УДК 004.45

ПОДДЕРЖКА ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ В LINUX (EXT4 И ПР.)

¹Гелич К.А., ²Огородников Ф.А., Уймин А.Г.
ФГАОУ ВО "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина"
Москва, Россия
e-mail: ¹dorosh-t@yandex.ru, ²clashofclansalice@mail.ru

Аннотация:

В данной статье рассматривается поддержка файловых систем в отечественных операционных системах Linux, в частности ext4 и других современных файловых систем с применением Samba. Это актуальная тема, так как данные важны для большинства пользователей и организаций, и обеспечивает удобство и надежность работы операционной системы. Проведено экспериментальное исследование методов шифрования файловых систем и настройки групповых политик для обеспечения безопасности данных.

Ключевые слова:

Шифрование, методы защиты, ALT Linux, Astra Linux, Rosa Linux, Red OS, Групповая политика, Btrfs, Gpg, Файловые системы, Ext4, Samba.

Annotation:

This article discusses the support of file systems in domestic Linux operating systems, in particular ext4 and other modern file systems using Samba. This is an urgent topic, as data is important for most users and organizations, and ensures the convenience and reliability of the operating system. An experimental study of file system encryption methods and group policy configuration for data security has been conducted.

Keywords:

Encryption, security methods, ALT Linux, Astra Linux, Rosa Linux, Red OS, Group Policy, Btrfs, Gpg, File systems, Ext4, Samba.

Введение

Файловая система - это фундаментальная и неотъемлемая часть любой операционной системы. Она отвечает за организацию, хранение, управление, защиту и доступ к данным на носителях информации. Благодаря файловой системе пользователи и приложения могут эффективно работать с файлами, не вникая в детали их физического расположения на диске.

Для достижения поставленной цели, были решены следующие задачи:

изучены теоретические основы и особенности работы с файловой системой в Linux;
рассмотрены и протестированы на практике методы шифрования разных файловых систем;
исследованы и смоделированы на практике наиболее эффективные методы борьбы с ними.

Обзор файловых систем Linux

В Linux файловая система применяется, помимо обслуживания файлов на дисках, также и для сохранения информации в оперативной памяти или обращения к структуре ядра при функционировании системы [1]. Каждая установочная версия Linux имеет возможность работать с одной из приведённых ниже, файловых систем, имеющих как достоинства, так и недостатки:

Ext2
Ext3
Ext4
JFS
ReiserFS
XFS
Btrfs

Все эти системы есть в составе ядра и есть возможность применить любую из них в качестве корневой файловой системы. Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem является типовой файловой системой Linux. [2] Это наиболее устойчивая система, кодировка базы меняется достаточно нечасто, и в этой файловой системе присутствует наибольшее число функциональных возможностей.

JFS или Journaled File System проектировалась специалистами IBM для AIX UNIX и применялась как альтернативный вариант систем ext. Сегодня она применяется, если требуется повышенный уровень стабильности и низкое энергопотребление.

ReiserFS появилась существенно позднее как альтернатива ext3 с более высокими показателями производительности и обширным кругом возможных операций. Эта система проектировалась специально лишь для Linux.

XFS достаточно быстродействующая файловая система, которая была реализована в Silicon Graphics для собственных нужд в далёком 2001 году. Она сразу проектировалась для работы с файлами больших объёмов, и могла работать с дисками до двух Терабайт.

Btrfs или B-Tree File System является новейшей файловой системой, нацеленной на максимальную устойчивость к отказам, легкое административное управление и простое восстановлении информации. Эта файловая система вобрала в себя большое количество новейших поразительных возможностей.

Поддержка файловой системы в отечественных операционных системах

В современных операционных системах, разработанных на базе Linux, таких как ALT Linux, Astra Linux, Rosa Linux и Red OS, файловые системы являются критически важной частью обеспечения стабильности, безопасности и высокой производительности. Основное внимание в разработке данных систем уделяется улучшению эффективности хранения, управления и защиты данных. Это достигается благодаря использованию файловых систем, поддерживающих различные технологии, включая журналирование, масштабирование и интеграцию с системами безопасности на уровне ядра ОС.

Таблица 1. - Версии ОС и Файловых систем
ОС	Версия ОС	Версия файловой системы
ALT	alt-workstation-10.2	Последние доступные. Каждая операционная система поддерживает эти файловые системы.
ASTRA	2.12.46 Common Edition
ROSA	ROSA.FRESH.GNOME.12.5.1
RED	redos-8-20240218.1

Каждая из этих операционных систем использует свой подход к интеграции файловых систем, оптимизируя их под задачи безопасности, масштабируемости и производительности: [5]

Alt Linux и Rosa Linux обеспечивают баланс между производительностью и удобством использования, делая их идеальными для серверов и рабочих станций.
Astra Linux и РЕД ОС концентрируются на безопасности и контроле, что критически важно для их целевых сегментов пользователей.

Экспериментальное исследование

Для тестирования файловых систем будет использоваться, российская операционная система, ALT Linux 10.1. Мы будем тестировать несколько файловых систем, таких как, ext4, btrfs.

Методика эксперимента:

Сначала необходимо установить операционную систему ALT Linux 10.1 на тестируемый компьютер или виртуальную машину.
После установки ALT Linux 10.1 можно создать разделы на диске, на которых будут размещены файловые системы.
После создания разделов можно выполнить форматирование файловых систем на соответствующих разделах.
После форматирования разделов можно выполнить монтирование файловых систем.
Дальше мы пытаемся зашифровать файловые системы. [7]
Настроить групповую политику на запрет к просмотру зашифрованного тома, можно это сделать через групповую политику samba.

Наша основная задача надавить на то, что файл выходя из зашифрованного раздела становится не зашифрованным и показать, как мы решаем эту проблему.

Порядок эксперимента

Создадим с помощью команды mkfs файловую систему ext4.

Создание файловой системы ext4

Зашифруем данную файловую систему

Шифрование файловой системы
Создадим еще одну файловую систему ext4, и монтируем ее

Создание и монтирование файловой системы
Настроим samba для этого тома. В файле /etc/samba/smb.conf

Настройка Samba
Монтируем его для клиента

Монтирование для клиента
Пробуем прочитать

Попытка чтения файла
Настроим групповую политику

Настройка групповой политики
Доступ запрещен.

Доступ запрещен.
Убираем групповую политику

Отмена групповой политики
Пробуем решить проблему шифрования при помощи утилиты GPG. Создаем ключ

Пробуем решить проблему шифрования при помощи утилиты GPG.
Шифруем файл

Шифрование файла с помощью GPG
У нас появился файл с расширением gpg, следовательно, удаляем файл без этого расширения.

Файл с расширением gpg
Открываем файл с клиента

Открытие файла с клиента
Экспортируем ключ в файл на сервере

Экспорт ключа
Настроем подключение по ssh и передаем ключ

Настроем подключение по ssh и передаем ключ
Импортируем ключ на клиенте и расшифровываем файл

Импорт ключа и расшифровка файла

Аналогично делается для файловой системы btrfs и xfs

Таблица 2. - Сравнение используемых файловых систем
Особенность	Ext4	Xfs	Btrfs
Архитектура	Hashed B-tree	B+ tree	Extent based
Год	2006	1994	2009
Максимальный размер тома	1 Ебайт	8 Ебайт	16 Ебайт
Максимальный размер файла	16 Тбайт	8 Ебайт	16 Ебайт
Максимальное количество файлов	4 миллиарда	2⁶⁴	2⁶⁴
Максимальный размер имени файла	255 байт	255 байт	255 байт
Атрибуты	Да	Да	Да
Прозрачное сжатие	Нет	Нет	Да
Прозрачное шифрование	Да	Нет	Планируется
Копирование при записи	Нет	Планируется	Да
Моментальные снимки	Нет	Планируется	Да

Основываясь на проведенном эксперименте, можно подтвердить гипотезу, что файл выходя из зашифрованного раздела становится не зашифрованным. Эта проблема решается в приведенном эксперименте. В итоге у нас должен получиться зашифрованный том на разных файловых системах к которому мы выдаем права для клиента.

Каждая из рассмотренных операционных систем - ALT Linux, Astra Linux, Rosa Linux и РЕД ОС - предлагает стабильную поддержку популярных файловых систем как ext4, а также других более специфических, таких как XFS и Btrfs. Эти системы обладают различными функционалами, направленными на удовлетворение потребностей разных категорий пользователей, от корпоративных клиентов до государственных органов.

Заключение

В заключение, стоит отметить, что данное исследование помогло лучше понять процесс поддержки файловой системы в отечественных операционных системах Linux и выявить потенциал для улучшения данного аспекта. Дальнейшие исследования могут быть направлены на более детальное изучение работы других файловых систем, разработку новых методов оптимизации или проведение сравнительного анализа работы файловых систем на различных платформах. [9]

Ext4 остается популярным выбором из-за своей надежности и отличной производительности, тогда как XFS и Btrfs предлагают продвинутые возможности, такие как улучшенное управление большими объемами данных и динамическая сегментация. Важным аспектом является также интеграция этих файловых систем с механизмами безопасности, что критически важно для систем, используемых в государственных структурах и оборонном секторе.

С учетом современных трендов в информационной безопасности и постоянно растущих объемов данных, можно предполагать дальнейшее развитие и оптимизацию файловых систем. Особенное внимание, вероятно, будет уделено улучшению механизмов шифрования, аутентификации доступа и защиты данных. Также возможно развитие и адаптация новых технологий, например, квантовой криптографии и искусственного интеллекта для управления данными.

Понимание особенностей и возможностей различных файловых систем позволяет ИТ-специалистам и руководителям проектов делать осознанный выбор в плане оптимизации своих информационных систем. В зависимости от специфических требований к безопасности, производительности и масштабируемости, выбор подходящей файловой системы может существенно повлиять на эффективность работы организации и гарантировать надежность хранения критически важных данных.

Список литературы

"Документация Rosa Linux". Официальный сайт Rosa Linux. [Электронный ресурс]. Доступно по ссылке: [URL: https://rosa.ru/docs/]. (дата обращения: 15.04.2024)
"Документация РЕД ОС". Официальный сайт РЕД ОС. [Электронный ресурс]. Доступно по ссылке: [URL: https://redos.red-soft.ru/product/docs/]. (дата обращения: 16.04.2024)
Курпатов Д. "Операционные системы. Локальные и сетевые технологии". М.: БХВ-Петербург, 2018. (дата обращения: 17.04.2024)
"Руководство по Astra Linux". Официальный сайт Astra Linux. [Электронный ресурс]. Доступно по ссылке: [URL: https://astralinux.ru/en/]. (дата обращения: 16.04.2024)
"Руководство по Alt Linux". Официальный сайт Alt Linux. [Электронный ресурс]. Доступно по ссылке: [URL: https://docs.altlinux.org/ru-RU/index.html]. (дата обращения: 17.04.2024)
Таненбаум Э., Бос Х. "Современные операционные системы". 4-е издание. -- М.: Вильямс, 2015. (дата обращения: 20.04.2024)
Чернов А. "Системное администрирование Linux". М.: ДМК Пресс, 2020. (дата обращения: 20.04.2024)
Уймин, А. Г. Обзор систем моделирования: анализ эффективности на примере чемпионата AtomSkills-2023 // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2023. № 11(604). С. 25-34.
Сетевые атаки и защита от них [сайт.]. [2024]. [URL:https://tech-geek.ru/network-attacks/] (дата обращения: 22.04.2024)