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Linux dm-crypt / verity 的完整性保护在容器镜像中的应用

冷炫風刃

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发布时间:2026-02-14 22:03:10

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来源于php中文网

原创

容器镜像不支持 dm-verity 原生挂载,因其是文件级产物而非扇区对齐的块设备;需先物化为原始块文件并预生成 hash 树,或改用 dm-crypt integrity 模式、oci 签名+内容寻址等更现实方案。

linux dm-crypt / verity 的完整性保护在容器镜像中的应用

容器镜像不支持 dm-verity 原生挂载

Linux 的 dm-verity 是块设备层的只读完整性校验机制,它依赖内核在 block layer 加载哈希树并验证每个扇区——而容器镜像(如 OCI image)是分层 tar 或 blob 的文件级产物,不是可直接 losetup 的块设备。你无法把一个 tar.gzlayer.tar 直接传给 veritysetup 创建 verity 设备。

常见错误现象:veritysetup format 报错 Invalid argumentNo such device or address,本质是因为输入不是块设备或未对齐的原始二进制镜像。

  • 必须先将镜像层“物化”为固定大小、扇区对齐的原始块文件(例如用 dd 创建 4K 对齐的空盘,再用 tar --format=posix -xf 解出内容)
  • verity 要求数据区与 hash 区严格分离,且 hash 树需预生成;OCI 镜像没有内置 hash 树结构,需额外构建
  • 容器运行时(如 runc、crun)不解析或挂载 verity 设备,即使你手动 dmsetup create 出来,overlayfschroot 也不会自动绑定它

替代路径:用 dm-crypt + detached header 实现镜像解密+校验

真正能落地的方式,是绕过 verity 的块校验逻辑,改用 dm-cryptintegrity 模式(kernel ≥5.10),它在加密通道内嵌入 AEAD 认证(如 aes-gcm),同时提供机密性与完整性保护。关键在于:镜像层需以加密 blob 形式分发,运行时用 keyring 注入密钥后映射为可信块设备。

使用场景:私有 registry 分发敏感镜像,宿主机可信、但磁盘/网络不可信;要求启动时拒绝篡改过的 layer blob。

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  • 构建阶段用 cryptsetup luksFormat --type luks2 --sector-size 4096 --cipher aes-gcm-random --integrity hmac-sha256 加密 layer 原始块文件
  • 必须启用 --integrity 且指定 --sector-size 4096,否则校验粒度不匹配 overlayfs 的 page cache 行为
  • 运行时通过 keyctl padd 将密钥注入 session keyring,再用 cryptsetup open --key-file /dev/stdin 解锁(避免密钥落盘)
  • 注意:Docker 不支持自定义 crypt 设备挂载;需改用 podman system service + 自定义 oci-runtime hook 或直接调 runc

verity 仅适用于只读 rootfs 的静态验证场景

如果你坚持用 dm-verity,唯一可行路径是:把整个容器 rootfs 打包成一个固定大小的 squashfs 或 ext4 镜像,生成 verity hash tree,再通过 initramfs 在 early boot 阶段挂载。这已脱离“容器镜像”的常规分发模型,更接近安全启动的 embedded Linux 流程。

性能影响明显:verity 的 hash 树查找会增加每次 read() 的延迟,尤其小文件随机读;hash 树本身占空间(约镜像大小的 0.1%~0.5%,取决于 block size)。

  • 生成 verity 镜像必须用 veritysetup format --data-block-size 4096 --hash-block-size 4096,否则容器内 stat() 或 mmap 可能因 block 对齐失败而报 Input/output error
  • hash 树需随镜像一起分发(通常作为 sidecar blob),运行时由 custom entrypoint 调用 dmsetup create 并 bind-mount 到 /var/lib/containers/... 下某路径
  • OCI spec 中无 verity 字段,Kubernetes CRI 也不识别,意味着你得自己 patch containerd shim 或写 runtime wrapper

最现实的完整性方案其实是镜像签名 + 内容寻址

别硬套 kernel block layer 机制。OCI 生态原生支持 cosign 签名和 digest(如 sha256:abc...),这是文件级、分布式的完整性保障,且被 Docker Hub、GitHub Container Registry、Notary v2 全面支持。

容易被忽略的点:签名验证发生在 pull 阶段,而非容器启动瞬间;若镜像层在本地被篡改(如 docker save | tar -xf 后修改再 load),digest 失效但不会自动 re-pull —— 这需要配合 containerdimage signature verification plugin 或自定义 snapshotter。

  • cosign sign --key cosign.key <registry>/<image>@<digest></digest></image></registry> 对 digest 签名,比对 tag 更可靠
  • 运行时设置 containerd[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".image_decryption]signature_verification 插件启用强制校验
  • 注意:digest 是压缩后 blob 的哈希,若你用 buildkit 构建时启用了 cache-to=type=registry,需确保 registry 支持 OCI Image Index 的 subject 引用,否则签名可能绑定到中间层而非最终镜像

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