BitLocker

定义

BitLocker是Windows系统中的一项安全功能，其作用对象是整个卷而非单个文件，因此被称为全卷加密或全盘加密。它的基本目标是：当设备关机或离线时，卷上的内容始终保持密文状态，即使他人拆走硬盘接入另一台机器也无法直接读取。该功能与文件级的加密文件系统(EFS)定位不同，前者保护整卷及操作系统本身不被修改，后者只针对文件与文件夹且依赖用户证书。

BitLocker还承担系统完整性校验的职责。它与可信平台模块(TPM)配合，检查操作系统启动早期所用的引导组件是否被改动，一旦发现异常就拒绝启动并转入恢复流程。此外，面向可移动存储的BitLocker To Go将同样的保护扩展到U盘等设备。

原理

BitLocker采用分层密钥结构。最底层是用于实际加解密扇区数据的全卷加密密钥(FVEK)，其上由卷主密钥(VMK)加以保护，VMK 再由一个或多个密钥保护器封装，形式包括仅 TPM、TPM 加 PIN、TPM 加 USB 启动密钥以及48位数字恢复密码^[1]。在仅使用 TPM 的模式下，VMK 被密封到平台配置寄存器(PCR)的度量值上，采用 UEFI 安全启动的常见配置会绑定 PCR7 与 PCR11^[1]。启动时 TPM 重新计算这些寄存器的值，与基准比对一致才释放密钥，随后 VMK 解出 FVEK，卷得以解锁^[2]。

加密算法方面，BitLocker默认使用高级加密标准(AES)，密钥长度可为128位或256位，工作模式在密码块链接(CBC)或 XTS 中选取；CBC 并非作用于整块磁盘，而是逐扇区应用^[3]。系统盘所在磁盘需划分为一个不加密的引导分区和一个被加密的操作系统分区，前者存放引导文件，因为 BIOS 或 UEFI 固件阶段尚无解密能力。

在启动流程中，各环节以信任链方式逐级校验：固件度量引导加载程序，引导加载程序度量后续组件，每一步都应答 TPM 的密封与解封请求。任何一环的度量值偏离基准，密钥就不会被释放，系统转而要求输入恢复密钥。用户还可额外设置预启动 PIN 或插入含启动密钥的移动设备，从而在 TPM 之外叠加一层身份验证。

发展历程

BitLocker的雏形可追溯到微软2004年提出的下一代安全计算基础架构，当时以“Cornerstone”为代号，目标是保护设备中的信息，尤其是设备遗失或被盗的情形；在 Windows Vista 正式发布前，这一功能曾短暂称作安全启动(Secure Startup)^[3]。Vista 时期的图形界面最初只能加密操作系统卷，自 Vista Service Pack 1 和 Windows Server 2008 起才可通过图形工具加密其他卷^[3]。

Windows 7与Windows Server 2008 R2中的版本加入了加密可移动驱动器的能力，并以 manage-bde 命令行工具取代旧的 manage-bde.wsf^[3]。当时仅 Vista 与 Windows 7 的企业版、旗舰版等版本提供该功能^[4]。

加密方案随后经历两次重要调整。Vista 最初采用 AES-CBC 配合“大象扩散器”(Elephant Diffuser)，Windows 8 与 Windows Server 2012 起扩散器被移除，微软给出的理由是性能以及与联邦信息处理标准(FIPS)的兼容问题，但有研究者认为此举对安全性有负面影响^[3]。自 Windows 10 版本1511起，BitLocker引入符合 FIPS 的 XTS-AES 算法作为标准选项^[5]。

应用

BitLocker的主要应用场景是笔记本、台式机等终端设备的数据保护。设备丢失或被盗后，卷在系统未运行的状态下仍为密文，攻击者即使运行软件攻击工具或把硬盘转移到其他计算机，也难以获取其中内容；设备报废或回收时，加密同样可使残留数据无法访问。

在企业环境中，BitLocker常被视为满足支付卡行业数据安全标准等合规要求的基线措施，并可通过组策略与 Active Directory 集中管理恢复密钥和加密策略^[6]。面向可移动存储的BitLocker To Go则用于U盘、移动硬盘等介质的加密，加密后的介质在受支持的 Windows 设备上无需额外软件即可解锁使用^[7]。

Windows 中还提供了一种称为设备加密的内置功能，它对操作系统盘和固定数据盘自动启用与 BitLocker 相同的加密技术，在 Windows 10 及更高版本的新设备上通常默认开启，可视为面向普通用户的简化配置。

局限

BitLocker的保护范围限于设备离线状态。Windows 正常运行期间卷已被解锁，此时能够接触该计算机的人或恶意程序可以直接读取数据，因此它并不针对在线攻击或已取得用户凭据的入侵。默认依赖 TPM 自动解锁的配置对防盗较为有效，但对临时接触设备并篡改其启动组件的攻击方式防护较弱，启用预启动 PIN 或 USB 密钥可缩小这一空间。

恢复密钥是使用中的关键风险点。若 TPM 检测到硬件、固件或启动配置变动，系统会要求输入48位恢复密钥，密钥遗失且无其他解锁方式时，卷中数据将无法访问。此外，具备管理员权限的账户可以关闭或更改 BitLocker 设置，若权限管理不当，加密策略可能被绕过^[7]。

版本可用性也构成限制。完整BitLocker主要面向Windows专业版、企业版与教育版，家庭版通常只能使用功能受限、选项很少的设备加密，无法设置启动 PIN 或自行选择密钥保护方式。在无双引导兼容处理的情况下，加密卷与其他操作系统的共存也可能带来访问问题^[8]。

参见

• 可信平台模块 —— BitLocker 用于密封密钥、校验启动组件完整性的硬件基础

• 高级加密标准 —— BitLocker 加密卷数据所采用的对称加密算法

• EFS —— Windows 中作用于文件与文件夹层面的加密技术，与 BitLocker 形成互补

• BitLocker To Go —— 将 BitLocker 保护扩展至 U 盘等可移动存储设备的功能

• 设备加密 —— 面向普通用户的简化自动加密配置，复用 BitLocker 技术