FDE（全盘加密）如何快速工作？
我很好奇Ubuntu的全盘加密是如何工作的。 这是一个例子：
考虑以下字符串作为所有磁盘的内容：
hello world 应用某种加密方法后，它看起来像这样：
（我在这个例子中使用了Caesar密码，移位为+1，例如A→B; B→C ……）
ifmmp xpsme
据我了解，当计算机关闭时，驱动器的内容将是上面的字符串。 但是当它重新开启时，Ubuntu需要将其内容重新打回hello world才能成功启动。
我真正得到的是，在现实世界中 ，磁盘的内容更多，加密算法更复杂，我发现计算机很难在几秒钟内完全加密/解密所有磁盘（启动或关闭不需要更长时间）。
这怎么可能？
AES / Rijndael加密一般如何工作？
这个页面有一个有趣的高级加密标准（AES）的棒图指南看起来很容易理解，虽然它看起来是50多个图像，例如这两个：
和
在这里复制它是太多了，但是如果你必须有一个多合一的图像就是这个：
或者，在http://www.password-depot.com/know-how/blowfish_and_rijndael.htm上有一个更紧凑的解释。
Rijndael加密方法基于替换，更改和执行字节上的xor操作。 该方法如下所示：
- Rijndael从128位密钥生成10个密钥，每个密钥128位。
- 这些键放在4x4arrays中。
- 纯文本也分为4x4arrays（每个128位）。
- 每个128位纯文本项目在10轮中处理（对于128位密钥为10轮，对于192为12轮，对于256为14轮）。
- 在第10轮之后生成代码。
- 每个单字节在S框中被替换，并被GF（2 8）上的倒数替换。
- 然后应用逐位模2矩阵，然后用63进行XOR运算。
- 矩阵的行是循环排序的。
- 矩阵乘法的列在GF（28）上互换。
- 每轮的子键进行XOR操作。
如果使用不同的子键多次执行Rijndael，则此加密方法的安全级别会增加。
Ubuntu的全盘加密如何工作？
我相信它可以通过使用LUKS加密分区（使用AES的默认设置），然后使用LVM（如/ ，swap）将一些卷放在其上，并在输入密码后在启动时解密并安装它们。 并且有一个常规（未加密）的启动分区可以启动足以请求密码短语。
the_simple_computer的Ubuntu全盘加密指南（2015年6月28日更新）说这是关于默认安装程序的加密如何工作，并提到双启动不起作用（至少不是开箱即用），驱动器必须使用MBR所以“ 如果您的计算机具有UEFI，发行版将以传统BIOS模式安装，因此您无法使用安全启动 ”和“ 还提供与您的系统RAM相同的交换大小（通常是不必要的），并且您我们无法选择使用何种加密方式。 “
加密速度有多快？
如果你运行cryptsetup benchmark ，它将运行测试并告诉你单独加密的速度，注意（当前）默认的aes-xts行：
# Algorithm | Key | Encryption | Decryption aes-xts 256b 150.0 MiB/s 145.0 MiB/s
平均硬盘驱动器读取速度可能是80-160 MB / s，因此您不会比常规读取时间长，并且在您仍在等待的时候，刚读取的扇区可能已被解密。硬盘阅读更多。
SSD 可能更快，可能是200-550MB / s，所以你可能会注意到它。 但是，随机读取可能会更慢，我已经读过SSD速度在使用后可能会变慢（可能是驱动器完全填满并且必须开始“擦除”扇区？）
计算机如何在几秒钟内完全加密/解密所有驱动器（启动或关闭不需要更长时间）？
它不必先解密所有内容。 加密（LUKS）对数据块起作用，可以随机解密任何块，并且像驱动器的加密数据和文件系统看到的层之间的层。
当文件系统想要查看任何数据块时，LUKS首先解密该块，然后将解密的数据提供给文件系统。 您首先等待驱动器读取数据块（就像不使用加密一样），并且只有一个额外的延迟来解密单个块（或几个块）的数据 – 并且如果解密速度比驱动器快可以读取，解密可以在驱动器读取下一个数据块之前完成。
因此，就像常规文件系统不需要读取整个驱动器来读取文件一样，当添加加密时，它也不需要读取整个驱动器，并且它不会使速度变慢。
硬盘驱动器上的数据始终是加密的 ，因此除非忘记密钥，否则关机时无需执行任何操作。
- 维基百科上有关于磁盘加密理论的更多细节
处理器使用专用指令集。 因为它， AES-NI是可能的。 它可以实现快速加密和解密，或者你可以说它可以减少开销。 它很快，因为它是硬件实现，如此处所述。
您可以在此处查看性能影响，并且为了增加安全性，它们是值得的。
这将是一个简化，但我会尝试通过访问加密文件系统上的文件的过程。
例如，假设加密文件系统的开头有一个文件表; 假设我们想要阅读/foo.bar 。 因此，我们要做的第一件事就是读取分区的开头，解密它，并查看它所需的文件; 让我们说它说文件从0x10000000字节开始。 所以，为了阅读，我们开始从该位置的磁盘读取并解密它; 同样，为了写，我们可以加密新内容，并将它们写在新的位置。
希望这有助于消除对流程的任何混淆。
现代计算机每秒可以进行数十亿次操作，因此加密和解密速度很快并不令我感到惊讶。
这就是我如何直观地判断计算机执行速度的速度：
- 在内存中进行计算（尤其是L1和L2内存），速度非常快
- 从本地存储读取速度较慢（固态磁盘比硬盘快）
- 从网络上读取，速度更快。
要理解的另一个关键点是操作不需要解密整个硬盘来引导系统。 相反，操作系统知道如何仅解密动态所需的硬盘部分，并且写入也是如此。
因此直观地说，全盘加密对性能没有太大影响我并不感到惊讶，因为我认为瓶颈是磁盘。
当然，这些直觉并不总是与现实相符。 例如，实际上，存在全盘加密导致性能受到显着影响的情况。 但通常这些都是在开发人员经过几轮开发优化之后解决的。