Phantomdrive USB – 開源隱藏加密金庫

Phantomdrive USB – 開源隱藏加密金庫

TL;DR

Phantomdrive 是一款完全開源的 USB 隨身碟，表面上顯示為一個 8 GB 的小容量磁碟；當寫入包含 password:YOUR_PASSWORD 行的文件時，設備會觸發卸載可見分區並重新掛載一個隱藏的 AES-256 加密卷，從而為應對強制性權威壓力提供「合理推諉性」（plausible deniability）。

Phantomdrive 的功能與重要性

Phantomdrive 會向作業系統隱藏加密存儲區域，直到特定的密碼觸發字串被寫入到可見的文件系統中。這種設計旨在讓用戶在面對強制解密或法律壓力時，僅展示無害的數據，同時秘密地訪問可以被謹慎存取的加密卷。

硬體設計概述

  • 核心 MCU: CH569，這是一款與常見的 CH340 USB-to-Serial 轉換器同系列的低成本芯片。
  • 記憶體: 使用 SD 卡（選擇原因是 eMMC 價格目前較高）。SD 卡採用環氧樹脂封裝，增加了物理篡改的難度。
  • 介面: USB 3.0、SD/eMMC 控制器、內建 AES 模組與 SM4 模組（一種中國商用加密算法）。
  • 電源: 使用兩個降壓轉換器（buck converters）為 MCU 和 SD 介面供電。
  • 更新機制: 專用按鈕允許透過 ISP 庫進行韌體燒錄。
  • 除錯: UART 測試點有助於開發。

電路圖與 PCB 圖像（正面與背面）顯示了極簡的佈局：CH569、USB 連接器、SD 插槽、降壓穩壓器、按鈕與被動元件。

加密選擇

金鑰衍生函數 (KDF)

  • 鹽值 (Salt): 使用設備的 USB 序列號 (ID_SERIAL_SHORT) 作為每個設備唯一的鹽值，以防止跨設備的預計算表攻擊。
  • 迭代次數: 應用 100,000 次 SHA-256 迭代，在 CH569 上解鎖約需 3 秒。這在安全性與有限的 CPU 資源之間取得了平衡；像 Argon2 這樣的高記憶體消耗函數（memory-hard functions）並不適合此硬體。
  • 可調性: 用戶可以增加迭代次數以提高安全性，但代價是解鎖時間變長。

"如果需要更高的安全性，你可以增加 KDF SHA256 的迭代次數，尋找另一種設備，或者使用軟體方案對此設備進行二次加密。" – 作者

AES 模式

  • AES-CTR: 在 CH569 上提供約 9 MiB/s 的寫入與 20 MiB/s 的讀取速度。如果在多次寫入時使用相同的 nonce，則容易受到計數器重用攻擊（counter-reuse attacks）。
  • AES-XTS: 磁碟加密的標準模式，消除了計數器重用問題，但將吞吐量降低至約 6 MiB/s 的寫入與 10 MiB/s 的讀取速度。
  • AES-ECB: 僅作為不安全的基準模式進行討論。

"使用此設備，我透過 AES-CTR 獲得約 9 MB/s 的寫入與 20 MB/s 的讀取速度，透過 AES-XTS 獲得約 6 MB/s 的寫入與 10 MB/s 的讀讀速度。" – 作者

韌體機制

韌體運行在兩個開源庫之上：

  • WCH-CH56x BSP – CH569 的硬體抽象層。
  • WCH-CH56x ISP – 系統內編程 (in-system programming) 支持。

密碼嗅探邏輯

當磁碟被鎖定時，每個 USB WRITE10/READ10 命令都會被攔截。韌體會掃描傳入的緩衝區以尋找前綴 `

Sources