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開啟 Passcode 的 iOS 設備，數據是硬體加密不可獲取破譯的嗎？

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是否意味著，即便設備被拆卸，也不能從快閃記憶體空間中讀取到信息？這個加密的過程具體如何，可以用通俗易懂的話解釋嗎？

&> Data protection is available for devices that offer hardware encryption, including iPhone 3GS and later, all iPad models, and iPod touch (3rd generation and later). Data protection enhances the built-in hardware encryption by protecting the hardware encryption keys with your passcode. This provides an additional layer of protection for your email messages attachments, and third-party applications.

via iOS: Understanding data protection

是的，除了因bug而沒有加密的數據（如最近被發現的Email附件未加密bug），和系統不做加密的數據。

流程大致如下：

  1. 系統初始化時，生成偽隨機「AES密鑰」，保存於Flash。（此處為抽象描述，實際有多個多層密鑰）
  2. 所有應加密數據在寫入Flash前，都先通過主晶元的硬體AES引擎進行加密，密鑰為上一步所生成的「AES密鑰」。（注意，無論是否開啟Passcode，都有上述兩個步驟）
  3. 如果開啟Passcode，則使用Passcode和其它硬體信息，生成「解鎖密鑰」。
  4. 使用和Passcode相關聯的「解鎖密鑰」加密「AES密鑰」。
  5. 解鎖設備時
    • 如未啟用Passcode，則直接使用「AES密鑰」解密數據（如照片）。
    • 如已啟用Passcode，則根據輸入的Passcode實時生成「解鎖密鑰」，用於解密「AES密鑰」，繼而解密數據。（說明：即使啟用，也不是作用於所有文件）

可見，啟用Passcode後，數據已被AES層級密鑰機制保護。其根密鑰派生自實時生成的「 解鎖密鑰」，而「解鎖密鑰」派生自Passcode數值，不保存於Flash。因此，在演算法層面，已加密的數據是不可獲取的。

順便說明一下，步驟1和2（數據加密存儲）並未直接保護數據，因為此時的「AES密鑰」是保存在Flash上的（不是明文，但可解密）。數據加密存儲的目的是：

  • 步驟4，能夠快速啟用Passcode，不必在啟用時才進行數據加密。
  • Find My iPhone的遠程擦除，只用擦除「AES密鑰」即可讓數據無法使用。

這裡就不使用密碼學專業術語了，因此表述可能有不精確的地方。見諒。

（第2次編輯增加）
補充說明：

  • 上述描述省略了很多技術細節，如Class Key、Chip OTP Key、File Key。省略的原因是為了能用一個簡化的架構，回答題主的問題。
  • iOS安全技術可以參考的公開文檔是《iOS Security》。
  • BlackBerry實現了類似的安全級別。
  • Android在數據安全方面沒有很好的保護。

（第3次編輯增加）
上面的表述看來還是不夠清楚，所以評論中被問到幾個很好的問題。這裡直接引用問題和回答如下，希望問題作者不介意。

  • 問：即沒有啟用Passcode 己得到手機的情況下，可通過讀取Flash 內的Key 解AES? （Tony Wong）
  • 答：可以這麼認為。雖然還有其它一些安全措施，但Apple自己也說明了：Since it』s stored on the device, this key is not used to maintain the confidentiality of data。

  • 問：無需密碼也能訪問的怎麼辦，如桌面背景？保存在內存里嗎？ 以及 Siri 最近的漏洞里的 Contacts 是如何打開的……（劉閩晟）
  • 答：不是所有的文件都用Passcode派生的Key來保護的，具體實現機制是用多個Class Key來加密File Key。具體實現機制可參見《iOS Security》，這裡再轉述可能還不如原版清晰，抱歉。

  • 問：無psscode也加密會不會對性能影響很大？如果下載個電影也會加密嗎（紫ylx）
  • 答：
    • 關於性能：加密一定會有延遲，但是AES演算法的本質上是位運算，因此用硬體引擎實現會非常高效。在不很嚴謹的場合，我們可以稱之為「瞬間」完成。
    • 關於下載：iOS對下載有些特殊處理，例如Background Download是在鎖屏狀態進行的，此時系統並沒有「解鎖密鑰」，因此加密方式更複雜一些，涉及到非對稱演算法。
    • 關於電影下載：APP似乎可以設置不加密某些數據，因此下載的電影並不一定被加密。（沒有iOS開發經驗，此結論不一定準確）
手機CPU內有個內置AES引擎，預先配置好密鑰，無法從外部訪問到，flash裡面一切內容都加密過，既然key無法導出，那麼拆flash無法讀出任何東西
文件系統也有密鑰，每次系統安裝時隨機生成，抹除數據的時候刪掉密鑰，就能保證數據被銷毀
passcode作為第三層密鑰，敏感數據還要經過passcode加密，每次關機甚至鎖屏都會從內存中刪除用戶密鑰，保證數據丟失甚至凍結RAM都無法讀取內容
A7晶元的secure enclave可以作為安全處理器，在隔離環境下進行加密操作

對技術細節感興趣的話可以看 iOS Security Guide

這次蘋果可是出人意料的實誠，講了不少內容。

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