as part of a verified boot path.  This
 132 may be anything ranging from a boot using tboot or trustedgrub to just
 133 booting from a known-good device (like a USB drive or CD).
 134
 135 When a dm-verity device is configured, it is expected that the caller
 136 has been authenticated in some way (cryptographic signatures, etc).
 137 After instantiation, all hashes will be verified on-demand during
 138 disk access.  If they cannot be verified up to the root node of the
 139 tree, the root hash, then the I/O will fail.  This should detect
 140 tampering with any data on the device and the hash data.
 141
 142 Cryptographic hashes are used to assert the integrity of the device on a
 143 per-block basis. This allows for a lightweight hash computation on first read
 144 into the page cache. Block hashes are stored linearly, aligned to the nearest
 145 block size.
 146
 147 If forward error correction (FEC) support is enabled any recovery of
 148 corrupted data will be verified using the cryptographic hash of the
 149 corresponding data. This is why combining error correction with
 150 integrity checking is essential.
 151
 152 Hash Tree
 153 ---------
 154
 155 Each node in the tree is a cryptographic hash.  If it is a leaf node, the hash
 156 of some data block on disk is calculated. If it is an intermediary node,
 157 the hash of a number of child nodes is calculated.
 158
 159 Each entry in the tree is a collection of neighboring nodes that fit in one
 160 block.  The number is determined based on block_size and the size of the
 161 selected cryptographic digest algorithm.  The hashes are linearly-ordered in
 162 this entry and any unaligned trailing space is ignored but included when
 163 calculating the parent node.
 164
 165 The tree looks something like:
 166
 167         alg = sha256, num_blocks = 32768, block_size = 4096
 168
 169 ::
 170
 171                                  [   root    ]
 172                                 /    . . .    \
 173                      [entry_0]                 [entry_1]
 174                     /  . . .  \                 . . .   \
 175          [entry_0_0]   . . .  [entry_0_127]    . . . .  [entry_1_127]
 176            / ... \             /   . . .  \             /           \
 177      blk_0 ... blk_127  blk_16256   blk_16383      blk_32640 . . . blk_32767
 178
 179
 180 On-disk format
 181 ==============
 182
 183 The verity kernel code does not read the verity metadata on-disk header.
 184 It only reads the hash blocks which directly follow the header.
 185 It is expected that a user-space tool will verify the integrity of the
 186 verity header.
 187
 188 Alternatively, the header can be omitted and the dmsetup parameters can
 189 be passed via the kernel command-line in a rooted chain of trust where
 190 the command-line is verified.
 191
 192 Directly following the header (and with sector number padded to the next hash
 193 block boundary) are the hash blocks which are stored a depth at a time
 194 (starting from the root), sorted in order of increasing index.
 195
 196 The full specification of kernel parameters and on-disk metadata format
 197 is available at the cryptsetup project's wiki page
 198
 199   https://gitlab.com/cryptsetup/cryptsetup/wikis/DMVerity
 200
 201 Status
 202 ======
 203 V (for Valid) is returned if every check performed so far was valid.
 204 If any check failed, C (for Corruption) is returned.
 205
 206 Example
 207 =======
 208 Set up a device::
 209
 210   # dmsetup create vroot --readonly --table \
 211     "0 2097152 verity 1 /dev/sda1 /dev/sda2 4096 4096 262144 1 sha256 "\
 212     "4392712ba01368efdf14b05c76f9e4df0d53664630b5d48632ed17a137f39076 "\
 213     "1234000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
 214
 215 A command line tool veritysetup is available to compute or verify
 216 the hash tree or activate the kernel device. This is available from
 217 the cryptsetup upstream repository https://gitlab.com/cryptsetup/cryptsetup/
 218 (as a libcryptsetup extension).
 219
 220 Create hash on the device::
 221
 222   # veritysetup format /dev/sda1 /dev/sda2
 223   ...
 224   Root hash: 4392712ba01368efdf14b05c76f9e4df0d53664630b5d48632ed17a137f39076
 225
 226 Activate the device::
 227
 228   # veritysetup create vroot /dev/sda1 /dev/sda2 \
 229     4392712ba01368efdf14b05c76f9e4df0d53664630b5d48632ed17a137f39076