13.1 Cifrado por archivo y derivación de claves desde el bloqueo

Introducción

En GrapheneOS, la seguridad de los datos parte de un modelo de cifrado por archivo (File-Based Encryption, FBE) que garantiza protección granular y adaptada a cada usuario y a cada aplicación. A diferencia del cifrado de bloque completo, FBE cifra y descifra datos a nivel de archivo, lo que permite desbloquear carpetas específicas sin exponer el resto del almacenamiento.

Fundamentos del cifrado por archivo

• Emparejamiento de claves y datos: Cada archivo o directorio protegido utiliza una clave maestra protegida por el sistema de archivos seguro (fscrypt).
• Direct Boot y credenciales: Separación entre Device-Encrypted Storage (accesible tras encender el dispositivo) y
  Credential-Encrypted Storage (accesible tras introducir credenciales del usuario).
• Aislamiento por perfil: Permite múltiples espacios de usuario o perfil de trabajo, cada uno cifrado con sus propias claves.

Derivación de claves desde el bloqueo

El punto crítico de la seguridad radica en generar y proteger la clave maestra a partir de las credenciales del usuario (PIN, contraseña o patrón). GrapheneOS emplea un algoritmo resistente a ataques de fuerza bruta y GPU para derivar la clave empleada en el cifrado de volumen.

Algoritmo de derivación: scrypt

Para transformar la contraseña del usuario en una clave sólida, se utiliza scrypt, un derivador de clave de alta memoria. Sus parámetros predeterminados en GrapheneOS garantizan un equilibrio óptimo entre seguridad y rendimiento:

Flujo de derivación y desbloqueo

1. El usuario introduce su PIN, contraseña o patrón al arrancar o al despertar el dispositivo.
2. El sistema recupera la sal (salt) asociada y ejecuta scrypt con los parámetros indicados.
3. El resultado es la clave de envoltura (key‐wrapping key), que descifra la clave maestra almacenada en el área protegida del dispositivo.
4. La clave maestra se utiliza para desbloquear las claves de cifrado específicas de carpetas o archivos, permitiendo acceso a los datos.

Arquitectura de cifrado en GrapheneOS

GrapheneOS refuerza la implementación estándar de Android incorporando su propia pila criptográfica y configuraciones avanzadas:

• Uso de AES-256-GCM para cifrado de archivos y metadatos, ofreciendo confidencialidad e integridad.
• Integración con hardware-backed keystore (TrustZone o módulo TEE) para aislar operaciones críticas.
• Parámetros de scrypt ajustados y sellados en hardware para impedir modificaciones.

Proceso de montaje y desbloqueo

Mejores prácticas y consideraciones de seguridad

• Contraseña fuerte: Emplear una contraseña larga y compleja en lugar de un PIN corto o patrón sencillo, incrementando la entropía y robusteciendo la derivación de clave.
• Configuración de bloqueo automático: Reducir el tiempo de inactividad antes de solicitar de nuevo las credenciales.
• Protección física: La seguridad criptográfica es robusta, pero no sustituye medidas físicas contra manipulación o extracción de chips.
• Actualizaciones periódicas: Mantener GrapheneOS y el firmware del dispositivo al día para garantizar la última protección contra vulnerabilidades.

Conclusión

El cifrado por archivo combinado con la derivación avanzada de claves desde el bloqueo ofrecen en GrapheneOS un esquema de protección excepcional. Al emplear scrypt con parámetros elevados, AES-256-GCM y hardware seguro, se logra un equilibrio óptimo entre seguridad, privacidad y usabilidad. El usuario avanzado dispone así de un entorno en el que cada archivo, cada directorio y cada perfil de uso está aislado y protegido, garantizando que sólo las credenciales legítimas puedan desbloquear la información sensible.

13.1 Cifrado por archivo y derivación de claves desde el bloqueo

• Documentación oficial de GrapheneOS – Storage internals:
  https://grapheneos.org/technical-details/storage
  Detalla la arquitectura de cifrado por archivo y cómo se integra la derivación de claves desde la pantalla de bloqueo.
• Android Developers – File-based encryption:
  https://source.android.com/security/encryption/file-based
  Explica los principios de FBE en Android, el uso de scrypt como KDF y los distintos niveles de protección de archivos.
• Android Security Internals (2ª edición), Nikolay Elenkov (No Starch Press, 2019)

  Capítulos 7 y 9: análisis en profundidad de File-Based Encryption y del módulo Gatekeeper para derivación de claves desde PIN/contraseña.

• Artículo “Understanding Android File-Based Encryption”, Joshua Drake (2017)

  Desglose práctico del flujo de cifrado y desbloqueo de archivos en Android Nougat y posteriores.
  medium.com/…/understanding-android-file-based-encryption

• Android Keystore Gatekeeper HAL:
  https://source.android.com/security/keystore
  Referencia de implementación del hardware-backed Keymaster y del servicio Gatekeeper que usa la pantalla de bloqueo para derivar claves.
• Paper “Survey of File-Based Encryption Schemes on Mobile Devices”, Silva et al. (2020)

  Comparación de esquemas FBE y FDE, métricas de rendimiento y ataques teóricos.
  Disponible en: dl.acm.org/doi/10.1145/3372297

• Curso online “Mobile Device Security” (Plataforma Coursera)

  Módulo específico sobre criptografía en Android, con unidades prácticas de file-based encryption y KDF desde bloqueo.