Linux 以 Shamir’s Secret Sharing 分割保存金鑰教學與範例

介紹如何在 Linux 中使用薩莫爾祕密共享方法（Shamir’s secret sharing scheme），將一把金鑰分成多個部分，分別讓多人保管，加強金鑰保存的安全性。

薩莫爾祕密共享方法（Shamir’s secret sharing scheme）是一個可以將金鑰分割成多個部分的方法，分割之後的部分金鑰可以讓多人分開保存，在復原金鑰時，要湊足足夠數量的部分金鑰，才能將原始金鑰還原。

ssss 工具

ssss 是一個薩莫爾祕密共享方法指令工具，在 Ubuntu Linux 中可以使用 apt 安裝：

# 安裝 ssss 套件
sudo apt install ssss

安裝好 ssss 套件之後，我們可以使用 ssss-split 指令將金鑰分割成多份，在分割金鑰時，要以 -n 參數指定分割成幾份，同時以 -t 參數指定還原金鑰時至少需要湊足幾份：

# 分割金鑰，分割成 3 份，至少要其中 2 份才能復原
ssss-split -t 2 -n 3

Generating shares using a (2,3) scheme with dynamic security level.
Enter the secret, at most 128 ASCII characters: Using a 144 bit security level.
1-4ccb5072cf714c5d7966f3dfc334f2f0cdd9
2-af25a2a2d421c84973f694b5698f4df104ea
3-f1800ced22ee4bba8a7949930fe6270e43f9

在執行 ssss-split 指令之後，會要求使用者從鍵盤輸入金鑰，然後就會輸出分割後的各部分金鑰內容，這時候就可以將這些部分的金鑰分給多人各自保管。

若要重建出原始的金鑰，可以使用 ssss-combine 指令，並以 -t 參數指定需要湊足的部分金鑰份數：

# 以 2 份部分金鑰進行復原
ssss-combine -t 2

Enter 2 shares separated by newlines:
Share [1/2]: 1-4ccb5072cf714c5d7966f3dfc334f2f0cdd9
Share [2/2]: 2-af25a2a2d421c84973f694b5698f4df104ea
Resulting secret: PASSWORD1234567890

加入名稱標示

如果我們同時需要使用 ssss 工具分割多把金鑰時，可以使用 -w 參數加上標示名稱，方便我們區分不同的部分金鑰：

# 加入名稱標示
ssss-split -t 2 -n 3 -w mypass

Generating shares using a (2,3) scheme with dynamic security level.
Enter the secret, at most 128 ASCII characters: Using a 144 bit security level.
mypass-1-f029c922af59eaf9539fb58d3801631ac216
mypass-2-d6e0900214708501260418109fe46e251be1
mypass-3-34a7a71d8297a056f572836402b89530533d

復原金鑰時，一樣連同名稱標示一起輸入即可：

# 以 2 份部分金鑰進行復原
ssss-combine -t 2

Enter 2 shares separated by newlines:
Share [1/2]: mypass-1-f029c922af59eaf9539fb58d3801631ac216
Share [2/2]: mypass-2-d6e0900214708501260418109fe46e251be1
Resulting secret: PASSWORD1234567890

以 ssss 分割 AES 金鑰

AES 加密時所採用二進位的金鑰檔案，也可以使用 ssss 進行分割保存。假設我們使用亂數產生一個 256 位元的 AES 金鑰檔案，用於 AES-256 加密：

# 產生亂數金鑰
openssl rand 32 > my_aes.key

# 使用金鑰檔案以 AES-256 方式搭配 CBC 模式加密
openssl enc -aes-256-cbc -pbkdf2 -pass file:./my_aes.key \
    -in sample.txt -out sample.txt.enc

# 使用金鑰檔案以 AES-256 方式搭配 CBC 模式解密
openssl enc -aes-256-cbc -d -pbkdf2 -pass file:./my_aes.key \
    -in sample.txt.enc -out sample_decrypted.txt

我們可以使用 ssss-split 搭配 -x 參數，以十六進位模式分割這個 my_ses.key 金鑰檔案：

# 與 ssss-split 分割金鑰
xxd -p -c64 my_aes.key | ssss-split -t 2 -n 3 -x

Generating shares using a (2,3) scheme with dynamic security level.
Enter the secret, as most 256 hex digits: Using a 256 bit security level.
1-cd37c41201a9da0e3c53be9150da7bb807a3f8272fbe57a7ee1ddb45d47553ac
2-e6e461b43605531126b3b0085edd00af4b221cf2c08401c739c1f1ec7eac064e
3-005502d6249ed41bd0ec4a7f5b2029a270a2bf419a6dcc188b75e874e71b36f1

還原金鑰時，可以將 ssss-combine 的輸出直接導入 xxd 轉為原始的二進位模式，輸入兩組部分金鑰之後，即可產生復原的 my_aes2.key 金鑰檔案：

# 以 ssss-combine 還原金鑰
ssss-combine -t 2 -x -q 2>&1 | xxd -p -r > my_aes2.key

1-cd37c41201a9da0e3c53be9150da7bb807a3f8272fbe57a7ee1ddb45d47553ac
2-e6e461b43605531126b3b0085edd00af4b221cf2c08401c739c1f1ec7eac064e

驗證金鑰檔案是否一致：

# 驗證金鑰檔案是否一致
md5sum my_aes.key my_aes2.key

dd2d04817af887b9f39ac7a15a9fae48  my_aes.key
dd2d04817af887b9f39ac7a15a9fae48  my_aes2.key

參考資料

• Crypto++：SecretSharing Class Reference
• paperback