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基于Win7的Bitlocker加密分析及实战思路

本文章将深入讲解Bitlocker的加密机制，并提供实战的思路供读者操作，基于的是windows7下未全盘加密的NTFS文件系统。

本文章将深入讲解Bitlocker的加密机制，并提供实战的思路供读者操作，基于的是windows7下未全盘加密的NTFS文件系统。

0x01 示例案例：

Windows 7 SP1 x64

0x02 Bitlocker加密分析

1.概述

BitLocker驱动器加密（BDE）是Microsoft Windows在Vista中使用的volume加密。BitLocker驱动器加密（BDE）有多个版本：

BitLocker Windows Vista
TODO: BitLocker Windows 2008
BitLocker Windows 7
BitLocker To Go
BitLocker Windows 8
BitLocker Windows 10

BitLocker Windows Vista和BitLocker Windows 7都旨在加密固定存储介质（如硬盘）上的NTFS卷。BitLocker To Go是在Windows 7中引入的，旨在加密可移动驱动器，例如FAT文件系统的可移动存储设备(U盘)，可移动驱动器上的NTFS卷被视为固定存储介质上的NTFS卷。

BitLocker标识符(GUID):4967d63b-2e29-4ad8-8399-f6a339e3d0

BitLocker To Go标识符(GUID):4967d63b-2e29-4ad8-8399-f6a339e3d01

2.密钥

BitLocker使用不同类型的密钥加密存储介质。

1）卷主密钥（VMK）

卷主密钥(VMK)的大小为256位，存储在多个FVE卷主密钥(VMK)结构中。VMK存储时使用恢复密钥、外部密钥或TPM加密。

VMK也可能不作为加密密钥存储，这样的VMK称为清除密钥。

2）全卷加密密钥（FVEK）

全卷加密密钥（FVEK）使用卷主密钥（VMK）加密存储。FVEK的大小取决于使用的加密方法：

对于AES 128位，密钥大小为128位
对于AES 256位，密钥大小为256位

当使用Elephant Diffuser时，保存FKEV结构的关键数据大小总是512位。第一个256位用于保存FVEK，另一个256位用于保留TWEAK键。当加密方法为AES 128位时，256位中只有128位被使用。

3）TWEAK密钥

TWEAK使用卷主密钥（VMK）加密存储。TWEAK密钥的大小取决于使用的加密方法：

对于AES 128位，密钥是128位大小
对于AES 256位，密钥的大小为256位

TWEAK密钥仅在使用Elephant Diffuser时出现。

4）恢复密钥

BitLocker提供恢复（或数字）密码来解锁加密数据。恢复密码用于确定恢复密钥。

恢复密码示例：

471207-278498-422125-177177-561902-537405-468006-693451

有效的恢复密码由48位数字组成，分为8组，其中每组数字都可以被11整除，余数为0。每组数字除以11的结果是一个16位的值，单独的16位值组成128位的密钥。

5）清除密钥

清除密钥是存储在卷上的未受保护的256位密钥，用于解密VMK。在解密加密卷时使用它。

3.加密方法

BitLocker使用不同类型的加密方法，为了加密扇区数据，它使用带有或不带有Elephant Elephant Diffuser的AES-CBC模式。为了加密密钥数据，BitLocker使用AES-CCM模式。

1）AES-CBC

加密和解密都使用：

AES-CBC与FVEK解密扇区数据

2）带有Elephant Diffuser的AES-CBC

加密过程：

与扇区密钥key异或
Elephant Elephant Diffuser A
Elephant Elephant Diffuser B
AES-CBC with FVEK

解密过程：

AES-CBC with FVEK
Elephant Elephant Diffuser B
Elephant Elephant Diffuser A
与扇区密钥key异或

3）AES-CCM

密钥数据使用初始化向量为0的AES-CCM模式加密。

4.卷头

BitLocker Windows 7（及更高版本）卷标题与BitLocker Windows Vista卷标题类似于NTFS卷标题。卷标头大小为512字节，包括：

5.FVE元数据块

BitLocker卷包含3个FVE元数据块。每个FVE元数据块包括：

块头
元数据标题
一组元数据条目
填充0字节值(在Windows 8中可见)

1）FVE元数据块标头

大小为64字节，包括：

解密BitLocker时会从后向前解密。因此，加密的卷大小包含仍然加密（或需要解密）的卷的字节数。

2）FVE元数据标题

版本1，大小为48字节，包括：

3）FVE元数据条目

版本1，大小可变，包括：

6. BitLocker外键（BEK）文件

BitLocker外键（BEK）文件通常为156字节大小，包括：

一个文件头
一组元数据条目

1）BEK文件头

BEK文件头类似于FVE元数据头，大小为48字节，包括：

文件中的密钥标识符必须与FVE卷主密钥（VMK）中的密钥标识符匹配。

2）BEK元数据条目

BEK元数据条目的格式类似于FVE元数据条目的格式。

BEK文件中的元数据由FVE外部密钥组成，该外部密钥包含256位未受保护的密钥数据。

VMK的标识符应与BEK文件头中的标识符匹配。

0x03 实战思路

通过上述讲解，可知成功解密的关键，是拿到bitlocker的FVEK和TWEAK，我们可以利用volatility的bitlocker插件对休眠文件、内存文件进行分析提取它。这里我用了一个win7硬盘试验，成功解密。

1）确定分区布局并识别BitLocker卷

从扇区41947136开始的较后一个分区（该硬盘原有两个分区，C分区和D分区，其中C分区未被加密，D分区是经过bitlocker加密的加密卷）是受BitLocker保护的。可以通过查看文件系统头来验证它。发现“-FVE-FS-”签名。

2）使用bitlocker插件提取FVEK

该插件扫描内存映像以查找BitLocker加密分配（内存池）并提取AES密钥（FVEK: 完整的卷加密密钥）。

我们可以看到分析出了FVEK以及TWEAK，采取的加密方式为AES-128，如果是win8以上，可能会出现AES-256。

3）解密并访问卷

解密成功！

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