數位資產保護：Azure 磁碟加密選項概覽與遷移指南

前言：為何數位資產的雲端加密至關重要？

在數位轉型的浪潮下,企業與個人越來越依賴雲端平台（如 Microsoft Azure）來儲存和處理敏感資料。然而,便利性的同時也帶來了前所未有的安全挑戰。未經加密的數據如同未上鎖的保險箱,一旦雲端基礎設施被突破,儲存於其中的商業機密、客戶資料或個人隱私將面臨嚴重威脅。因此,了解並實施強大的加密策略,是保護雲端數位資產的第一道,也是最關鍵的一道防線。

雲端時代的資料安全挑戰

雲端環境的共享特性,意味著您的資料可能與其他租戶存放在相同的實體硬體上。儘管雲端服務供應商提供了多層次的安全防護,但資料外洩、未經授權的存取、惡意內部人員等風險依然存在。特別是對於需要處理靜態資料（Data-at-Rest）——即儲存在磁碟或儲存體中的非活動數據——的應用程式而言,確保這些資料在儲存層級就被加密,是不可或缺的安全措施。這不僅是技術上的最佳實踐,更是許多行業法規的強制要求,深入了解雲端資料安全的整體框架至關重要。

Azure 加密如何保護您的靜態資料 (Data-at-Rest)

Microsoft Azure 提供了多種強大的加密解決方案,專門用於保護靜態資料。核心目標是確保儲存在 Azure 虛擬機器 (VM) 磁碟上的所有數據,在寫入儲存介質之前都經過加密程序。這意味著,即使有人實際取得了儲存您資料的實體硬碟,如果沒有對應的加密金鑰,他們也無法讀取其中的任何內容。這正是 Azure 磁碟加密 (Azure Disk Encryption, ADE) 發揮作用的地方,它利用作業系統內建的加密工具（Windows 的 BitLocker 和 Linux 的 DM-Crypt）為 VM 的作業系統碟和資料碟提供全卷加密,是整個加密應用領域中不可或缺的一環。

符合法規遵循的重要性 (如 GDPR、HIPAA)

對於金融、醫療、政府等受嚴格監管的行業,資料加密不僅是技術選擇,更是法律義務。諸如歐盟的《一般資料保護規範》(GDPR)、美國的《健康保險流通與責任法案》(HIPAA) 等法規,都明確要求對敏感的個人資料進行加密保護。採用 Azure 磁碟加密等解決方案,可以幫助企業滿足這些合規性要求,避免因資料外洩而導致的巨額罰款與聲譽損失。透過 Azure 提供的工具,企業可以有效地向稽核單位證明其已採取適當的技術措施來保護客戶數據。

全面解析：Azure 三大磁碟加密技術比較 (ADE vs. SSE vs. 主機加密)

在 Azure 中保護 VM 磁碟資料時,您主要會遇到三種加密技術：Azure 磁碟加密 (ADE)、儲存體服務加密 (SSE) 和主機型加密 (Encryption at Host)。這三者在加密層級、金鑰管理方式和適用情境上各有不同,理解其差異是制定最佳安全策略的關鍵。

Azure 磁碟加密 (ADE)：作業系統層級的完整保護

Azure 磁碟加密 (ADE) 是一種在作業系統層級運作的加密方案。它利用 Windows 的 BitLocker 和 Linux 的 DM-Crypt 功能,為 Azure VM 的作業系統 (OS) 磁碟和資料磁碟提供完整的磁碟區加密。ADE 的一大特色是它與 Azure Key Vault 緊密整合,允許您使用自己的金鑰（客戶管理金鑰, CMK）來控制和管理加密金鑰,提供更高的安全性與控制權。

儲存體服務加密 (SSE)：預設啟用的基礎防護

儲存體服務加密 (SSE) 是在儲存體服務層級進行的加密。當您的數據寫入 Azure 儲存叢集時,SSE 會自動在後端對其進行加密,並在讀取時自動解密。這項功能預設為所有 Azure 受控磁碟啟用,使用由 Microsoft 管理的金鑰（平台管理金鑰, PMK）。SSE 對使用者完全透明,且不影響 VM 效能,為所有數據提供了基礎的靜態加密保護。您也可以選擇使用 CMK 來增強控制力。

主機型加密：端對端加密的強化選項

主機型加密,又稱為「主機加密」,是一種端對端的加密模式。數據從 VM 的主機（Host）到 Azure 儲存服務的整個路徑都是加密的。它能保護暫存磁碟和快取資料,填補了 SSE 無法覆蓋的空白。主機加密同樣可以與 PMK 或 CMK 配合使用,為需要極高安全性的工作負載提供了額外的保護層。

【比較總表】三種加密方式的優缺點與適用情境

為了幫助您更直觀地理解這三種技術的差異,我們整理了以下比較表格。更多技術細節可參考 Azure 官方文件。

步驟詳解：如何為您的 Azure VM 啟用磁碟加密？

啟用 Azure 磁碟加密 (ADE) 的過程涉及幾個關鍵步驟,核心是建立一個 Azure Key Vault 來儲存和管理加密金鑰。以下我們將分別針對 Windows 和 Linux VM 進行說明。

第一步：建立與設定 Azure Key Vault

Azure Key Vault 是啟用 ADE 的先決條件。您需要一個金鑰保存庫來存放 BitLocker 或 DM-Crypt 使用的加密金鑰。

• 登入 Azure Portal,搜尋並建立一個「金鑰保存庫」(Key Vault)。
• 在「存取原則」中,務必勾選「用於磁碟加密的 Azure 磁碟加密」選項。這一步是授權 ADE 服務可以存取您保存庫中的金鑰和祕密。
• 記下 Key Vault 的名稱和資源群組,後續步驟將會用到。

第二步 (Windows VM)：透過 Azure Portal 與 PowerShell 啟用 BitLocker 加密

對於 Windows VM,ADE 會使用 BitLocker 技術進行加密。

透過 PowerShell 啟用（示例）：

對於需要自動化部署的場景,使用 PowerShell 是更高效的選擇。

$KeyVault = Get-AzKeyVault -VaultName "MyKeyVault" -ResourceGroupName "MyResourceGroup"
Set-AzVMDiskEncryptionExtension `
    -ResourceGroupName "MyResourceGroup" `
    -VMName "MyWindowsVM" `
    -DiskEncryptionKeyVaultUrl $KeyVault.VaultUri `
    -DiskEncryptionKeyVaultId $KeyVault.ResourceId `
    -SkipVmBackup `
    -VolumeType All

第二步 (Linux VM)：透過 Azure Portal 與 CLI 啟用 DM-Crypt 加密

對於 Linux VM,ADE 則使用 DM-Crypt 技術。

透過 Azure Portal 啟用： 流程與 Windows VM 類似,在 VM 的「磁碟」->「加密」頁面中進行設定即可。

透過 Azure CLI 啟用（示例）：

az vm encryption enable \
    --resource-group "MyResourceGroup" \
    --name "MyLinuxVM" \
    --disk-encryption-keyvault "MyKeyVault" \
    --volume-type ALL

第三步：如何驗證磁碟是否已成功加密

加密程序需要一些時間。完成後,您可以透過以下方式驗證：

• Azure Portal： 在 VM 的「磁碟」->「加密」頁面,狀態應顯示為「已加密」。
• PowerShell/CLI： 使用 Get-AzVmDiskEncryptionStatus (PowerShell) 或 az vm encryption show (CLI) 指令檢查加密狀態。
• 登入 VM 檢查：
  • Windows： 開啟「控制台」->「BitLocker 磁碟機加密」,您會看到磁碟機顯示 BitLocker 已開啟。
  • Linux： 使用 lsblk 指令,您會看到磁碟掛載點的類型為 `crypt`。

金鑰管理核心：Azure Key Vault 設定與最佳實踐

有效的金鑰管理是 Azure 磁碟加密 成功的基石。Azure Key Vault 不僅是儲存金鑰的地方,更是實施安全策略的核心工具。遵循最佳實踐,可以確保您的加密金鑰安全無虞,並符合合規要求。要深入了解金鑰管理策略,可以參考 Azure Key Vault 最佳實踐的詳細指南。

平台管理金鑰 (PMK) vs. 客戶管理金鑰 (CMK)：該如何選擇？

選擇建議： 如果您的組織有嚴格的法規遵循要求,或者希望對金鑰擁有最終的控制權（例如,隨時可以撤銷存取權）,那麼應優先選擇 CMK。對於一般性的基礎保護,PMK 則是一個簡單有效的選擇。

金鑰生命週期管理：建立、輪替與備份

良好的金鑰管理實踐包括完整的生命週期管理：

• 建立： 使用 Azure Key Vault 產生高強度的 RSA 金鑰。
• 輪替： 定期（例如每年）輪替金鑰,建立一個新版本的金鑰並將其設定為作用中版本。這可以降低舊金鑰洩漏帶來的風險。
• 備份： 定期備份您的 Key Vault 金鑰。如果金鑰遺失或損毀,所有使用該金鑰加密的資料將永久無法復原。
• 停用與刪除： 當金鑰不再需要時,應先停用,並在觀察期後再進行刪除（建議啟用虛刪除功能）。

設定存取原則,確保最小權限原則

在 Key Vault 的「存取原則」中,應嚴格遵循最小權限原則 (Principle of Least Privilege)。只授予使用者或服務主體（Service Principal）執行其任務所必需的最小權限。例如,啟用 ADE 的 VM 只需要 `get`、`wrapKey` 和 `unwrapKey` 的金鑰權限,不應授予 `delete` 或 `purge` 等高風險權限。

監控 Key Vault 的使用狀況與警報

啟用 Key Vault 的診斷記錄,並將其傳送到 Azure Monitor 或 Log Analytics 工作區。設定警報規則,以便在發生可疑活動時（如拒絕存取、來自不尋常位置的請求、金鑰刪除等）立即收到通知,及時應對潛在的安全威脅。

總結：為您的數位資產選擇最合適的 Azure 加密策略

保護雲端數位資產是現代企業不可忽視的責任。Azure 提供了從基礎到進階的多層次磁碟加密方案,讓不同需求的用戶都能找到合適的策略。從預設啟用的 SSE,到提供端對端保護的主機加密,再到賦予用戶完全金鑰控制權的 Azure 磁碟加密 (ADE),理解它們的核心差異是做出明智決策的第一步。

常見問題 (FAQ)：關於 Azure 磁碟加密的五個快問快答

Q1：啟用 Azure 磁碟加密會對 VM 的效能產生影響嗎？

是的,可能會有效能影響,但通常很小。因為 ADE 使用基於 CPU 的加密（BitLocker 和 DM-Crypt）,加密和解密操作會消耗一些 CPU 資源。對於 I/O 密集型的應用,建議在非生產環境中進行效能測試,以評估實際影響。

Q2：如果我不小心刪除了 Azure Key Vault 中的金鑰會怎麼樣？

這是一個極其危險的操作。如果金鑰被永久刪除,所有使用該金鑰加密的 VM 磁碟將永久無法存取,資料將無法復原。因此,強烈建議為您的 Key Vault 啟用「虛刪除」(Soft Delete) 和「清除保護」(Purge Protection) 功能,以防止意外刪除。

Q3：我可以在已經運行的 VM 上啟用 Azure 磁碟加密嗎？

可以。您可以在新建的 VM 或已經在運行的 VM 上啟用 ADE。但請注意,在運行的 VM 上啟用加密,可能需要重新啟動 VM,且加密過程會消耗系統資源,建議在業務離峰時段進行操作。

Q4：Azure 磁碟加密支援哪些作業系統？

ADE 支援多種 Windows 和 Linux 作業系統版本。對於 Windows,支援 Windows Server 2008 R2 及更高版本。對於 Linux,支援 CentOS, Red Hat Enterprise Linux (RHEL), Ubuntu, 和 SUSE Linux Enterprise Server (SLES) 的特定版本。建議在部署前查閱最新的官方支援清單。

Q5：ADE、SSE 和主機加密可以同時使用嗎？

它們可以在不同層級上協同工作。SSE 是基礎層,預設啟用。您可以在 SSE 的基礎上,再啟用 ADE 或主機加密來增強安全性。啟用主機加密後,數據在主機和儲存體之間都是加密的,而 ADE 則提供了作業系統層級的加密,並讓您完全控制金鑰。根據您的安全需求,可以組合使用以達到最佳防護效果。