Nitrokey Start in der Praxis unter CentOS 7.x

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Bild: Nitrokey Start USB-Stick In diesem Kapitel befassen wir uns eingehend mit dem Nitrokey Start (Daten-/Infoblatt) unter CentOS 7.x. Weitere Informationen zum Nitrokey-Stick findet findet man auch hier bzw. im Support Forum.

Mit Hilfe von asymmetrischen Schlüsselmaterials (PGP und S/MIME) können eMails sowie Dateien und ganze Festplatten verschlüsselt und natürlich auch wieder entschlüsselt werden. Hierzu verwenden wir den Nitrokey Start welcher hier für einen überschaubaren Betrag von ngerade mal 29€ erstanden werden kann. In dem folgenden Beitrag gehen wir auf die Besonderheiten bei der Verwendung unter CentOS 7.x ein.

Informationen über den Stick können wir mit Hilfe des Befehls usb-devices aus dem RPM-Paket usbutils dem System abverlangen.

 # usb-devices

T:  Bus=02 Lev=02 Prnt=02 Port=01 Cnt=01 Dev#=  3 Spd=12  MxCh= 0
D:  Ver= 2.00 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS=64 #Cfgs=  1
P:  Vendor=20a0 ProdID=4211 Rev=02.00
S:  Manufacturer=Nitrokey
S:  Product=Nitrokey Start
S:  SerialNumber=FSIJ-1.2.10-43243711
C:  #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=80 MxPwr=100mA
I:  If#= 0 Alt= 0 #EPs= 3 Cls=0b(scard) Sub=00 Prot=00 Driver=(none)

Mit Hilfe des Befehls lsusb aus dem RPM-Paket usbutils können wir auch die Produkt- und Hersteller-Identifikationsnummer des Nitrokey-Sticks ermitteln.

 # lsusb
Bus 002 Device 003: ID 20a0:4211 Clay Logic

Im Syslog wird uns beim Anstecken des Sticks dies entsprechend protokolliert:

Nov 24 12:03:55 T410 kernel: usb 2-1.2: new full-speed USB device number 3 using ehci-pci
Nov 24 12:03:55 T410 kernel: usb 2-1.2: New USB device found, idVendor=20a0, idProduct=4211
Nov 24 12:03:55 T410 kernel: usb 2-1.2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
Nov 24 12:03:55 T410 kernel: usb 2-1.2: Product: Nitrokey Start
Nov 24 12:03:55 T410 kernel: usb 2-1.2: Manufacturer: Nitrokey
Nov 24 12:03:55 T410 kernel: usb 2-1.2: SerialNumber: FSIJ-1.2.10-43243711
Nov 24 12:03:55 T410 mtp-probe: checking bus 2, device 3: "/sys/devices/pci0000:00/0000:00:1d.0/usb2/2-1/2-1.2"
Nov 24 12:03:55 T410 mtp-probe: bus: 2, device: 3 was not an MTP device
Nov 24 12:03:55 T410 systemd: Reached target Smart Card.
Nov 24 12:03:55 T410 systemd: Starting Smart Card.

Für den Zugriff auf die SmartCard bzw. auf den Nitrokey Start benötigen wir z.B. für GPG den SmartCard-Daemon scdeamon welcher bei CentOS 7 mit Hilfe es Pakets gnupg2-smime bereitgestellt wird.

Dieses Paket installieren wir nun noch via yum.

 #  yum install gnupg2-smime -y

Leider ist das Paket an sich aus Sicht der Entwickler des Kryptostick in einer nicht aktuellen Version bei CentOS 7 verfügbar (CentOS 7: 2.0.22 - aktuelle Version: 2.2.11)¹⁾. Das hat leider zur Folge, dass wir die PGP-Schlüssel nicht direkt auf der SmartCard generieren können, sondern diesen wie gewohnt auf dem Rechner erzeugen und anschliessend auf den Nitrokey Start Stick verschoben werden muss.

Für den Betrieb unter CentOS 7 müssen wir uns noch passende udev-Definitionen hier besorgen und unserer Umgebung anpassen. Dies ist notwendig, da sonst die Gerätedatei nicht mit den entsprechenden Benutzer-Rechten angelegt wird! Wir wechseln also erst einmal in das entsprechende Konfigurationsverzeichnis /etc/udev/rules.d/.

 # cd /etc/udev/rules.d/

Dann holen wir uns die entsprechende Musterdatei auf unseren Rechner.

 # wget https://www.nitrokey.com/sites/default/files/41-nitrokey.rules

Unter CentOS 7 gibt es eine keine standardmässig angelegte Gruppe plugdev, daher werden wir diese erst einmal anlgen.

 # groupadd plugdev

Dann setzen wir unseren Benutzer django in diese Gruppe plugdev.

 # usermod -aG plugdev django

Nun passen wir noch die eingangs heruntergeladene udev-Regeldatei /etc/udev/rules.d/41-nitrokey.rules an. Der entscheidende Zusatz ist nun hier die Option OWNER=„django“.

 # vim /etc/udev/rules.d/41-nitrokey.rules

/etc/udev/rules.d/41-nitrokey.rules

# Nitrokey U2F
KERNEL=="hidraw*", SUBSYSTEM=="hidraw", MODE="0664", OWNER="django", GROUP="plugdev", ATTRS{idVendor}=="2581", ATTRS{idProduct}=="f1d0"
# Nitrokey FIDO U2F
KERNEL=="hidraw*", SUBSYSTEM=="hidraw", MODE="0664", OWNER="django", GROUP="plugdev", ATTRS{idVendor}=="20a0", ATTRS{idProduct}=="4287"
 
SUBSYSTEM!="usb", GOTO="gnupg_rules_end"
ACTION!="add", GOTO="gnupg_rules_end"
 
# USB SmartCard Readers
## Crypto Stick 1.2
ATTR{idVendor}=="20a0", ATTR{idProduct}=="4107", ENV{ID_SMARTCARD_READER}="1", ENV{ID_SMARTCARD_READER_DRIVER}="gnupg", GROUP+="plugdev", TAG+="uaccess"
## Nitrokey Pro
ATTR{idVendor}=="20a0", ATTR{idProduct}=="4108", ENV{ID_SMARTCARD_READER}="1", ENV{ID_SMARTCARD_READER_DRIVER}="gnupg", GROUP+="plugdev", TAG+="uaccess"
## Nitrokey Storage
ATTR{idVendor}=="20a0", ATTR{idProduct}=="4109", ENV{ID_SMARTCARD_READER}="1", ENV{ID_SMARTCARD_READER_DRIVER}="gnupg", GROUP+="plugdev", TAG+="uaccess"
## Nitrokey Start
#ATTR{idVendor}=="20a0", ATTR{idProduct}=="4211", ENV{ID_SMARTCARD_READER}="1", ENV{ID_SMARTCARD_READER_DRIVER}="gnupg", GROUP+="plugdev", TAG+="uaccess"
ATTR{idVendor}=="20a0", ATTR{idProduct}=="4211", ENV{ID_SMARTCARD_READER}="1", ENV{ID_SMARTCARD_READER_DRIVER}="gnupg", OWNER+="django", GROUP+="plugdev", TAG+="uaccess"
## Nitrokey HSM
ATTR{idVendor}=="20a0", ATTR{idProduct}=="4230", ENV{ID_SMARTCARD_READER}="1", ENV{ID_SMARTCARD_READER_DRIVER}="gnupg", GROUP+="plugdev", TAG+="uaccess"
 
LABEL="gnupg_rules_end"

Zum Aktivieren unserer geänderten udev-Regeldatei lassen wir diese nun erneut einlesen; hierzu verwenden wir folgenden Befehl:

 # udevadm control --reload-rules

Sobald wir nun unseren Nitrokey Pro-Stick in einen USB-Port stecken wird die zugehörige Gerätedate mit den richtigen Berechtigungen angelegt. Hierzu verwenden wir die zum Stick passenden ANgaben, die wir mit lsusb ermittelt haben.

 # lsusb

Bus 002 Device 006: ID 20a0:4211 Clay Logic

 # ll /dev/bus/usb/002/032

crw-rw-r--+ 1 django plugdev 189, 133 24. Nov 18:37 /dev/bus/usb/002/006

Da es sich bei der Chipkarte des Nitrokey Start um eine standardkompatible OpenPGP-Karte handelt, kann der Kryptostick mit Hilfe von GnuPG verwaltet werden. Hierzu installieren wir uns das Paket gnupg2, sofern es nicht bereits bei der Erstkonfiguration unseres Rechner installiert wurde.

 # yum install gnupg2

Alle Sicherheitsfunktionen wie z.B. das Erzeugen/Speichern von GPG-Schlüsseln, das Verschlüsseln/Entschlüsseln einer Datei, das Signieren einer Nachricht, die auf der Hardware ausgeführt werden, können mit Hilfe des Befehls gpg bzw. gpg2, welches identisch mit gpg ist (!) gesteuert werden.

Sollte beim Aufruf des Befehls gpg die Karte nicht sofort angesprochen werden können, einfach den Befehl nochmals ausführen:

 $ gpg --card-status

gpg: selecting openpgp failed: Karte nicht vorhanden
gpg: OpenPGP Karte ist nicht vorhanden: Karte nicht vorhanden

card-status

Mit der Option card-status können wir uns mit dem Befehl gpg –card-status den Kartenstatus ausgeben lassen.

 $ gpg2 --card-status

Application ID ...: D276000124010200FFFE432437110000
Version ..........: 2.0
Manufacturer .....: unmanaged S/N range
Serial number ....: 43243711
Name of cardholder: [nicht gesetzt]
Language prefs ...: [nicht gesetzt]
Sex ..............: unbestimmt
URL of public key : [nicht gesetzt]
Login data .......: [nicht gesetzt]
Signature PIN ....: zwingend
Key attributes ...: 2048R 2048R 2048R
Max. PIN lengths .: 127 127 127
PIN retry counter : 3 3 3
Signature counter : 0
Signature key ....: [none]
Encryption key....: [none]
Authentication key: [none]
General key info..: [none]

Die einzelnen Datenfelder haben hierbei folgende Bedeutung:

Datenfeld	Beschreibung
Application ID	Individuelle (unique) KartenID, diese beinhaltet: ° den Kartentyp ° die Version der Spezifikation ° den Hersteller und ° die Seriennummer des Cryptosticks Diese Application ID ist einmalig und bei jeder Karte anders.
Version	verwendete OpenPGP Version
Manufacturer	Hersteller der Karte
Serial number	Seriennummer der Karte, die vom Hersteller vergeben wurde.
Name of cardholder	Vorname und Nachname des Karteninhabers ( Es sind hier derzeit nur reines ASCII erlaubt, also keine deutschen Umlaute). Dieses Feld wird von GPG nicht verwendet.
Language prefs	Gewählte/bevorzugte Sprache (Muttersprache) des Karteninhabers. Dieses Feld wird von GPG nicht verwendet.
Sex	Geschlecht des Karteninhabers.: (Männlich (M), Weiblich (F) oder Leerzeichen)
URL of public key	Angabe einer URL, mit der der public-key mit Hilfe des Befehls fetch unter gpg --edit-card auf die Karte geladen werden kann.
Login data	Bei diesem Feld kann der Account-Name des Karteninhabers abgelegt werden, der bei Anmeldeversuchen genutzt werden kann. *GPG* führt hier keinerlei Abgleiche zwischen diesem Namen und dem Namen der in einem Schlüssel angegeben und verwendet wird durch!
Signature PIN	Hier kann über die beiden Schalter zwingend und nicht zwingend eingestellt werden, ob bei jedem Signatur-Vorgang die PIN abgefragt werden soll, oder nicht. Bei der Option nicht zwingend kann GPG die PIN zwischenspeichern, solange der Nitrokey-Stick angesteckt bleibt.
Key attributes	Angaben über Art und Umfang der hinterlegten Schlüssel
Max. PIN lengths	Maximale Länge der einzelnen PINs, kann nicht verändert werden!
PIN retry counter	Zähler für die verbleibenden Versuche zur Eingabe der richtigen PIN. Der max. Zählwert von 3 wird bei jeder Falscheingabe um eins heruntergesetzt. Sobald die richtige Admin-PIN eingegeben wurde, wir der max. Wert von 3 wieder zurück gesetzt. Die beiden ersten Werte (von links gesehen) werden für die User-PIN verwendet. GPG stellt hierbei sicher, dass beide werde synchronisiert werden. Der zweite (mittlere) Wert wird lediglich für Besonderheiten aus dem ISO-Standard 7816 (https://de.wikipedia.org/wiki/ISO_7816) verwendet. Der dritte (rechte) Wert wird als Fehlversuchszähler für die Admin_PIN verwendet.
Signature counter	Zähler der generierten Signaturen bzw. Signaturvorgänge mit der KArte. Der Zähler kann nicht manipuliert werden und wird lediglich zurückgesetzt, sobald ein neuer Signature-Schlüssel erzeugt oder auf die Karte geladen wird.
Signature key	Signatur-Schlüssel (primärer OpenPGP-Schlüssel)
created	Datum und Uhrzeit an dem der Schlüssel erzeugt wurde
Encryption key	Entschlüsselungs-Schlüssel (Unterschlüssel des primären (Signature-)Schlüssels.
created	Datum und Uhrzeit an dem der Schlüssel erzeugt wurde
Authentication key	Authentifizierung-Schlüssel (Unterschlüssel des primären (Signature-)Schlüssels.
created	Datum und Uhrzeit an dem der Schlüssel erzeugt wurde
General key info	Diese primäre USer ID wird angezeigt, sobald ein entsprechender öffentlicher Schlüssel (public-key) verfügbar ist.

change-pin

Wie schon mit der Nitrokey App können wir auch mit Hilfe des Befehls gpg --change-pin die Benutzer- und die Admin-PIN, wie auch die PIN zum Zurücksetzen der Benutzer-PIN, ändern.

Die Benutzer-PIN (Menüpunkt 1) wird benötigt für den täglichen Betrieb wie z.B. zum Entsperren des Token, oder zum Signieren und Verschlüsseln. Die Mindestlänge für den User-Pin beträgt 6 Zeichen.

Die Admin-PIN (Menüpunkt 3) wird für die Karten-/Token-Verwaltung verwendet, so z.B. für das Laden von Schlüsseln auf den Krypto-Stick, das Erzeugen von Schlüsseln oder das Ändern von Informationen wie die Inhaberdaten auf der Karte. Die Mindestlänge für die Admin-PIN beträgt 8 Zeichen.

Wird die Benutzer-PIN 3x falsch eingeben, wird die Karte gesperrt und kann dann nur mit der Admin-PIN oder dem Reset-Code zurückgesetzt werden. Wenn Sie den falschen Admin-Pin dreimal eingeben, wird die Karte unbrauchbar und kann dann lediglich mit einem Factory-Reset (Verlußt aller Kartendaten!) zurück gesetzt werden!

Die Reset-PIN (Menüpunkt 4) kann nur zum Zurücksetzen der Benutzer-PIN verwendet werden. Die Mindestlänge für den Reset-Code beträgt 8 Zeichen. Der Reset-Code Fehlerzähler kann wiederum mit der Admin-PIN zurückgesetzt werden. Wird nach zweimaliger Falscheingabe der Benutzer- wie auch der Admin-PIN und dann die richtige PIN eingeben, wird der Fehlerzähler zurückgesetzt.

Worin besteht nun aber der genaue Unterschied zwischen dem Reset-Code und der Admin-PIN? Möchte man in einer Organisation Nitrokey Pro an seine Mitarbeiter ausgeben, werden bestimmte Daten, wie z.B. Namen, die Public Key URL oder auch das erzeugte Schlüsselmaterial zentral vorgegeben. Da der Benutzer selbst diese Daten nicht verändern können soll, wird dieser auch nicht Kenntnis von der Admin-PIN haben. Sperrt sich nun der Mitarbeiter aus, weil er die Benutzer-PIN 3x falsch eingegeben hat, kann der Neutzer natürlich nicht die Admin-PIN eingeben, da er diese nicht kennt. Hier kommt nun der Reset-Code ins Spiel. Mit Hilfe dieses Codes kann der Benutzer nun die Benutzer-PIN zurücksetzen.

 $ gpg --change-pin

gpg: OpenPGP Karte Nr. D276000124010303000500006FDA0000 erkannt

1 - change PIN
2 - unblock PIN
3 - change Admin PIN
4 - set the Reset Code
Q - quit

Ihre Auswahl?

Beim Menüpunkt 1 können wir z.B. die Benutzer-PIN abändern. Wir werden dann nach der aktuellen PIN gefragt und müssen die neue PIN 2x eingeben zum Abändern.

Bild: PIN-Eingabedialog beim Abändern der Benutzer-/Admin-PIN