Azure Disk Encryption

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  1. Azure 磁盘加密

简介

Azure 磁盘加密 是一项 Azure 云平台提供的安全功能，用于加密虚拟机（VM）的操作系统磁盘和数据磁盘。它利用 Key Vault 存储和管理加密密钥，并与 BitLocker（Windows VM）或 dm-crypt（Linux VM）集成，为数据提供静态加密保护。在当今高度重视数据安全的环境中，对云端数据进行加密至关重要，以防止未经授权的访问、数据泄露和合规性风险。本文将深入探讨 Azure 磁盘加密的各个方面，包括工作原理、部署方法、安全考量以及最佳实践，帮助初学者理解并有效利用这项强大的安全功能。

为什么需要磁盘加密？

在云环境中，数据存储在共享基础设施上，这带来了一定的安全风险。即使 Azure 提供了强大的物理安全措施，但数据在静态存储时仍然可能受到威胁，例如：

  • **物理介质被盗或丢失：** 尽管几率较低，但物理介质被盗或丢失的可能性始终存在。
  • **未经授权的访问：** 内部人员或恶意攻击者可能试图访问存储在云端的数据。
  • **合规性要求：** 许多行业法规和标准（例如 HIPAA、PCI DSS）要求对敏感数据进行加密。

磁盘加密通过将数据转换为不可读的格式来缓解这些风险。即使攻击者获得了对存储介质的访问权限，他们也无法读取其中的数据，除非他们拥有解密密钥。

Azure 磁盘加密的工作原理

Azure 磁盘加密基于以下核心组件：

  • **Key Vault：** Azure Key Vault 是一个安全的密钥管理服务，用于存储和管理加密密钥、密码和机密。Azure 磁盘加密利用 Key Vault 来安全地存储和管理用于加密和解密磁盘的密钥。
  • **加密模块：** 对于 Windows VM，Azure 磁盘加密使用 BitLocker 作为加密模块。对于 Linux VM，它使用 dm-crypt。这些模块负责实际的磁盘加密和解密操作。
  • **Azure 磁盘加密扩展：** 这是一个 Azure 虚拟机扩展，用于配置和管理磁盘加密。它负责与 Key Vault 通信、管理密钥、配置加密模块以及监控加密状态。
  • **加密密钥：** Azure 磁盘加密使用两种类型的密钥：
   * **卷加密密钥（Volume Encryption Key, VEK）：** 用于加密磁盘上的数据。VEK 由 Key Vault 生成和管理。
   * **密钥加密密钥（Key Encryption Key, KEK）：** 用于保护 VEK。KEK 可以由 Azure 托管，也可以由客户控制（BYOK，Bring Your Own Key）。

部署 Azure 磁盘加密

Azure 磁盘加密可以采用以下两种主要方式部署：

  • **部署时加密：** 在创建新的虚拟机时，可以直接启用磁盘加密。
  • **现有虚拟机加密：** 可以对已经存在的虚拟机进行加密。

以下是部署步骤的概述：

1. **创建 Key Vault：** 如果还没有 Key Vault，需要创建一个并配置适当的访问权限。 2. **生成或导入密钥：** 在 Key Vault 中生成 VEK 和 KEK，或者导入自己的 KEK（BYOK）。 3. **安装 Azure 磁盘加密扩展：** 在虚拟机上安装 Azure 磁盘加密扩展。 4. **配置加密设置：** 使用 Azure 门户、Azure CLI 或 PowerShell 配置加密设置，包括 Key Vault URL、密钥 ID 和加密模式。 5. **启动加密过程：** 启动加密过程，扩展将负责配置加密模块并加密磁盘。

Azure 磁盘加密部署方式比较
特性 部署时加密 现有虚拟机加密
部署时间 虚拟机创建时 虚拟机运行期间
影响 对部署时间有轻微影响 可能导致虚拟机重启和性能下降
适用场景 新虚拟机部署 现有虚拟机需要加密

BYOK (Bring Your Own Key)

BYOK 允许客户使用自己的密钥来加密 Azure 磁盘。这提供了更高的控制权和安全性，因为客户可以完全控制密钥的生命周期。BYOK 的步骤包括：

1. **生成密钥：** 在自己的密钥管理系统（例如 HSM）中生成 KEK。 2. **导入密钥：** 将 KEK 导入到 Azure Key Vault 中。 3. **配置加密设置：** 在 Azure 磁盘加密配置中指定导入的 KEK。

安全考量

在部署 Azure 磁盘加密时，需要考虑以下安全考量：

  • **密钥管理：** 确保 Key Vault 的安全性和可访问性。使用强身份验证和访问控制策略来保护密钥。
  • **访问控制：** 限制对 Key Vault 和虚拟机资源的访问权限，只允许授权用户进行管理操作。
  • **备份和恢复：** 定期备份 Key Vault 和加密密钥，以确保在发生灾难时可以恢复数据。
  • **监控和审计：** 监控加密状态和 Key Vault 活动，并记录所有相关的安全事件。
  • **密钥轮换：** 定期轮换加密密钥，以降低密钥泄露的风险。
  • **数据销毁：** 在不再需要数据时，安全地销毁磁盘，以防止数据泄露。可以使用 Azure 安全删除 功能。

性能影响

磁盘加密会对虚拟机的性能产生一定的影响，尤其是在 CPU 和 I/O 密集型工作负载中。性能影响的程度取决于以下因素：

  • **加密算法：** 使用的加密算法的复杂性。
  • **硬件性能：** 虚拟机的 CPU 和 I/O 性能。
  • **磁盘类型：** 使用的磁盘类型（例如 Premium SSD、Standard SSD）。

为了最大程度地减少性能影响，建议使用高性能的磁盘类型和虚拟机配置。

监控和故障排除

Azure 提供了多种工具来监控和故障排除磁盘加密问题：

  • **Azure 门户：** 可以查看虚拟机的加密状态、Key Vault 活动和加密日志。
  • **Azure 监控：** 可以使用 Azure 监控收集加密指标，例如 CPU 使用率、I/O 延迟和磁盘空间。
  • **Azure 诊断：** 可以使用 Azure 诊断收集加密故障排除信息，例如事件日志和转储文件。
  • **Azure 资源健康状况：** 可以查看 Azure 资源的健康状况，包括磁盘加密的状态。

与其他安全服务的集成

Azure 磁盘加密可以与其他 Azure 安全服务集成，以提供更全面的安全保护：

  • **Azure 安全中心：** Azure 安全中心 可以检测到未加密的磁盘，并提供加密建议。
  • **Azure Sentinel：** Azure Sentinel 可以收集和分析磁盘加密日志，以检测安全威胁。
  • **Azure Policy：** Azure Policy 可以强制执行磁盘加密策略，确保所有虚拟机都已加密。
  • **Azure 防御者 for Cloud：** Azure 防御者 for Cloud 提供威胁检测和响应功能，可以帮助保护加密数据。

高级主题

  • **加密集（Encryption Sets）：** 提供更精细的密钥管理和控制，允许您将不同的磁盘关联到不同的加密集。
  • **双重加密（Double Encryption）：** 在某些情况下，可能需要对数据进行双重加密，以提供更高的安全性。
  • **加密的备份和恢复：** 确保备份数据也受到加密保护，以防止数据泄露。
  • **密钥版本控制：** Key Vault 的密钥版本控制功能允许您管理和恢复不同版本的密钥。

总结

Azure 磁盘加密 是一项重要的安全功能，可以帮助保护云端数据的安全性和合规性。通过了解其工作原理、部署方法、安全考量和最佳实践，您可以有效地利用这项功能来保护您的数据，并降低安全风险。持续监控和维护加密配置，并与其他 Azure 安全服务集成，可以进一步增强您的安全态势。

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