ファイル暗号化とディスク暗号化の主な違い

ディスク暗号化（ Windows の BitLocker 、 macOS の FileVault 2 、 Linux の LUKS/dm-crypt 、 iOS の APFS ）は起動時に1つの鍵でドライブ全体を保護します。ログイン後はすべてのファイルが実行中のすべてのプロセスからアクセス可能になります。ファイル暗号化（ age 、 7-Zip AES-256 、 GPG 、 Cryptomator ）は個々のファイルをファイルごとの鍵で保護し、ログイン後もロックされたままにします。ディスク暗号化は盗難されたノートパソコンから守り、ファイル暗号化はマルウェア、詮索好きな同僚、クラウド同期プロバイダから守ります。多くのセキュリティ態勢では両方が必要です。異なる問題を解決し、組み合わせても干渉しません。

ディスク暗号化が実際に行うこと

BitLocker はボリューム全体に AES-XTS-256 を適用します。ボリュームマスター鍵（ VMK ）が完全ボリューム暗号化鍵（ FVEK ）を暗号化し、 VMK 自体は TPM で封印された測定値とオプションの PIN または回復鍵で保護されます。起動時、 TPM がブートパス（ UEFI 、ブートローダー、カーネル）を検証し、 VMK を解放し、それが FVEK をアンロックしてディスク読み取りをオンザフライで復号します。 FileVault 2 は T2 / M シリーズの Secure Enclave が鍵を保持する同様の仕組みです。 LUKS は Argon2id 鍵導出を持つ LUKS2 形式を使います。ボリュームがマウントされると、そこにあるすべてのファイルがログイン中のユーザーとそのユーザーとして実行されているすべてのプロセスからアクセス可能になります。

ファイル暗号化が実際に行うこと

ファイル暗号化は各ファイル（または各アーカイブ）を独自の鍵を持つ独立した暗号文として扱います。 AES-256 で保護された .7z は、ロックが解除された復号済みディスク上にあっても暗号化されたままです。デスクトップ上の GPG 暗号化された .pdf は秘密鍵なしでは読み取れません。ツールの種類はアーカイブ方式（ 7-Zip 、 WinRAR 、 age -p ）から透過マウント方式（ Cryptomator 、 gocryptfs 、 EncFS ）、単一ファイル方式（ age 、 GPG 、 openssl enc ）まであります。各ファイルの鍵は異なる場合があります。受信者ごとの公開鍵、パスワードでラップされたファイルごとのランダム鍵、 scrypt で導出されたフォルダ単位のパスワードなどです。

それぞれが防御する脅威

ディスク暗号化は物理的な盗難から守ります。カフェでのノートパソコン盗難、廃棄されたサーバーから取り出されたハードドライブ、国境で押収されたタブレット。起動クレデンシャルなしでは、ディスクは文鎮と同じです。ファイル暗号化は起動後の脅威から守ります。ロック解除されたワークステーションを使っている同僚は暗号化された給与明細を読めません。ユーザーとして実行中のマルウェアは暗号化された機密ファイルを窃取できません。クラウド同期プロバイダは同期前に暗号化されたファイルを読めません。クラウドプロバイダへの令状は暗号文しか得られません。脅威は直交しています。ディスク暗号化は後者のカテゴリに対して何もせず、ファイル暗号化は前者に対して何もしません。

パフォーマンス特性

ディスク暗号化は現代の CPU 上ではほぼ無コストです。 Intel の AES-NI と ARM の Cryptography Extensions はメモリ帯域幅で AES-XTS を処理します。普通のノートパソコンで毎秒5 GB 以上です。日常使用で BitLocker や FileVault を意識することはありません。ファイル暗号化のオーバーヘッドは用途によって異なります。7-Zip が大きなファイルを保存のたびにアーカイブ全体を再暗号化するのは遅く、 Cryptomator のファイルごとの AES-GCM は透過的に感じるほど高速で、 GPG の公開鍵操作はファイルサイズに依存せずミリ秒単位です（セッション鍵のみが RSA/ECC を使うため）。クラウド同期にはファイル暗号化だけが機能します。ディスク暗号化は平文をアップロードする段階では役に立ちません。

粒度と選択的アクセス

ディスク暗号化は全か無かです。起動クレデンシャルを持つ者はすべてのファイルを読めます。マルチユーザーシステムで異なるユーザーに異なるビューを提供するには、ユーザーごとのディスク暗号化（ Windows の EFS またはスタックされたファイルシステム）が必要ですが、実際にはほとんど展開されていません。ファイル暗号化はファイルごと、受信者ごとのアクセス制御を提供します。 Alice の公開鍵で暗号化したファイルを送れば、 Alice が秘密鍵で復号します。隣に座っている Bob は自分の鍵を持っていても同じマシン上でも読めません。共有ノートパソコン、キオスクシステム、同じストレージに対して複数の人が異なるビューを必要とする場面で重要になります。

復旧とパスワード紛失のシナリオ

ディスク暗号化のクレデンシャルを失うと通常データも失います。 BitLocker には48桁の回復鍵があり、 Microsoft はデフォルトでアカウントに保存します（セキュリティのトレードオフ：当局に渡される可能性があります）。 FileVault は iCloud 復旧またはローカル回復鍵を使います。 LUKS は複数のキースロットを持つため、バックアップパスフレーズが機能します。ファイル暗号化ツールはさまざまです。 GPG は秘密鍵を失えば復旧できません。これは意図的な設計です。 Cryptomator にはマスター復旧機能はありません。 7-Zip アーカイブはパスワードなしでは永続的な暗号文です。教訓は、ファイル暗号化では鍵をパスワードマネージャーでバックアップし、回復コードをオフラインに保管することです。

二者を組み合わせる

実践的な構成は、すべてのデバイス（ノートパソコン、スマートフォン、バックアップドライブ）でディスク暗号化を有効にした上で、デバイスの外に出る機密性の高いものにファイル暗号化を適用することです。 Dropbox フォルダ内の PDF の確定申告は、 Dropbox が同期する前に age または Cryptomator で暗号化します。ファイルはあなたのディスク上（ FileVault 下）でも Dropbox 上（クライアントサイド暗号化下）でも暗号文です。ノートパソコンを盗んだ人は読めない（ディスク層）、 Dropbox は読めない（ファイル層）、ユーザーとして実行中のマルウェアは平文コピーを窃取できない（ファイル層）。層は補強し合います。

クラウドサービスにおける考慮事項

クラウドストレージやバックアップサービスは「保存時暗号化」を謳うことが多く、これはサーバー上のディスク暗号化を意味します。プロバイダが鍵を保持しています。これはディスクを盗む泥棒からは守りますが、プロバイダ自身からは守りません。プロバイダを排除するクライアントサイド暗号化にはアップロード前のファイル暗号化が必要です。 Dropbox 、 Google Drive 、 iCloud はすべて保存時暗号化を行いますが鍵を保持しています。 Apple の Advanced Data Protection （2022年導入）はほとんどのファイルタイプで iCloud をクライアントサイド暗号化にしました。通常の iCloud 、 OneDrive 、 Dropbox はそうではありません。脅威モデルにクラウドプロバイダが含まれる場合、ファイル暗号化は必須です。

二者の規制上の位置づけ

HIPAA 164.312(a)(2)(iv) は暗号化を対処可能として扱います。ディスクとファイルの両方が該当しますが、ディスクのみでは機械が起動した後に PHI が読み取り可能になり、164.308(a)(4) のアクセス管理を満たしません。 PCI DSS 4.0 要件3.5.1 は PAN が保存されているどこでも判読不能にすることを要求しています。トークン化を伴うファイル単位の暗号化が標準的なパターンです。ディスク暗号化だけでは粒度が足りません。 GDPR 第32条はリスクによってどちらでも「適切な技術的措置」として受け入れます。 CCPA の1798.150 セーフハーバーは、データと一緒に鍵が侵害されていない限り、どちらにも適用されます。

ファイル転送サービスが提供するもの

HexaTransfer などの E2EE ファイル転送サービスは特定の種類のファイル暗号化を行います。ランダム鍵を URL フラグメント経由で共有する、転送ごとのファイル単位暗号化です。ディスク暗号化ではなく（ノートパソコンを守るものではない）、永続的なファイル暗号化でもありません（ダウンロード後にファイルは消えます）。転送段階のファイル暗号化です。この特定の転送をベンダー、ネットワーク、クラウドプロバイダから守り、自己消滅させます。恒久的な保存には、アーカイブ前に age や Cryptomator などの永続的ファイル暗号化ツールを組み合わせてください。問題が異なれば、ツールも異なります。

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