Design and implementation of an end-to-end encrypted cloud backup service for disk partitions

Abstract

The market trend in the latest years regarding data backup solutions for organizations has been the massive adoption of cloud drive services like Dropbox or Google Drive. These systems have proved to be very powerful productivity tools for day to day operations by enabling data ubiquity, real-time collaboration, and version control for any kind of file. Nevertheless, most of these services have raised many concerns regarding safety and data protection. Recurrent data breaches, insufficient protection against legal subpoenas and summons, and the impossibility of enabling verifiable encryption out of the box have brought the spotlight to innovative cloud services offering end-to-end encryption where all cryptographic operations are claimed to take place in the user's device - like MEGA and ProtonDrive. The goal of this project is to bring this approach to a cloud storage service where instead of hosting single files, it will store an encrypted image of a whole disk partition. Users will install an application in their devices which will allow them to schedule backups, execute the encryption/decryption processes, and synchronize these disk snapshots with a cloud service. This cloud service will also offer a web interface with options for users to retrieve their backups. The need for a service like this is justified by the increase of data corruption threats that malware, especially these known as ransomware, has posed to corporations with a big number of interconnected workstations. File cloud drives generally fail both in terms of reliability and efficiency for data recovery in cases of a total loss, while partition-level backups excel in these use cases.

La tendencia del mercado en los últimos años respecto a las soluciones de respaldo de datos para organizaciones ha sido la adopción masiva de servicios de almacenamiento en la nube como Dropbox o Google Drive. Estos productos han demostrado ser herramientas de productividad muy poderosas para las operaciones del día a día, al permitir la ubicuidad de los datos, colaboración en tiempo real y control de versiones para cualquier tipo de archivo. Sin embargo, la mayoría de estos servicios han generado preocupación con respecto a la seguridad y protección de datos. Las frecuentes filtraciones de datos, protección insuficiente contra incautaciones judiciales y la imposibilidad de habilitar cifrado verificable por defecto; han puesto de relieve otros innovadores servicios en la nube que ofrecen cifrado punto a punto donde todas las operaciones criptográficas tienen lugar en el usuario dispositivo - como MEGA y ProtonDrive. El objetivo de este proyecto es llevar esta aproximación a un servicio de almacenamiento en la nube donde, en lugar de alojar archivos individualmente, se almacenará una imagen cifrada de una partición de disco completa. Los usuarios instalarán una aplicación en sus dispositivos que les permitirá programar la realización automática de copias de seguridad, ejecutar los procesos de cifrado / descifrado y sincronizar estas imágenes de disco con un servicio de almacenamiento en la nube. Este servicio en la nube también ofrecerá una interfaz web con diversas opciones para que los usuarios puedan recuperar sus copias de seguridad. La necesidad de un servicio como este se justifica por el aumento de las amenazas en cuanto a pérdida de datos que el malware, especialmente el conocido como ransomware, ha causado a corporaciones con una gran cantidad de estaciones de trabajo interconectadas. Los servicios de almacenamiento en la nube generalmente fallan en términos de fiabilidad y eficiencia para la recuperación de datos en casos de pérdida total, mientras que las copias de seguridad a nivel de partición destacan en estos casos de uso.

La tendència del mercat en els últims anys respecte a les solucions de còpia de seguretat de dades per a organitzacions ha estat l'adopció massiva de serveis d'emmagatzematge en el núvol com Dropbox o Google Drive. Aquests productes han demostrat ser eines de productivitat molt poderoses per a les operacions del dia a dia, quant a permetre la ubiqüitat de les dades, col·laboració en temps real i control de versions per a qualsevol mena d'arxiu. No obstant això, la majoria d'aquests serveis han generat preocupació respecte a la seguretat i protecció de dades. Les freqüents filtracions de dades, protecció insuficient contra confiscacions judicials i la impossibilitat d'habilitar xifratge verificable per defecte; han posat en relleu altres innovadors serveis en el núvol que ofereixen xifrat punt a punt on totes les operacions criptogràfiques tenen lloc en l'usuari dispositiu - com a MEGA i ProtonDrive. L'objectiu d'aquest projecte és portar aquesta aproximació a un servei d'emmagatzematge en el núvol on, en lloc d'allotjar arxius individualment, s'emmagatzemarà una imatge xifrada d'una partició de disc completa. Els usuaris instal·laran una aplicació en els seus dispositius que els permetrà programar la realització automàtica de còpies de seguretat, executar els processos de xifratge / desxifrat i sincronitzar aquestes imatges de disc amb un servei d'emmagatzematge en el núvol. Aquest servei en el núvol també oferirà una interfície web amb diverses opcions perquè els usuaris puguin recuperar les seves còpies de seguretat. La necessitat d'un servei com aquest es justifica per l'augment de les amenaces quant a pèrdua de dades que el malware, especialment el conegut com ransomware, ha causat a corporacions amb una gran quantitat d'estacions de treball interconnectades. Els serveis d'emmagatzematge en el núvol generalment fallen en termes de fiabilitat i eficiència per a la recuperació de dades en casos de pèrdua total, mentre que les còpies de seguretat a nivell de partició destaquen en aquests casos d'ús.