LUKS2 与 LUKS1：区别、如何查看版本以及如何转换

简答：LUKS2 是 Linux 磁盘加密当前的磁盘格式，自 cryptsetup 2.1 起成为默认格式。与 LUKS1 相比，它增加了冗余且带校验和的 JSON 元数据头部、以内存密集型的 Argon2id 取代 PBKDF2 作为密钥派生函数、32 个密钥槽（LUKS1 为 8 个）、用于 TPM2 和 FIDO2 解锁的令牌，以及可选的认证加密。除非旧版 GRUB 必须自行解密 `/boot`，否则请使用 LUKS2。

两种格式加密数据的方式相同，通常都是 AES-XTS。区别在于头部：密钥如何存储、密码被暴力破解的难度，以及哪些工具能读取它。本指南介绍两者的区别、如何查看你使用的是哪种，以及如何用 `cryptsetup convert` 在不丢失磁盘数据的情况下转换。如果你要为 小型 VPS 自托管栈加密一台新服务器，应选择 LUKS2。

LUKS2 与 LUKS1 一览

头部格式与密钥槽

LUKS1 头部是一个固定的二进制结构，后跟八个密钥槽区域。如果设备开头的扇区被覆盖（例如误执行 `mkfs` 或分区工具），所有密钥槽都会消失，除非你有头部备份，否则数据将丢失。

LUKS2 存储一个二进制头部和一个 JSON 元数据区，并为两者各保留一份副本。每份副本都带有校验和，因此 `cryptsetup` 能检测到损坏并回退到另一份副本。JSON 区描述了密钥槽、数据段、摘要和令牌，正因如此，无需再次更改格式就能加入新功能。不过冗余仍然不能替代头部备份：前几 MB 被完全覆盖会同时摧毁两份副本。

Argon2id 与 PBKDF2

密码从不直接用作密钥。密钥派生函数会对其进行拉伸，让每次猜测都代价高昂。LUKS1 只能使用 PBKDF2，它在 GPU 和 ASIC 上运行成本很低，因此拿到头部副本的攻击者可以高速并行地测试密码。

LUKS2 默认使用 Argon2id，每次猜测都需要可配置数量的内存（默认最多 1 GiB，受格式化时可用内存的限制），并行化的代价要高得多。强密码仍是主要防线，但 Argon2id 显著提高了每次猜测的成本。

在小型服务器上要注意内存开销。在大内存机器上创建的密钥槽，解锁时所需的内存可能超过 1 GB VPS（例如 NoctisNode 的 Wisp 套餐）在 initramfs 中能提供的内存。在大机器上为小机器格式化或添加密钥时，请用 `--pbkdf-memory`（单位 KiB）显式设置。

# Inspect PBKDF parameters of each keyslot
cryptsetup luksDump /dev/vda3 | grep -A6 '^  [0-9]*: luks2'

# Re-derive keyslot 0 with Argon2id and 512 MiB memory cost
cryptsetup luksConvertKey /dev/vda3 --key-slot 0 \
  --pbkdf argon2id --pbkdf-memory 524288

令牌、完整性与 GRUB 注意事项

令牌是 LUKS2 头部中的 JSON 对象，告诉工具如何自动获取密钥。`systemd-cryptenroll` 用它们把密钥槽绑定到 TPM2 芯片、FIDO2 安全密钥或 PKCS#11 智能卡，Clevis 则用它们配合 Tang 服务器实现网络绑定解锁。这些在 LUKS1 中都不存在。

完整性模式（`cryptsetup luksFormat --integrity hmac-sha256`）将加密与 dm-integrity 结合，被篡改的扇区会产生读取错误，而不是悄无声息地返回被修改的数据。它会占用磁盘空间、降低写入速度、需要在格式化时完整擦除，且仍被标记为实验性。大多数服务器不使用它。

GRUB 是人们至今仍会遇到 LUKS1 的主要原因。上游 GRUB 2.06 及更高版本可以打开 LUKS2，但仅限使用 PBKDF2 的密钥槽，因为上游 GRUB 不支持 Argon2。如果必须由 GRUB 自己解密加密的 `/boot`，请使用 LUKS1 或带 `--pbkdf pbkdf2` 的 LUKS2 密钥槽。Debian 和 Ubuntu 安装程序会保持 `/boot` 不加密，由内核和 initramfs 完成解锁，因此 Argon2id 可以正常使用，包括通过 SSH 远程解锁。

如何查看卷是 LUKS1 还是 LUKS2

以下任一方法都可以在运行中的系统上以 root 身份使用。`cryptsetup luksDump` 输出中的 `Version:` 行是权威答案；该输出还会显示密钥槽、PBKDF 类型和令牌。

# Find encrypted partitions (FSVER column shows 1 or 2)
lsblk -f

# Authoritative: header version
cryptsetup luksDump /dev/vda3 | grep -E '^Version'
# Version:        2

# Exit code 0 only if the device is LUKS2
cryptsetup isLuks --type luks2 /dev/vda3 && echo LUKS2

使用 cryptsetup convert 进行转换

`cryptsetup convert` 会原地重写头部，不会触碰加密数据。设备必须处于关闭状态，因此对于根文件系统，你需要在救援系统或 Live 系统中运行。转换过程中出错或断电可能导致头部无法使用，所以备份这一步必不可少。

1. 01.启动救援系统或 Live 系统，确保 LUKS 设备未被打开（如有需要执行 `cryptsetup close`）。
2. 02.用 `cryptsetup luksHeaderBackup` 备份头部，并将文件复制到服务器之外。任何拿到此文件和旧密码的人都能解锁磁盘，所以请加密保存。
3. 03.用 `cryptsetup convert --type luks2` 将 LUKS1 转换为 LUKS2。现有密钥槽仍保持 PBKDF2。
4. 04.除非 GRUB 需要读取，否则用 `cryptsetup luksConvertKey --pbkdf argon2id` 将每个密钥槽升级为 Argon2id。
5. 05.测试设备能否正常打开，然后用 `update-initramfs -u` 重建 initramfs 并重启。
6. 06.若要从 LUKS2 转回 LUKS1，需先把每个密钥槽转换为 PBKDF2，并移除令牌和 LUKS2 专有功能；否则 `cryptsetup convert --type luks1` 会拒绝执行。

# From a rescue system, device closed
cryptsetup luksHeaderBackup /dev/vda3 --header-backup-file /root/vda3-luks-header.img

cryptsetup convert --type luks2 /dev/vda3
cryptsetup luksConvertKey /dev/vda3 --key-slot 0 --pbkdf argon2id

cryptsetup open /dev/vda3 cryptroot && cryptsetup close cryptroot

# Emergency restore (overwrites the current header!)
# cryptsetup luksHeaderRestore /dev/vda3 --header-backup-file /root/vda3-luks-header.img

Note · 恢复头部后，备份时有效的密码会重新生效，包括你之后删除的密码。轮换密码时请删除旧的头部备份。将当前备份单独存放，例如放在 restic 备份指南中介绍的仓库里。

常见问题