Аппаратный модуль безопасности

Аппаратный модуль безопасности ( HSM ) — это физическое вычислительное устройство, которое защищает и управляет секретами (особенно цифровыми ключами ), выполняет функции шифрования и дешифрования цифровых подписей , надежную аутентификацию и другие криптографические функции. ^{[ 1 ]} Эти модули традиционно выпускаются в виде сменной карты или внешнего устройства, которое подключается непосредственно к компьютеру или сетевому серверу . Аппаратный модуль безопасности содержит один или несколько защищенных криптопроцессорных чипов . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Дизайн

HSM могут иметь функции, обеспечивающие доказательства несанкционированного вмешательства, такие как видимые признаки несанкционированного вмешательства или регистрация и оповещение, или устойчивость к несанкционированному вмешательству, которая затрудняет несанкционированное вмешательство, не делая при этом HSM неработоспособным, или реагирование на несанкционированное вмешательство, например удаление ключей при обнаружении несанкционированного доступа. ^{[ 4 ]} Каждый модуль содержит одну или несколько защищенных микросхем криптопроцессора для предотвращения несанкционированного доступа и проверки шины или комбинацию микросхем в модуле, защищенном упаковкой с защитой от несанкционированного вмешательства, защитой от несанкционированного доступа или защитой от несанкционированного доступа. Подавляющее большинство существующих модулей HSM предназначены в основном для управления секретными ключами. Многие системы HSM имеют средства для безопасного резервного копирования ключей, с которыми они работают вне HSM. Ключи могут быть заархивированы и сохранены на диске компьютера или другом носителе, либо на внешнем носителе с использованием защищенного портативного устройства, такого как смарт-карта или какой-либо другой токен безопасности . ^{[ нужна ссылка ]}

HSM используются для авторизации и аутентификации в режиме реального времени в критической инфраструктуре, поэтому обычно разрабатываются для поддержки стандартных моделей высокой доступности, включая кластеризацию , автоматическое переключение при отказе и резервные заменяемые на месте компоненты .

Некоторые HSM, доступные на рынке, имеют возможность запускать специально разработанные модули в защищенном корпусе HSM. ^{[ 5 ]}^{[ источник, созданный пользователем ]}. Такая возможность полезна, например, в тех случаях, когда специальные алгоритмы или бизнес-логику необходимо выполнять в защищенной и контролируемой среде. Модули могут быть разработаны на родном языке C , .NET, Java или других языках программирования. ^{[ нужна ссылка ]}

Сертификация

Из-за решающей роли, которую они играют в защите приложений и инфраструктуры, HSM общего назначения и/или криптографические модули обычно сертифицируются в соответствии с международно признанными стандартами, такими как Common Criteria (например, с использованием профиля защиты EN 419 221-5, «Криптографический модуль для доверия»). Services») или FIPS 140 (в настоящее время третья версия, часто называемая FIPS 140-3). Хотя наивысшим достижимым уровнем сертификации безопасности FIPS 140 является уровень безопасности 4, большинство модулей HSM имеют сертификацию уровня 3. В системе общих критериев высший уровень EAL (уровень обеспечения оценки) — EAL7, большинство HSM имеют сертификат EAL4+. При использовании в приложениях для финансовых платежей безопасность HSM часто проверяется на соответствие требованиям HSM, определенным Советом по стандартам безопасности индустрии платежных карт . ^{[ 6 ]}

Использование

Аппаратный модуль безопасности можно использовать в любом приложении, использующем цифровые ключи. Как правило, ключи имеют высокую ценность — это означает, что в случае компрометации владельца ключа это может обернуться значительными негативными последствиями.

Функции HSM:

встроенная генерация безопасного криптографического ключа,
встроенное безопасное хранилище криптографических ключей, по крайней мере, для ключей верхнего уровня и наиболее чувствительных ключей, которые часто называют главными ключами,
управление ключами,
использование криптографических и конфиденциальных данных, например, выполнение функций дешифрования или цифровой подписи,
встроенное безопасное удаление криптографических и других конфиденциальных данных, которыми он управлял.

HSM также развертываются для управления прозрачными ключами шифрования данных для баз данных и ключами для устройств хранения данных, таких как диски или ленты . ^{[ нужна ссылка ]}

Некоторые системы HSM также являются аппаратными криптографическими ускорителями . Обычно они не могут превзойти производительность аппаратных решений для операций с симметричными ключами. Однако при производительности от 1 до 10 000 1024-битных подписей RSA в секунду HSM могут обеспечить значительную разгрузку ЦП для операций с асимметричными ключами. Поскольку Национальный институт стандартов и технологий (NIST) рекомендует использовать 2048-битные ключи RSA с 2010 года, ^{[ 7 ]} производительность при более длинных размерах ключей стала более важной. Чтобы решить эту проблему, большинство HSM теперь поддерживают криптографию на основе эллиптических кривых (ECC), которая обеспечивает более надежное шифрование с более короткими длинами ключей.

Среда PKI (CA HSM)

В средах PKI HSM могут использоваться органами сертификации (CA) и органами регистрации (RA) для создания, хранения и обработки асимметричных пар ключей. В этих случаях устройство должно обладать некоторыми фундаментальными характеристиками, а именно:

Логическая и физическая защита высокого уровня
Схема авторизации пользователя, состоящая из нескольких частей (см. раздел секретного доступа ).
Полный аудит и отслеживание журналов
Безопасное резервное копирование ключей

С другой стороны, производительность устройства в среде PKI, как правило, менее важна как в онлайн-, так и в автономном режиме, поскольку процедуры регистрационного центра представляют собой узкое место в производительности инфраструктуры.

Карточные платежные системы HSM (банковские HSM)

Специализированные HSM используются в индустрии платежных карт. HSM поддерживают как функции общего назначения, так и специализированные функции, необходимые для обработки транзакций и соответствия отраслевым стандартам. Обычно они не имеют стандартного API .

Типичными приложениями являются авторизация транзакций и персонализация платежных карт, требующие таких функций, как:

убедитесь, что введенный пользователем PIN-код соответствует ссылочному PIN-коду, известному эмитенту карты
проверять транзакции по кредитным/дебетовым картам, проверяя коды безопасности карты или выполняя компоненты обработки хостом транзакции на основе EMV совместно с контроллером банкомата или POS-терминалом.
поддержка крипто-API со смарт-картой (например, EMV )
повторно зашифровать блок PIN-кода, чтобы отправить его на другой хост авторизации
выполнять безопасное управление ключами
поддержка протокола управления сетью POS-АТМ
поддержка де-факто стандартов ключа хост-хост | API обмена данными
создать и распечатать «PIN-рассылку»
генерировать данные для карты с магнитной полосой (PVV, CVV )
генерировать набор ключей карты и поддерживать процесс персонализации смарт-карт

Основными организациями, которые разрабатывают и поддерживают стандарты HSM на банковском рынке, являются Совет по стандартам безопасности индустрии платежных карт , ANS X9 и ISO .

Установление SSL-соединения

Критически важные для производительности приложения, которым необходимо использовать HTTPS ( SSL / TLS ), могут получить выгоду от использования HSM SSL-ускорения за счет перемещения операций RSA, которые обычно требуют нескольких умножений больших целых чисел, с центрального процессора на устройство HSM. Типичные устройства HSM могут выполнять от 1 до 10 000 1024-битных операций RSA в секунду. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Некоторая производительность при более длинных размерах ключей становится все более важной.

DNSSEC

Все большее число реестров используют HSM для хранения ключевого материала, который используется для подписи больших файлов зон . OpenDNSSEC — это инструмент с открытым исходным кодом, который управляет подписанием файлов зоны DNS .

27 января 2007 года ICANN и Verisign при поддержке Министерства торговли США начали развертывание DNSSEC для корневых зон DNS . ^{[ 10 ]} Подробности корневой подписи можно найти на веб-сайте Root DNSSEC. ^{[ 11 ]}

Блокчейн и HSM

Технология блокчейна зависит от криптографических операций. Защита закрытых ключей необходима для обеспечения безопасности процессов блокчейна, использующих асимметричную криптографию. Закрытые ключи часто хранятся в криптовалютном кошельке, таком как аппаратный кошелек на изображении.

Синергия между HSM и блокчейном упоминается в нескольких документах, подчеркивая их роль в защите личных ключей и проверке личности, например, в таких контекстах, как мобильные решения на основе блокчейна. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

См. также

Примечания и ссылки

^ Зоммерхолдер, Мария (2023), Малдер, Валентин; Мермуд, Ален; Кредиторы, Винсент; Телленбах, Бернхард (ред.), «Модуль аппаратной безопасности», Тенденции в области защиты данных и технологий шифрования , Cham: Springer Nature Switzerland, стр. 83–87, doi : 10.1007/978-3-031-33386-6_16 , ISBN 978-3-031-33386-6
^ Рамакришнан, Винеш; Венугопал, Прасант; Мукерджи, Тухин (2015). Материалы Международной конференции по информационной инженерии, менеджменту и безопасности 2015: ICIEMS 2015 . Ассоциация ученых, разработчиков и преподавателей (ASDF). п. 9. ISBN 9788192974279 .
^ Грегг, Майкл (2014). Учебное пособие CASP CompTIA для продвинутых специалистов по безопасности: экзамен CAS-002 . Джон Уайли и сыновья . п. 246. ИСБН 9781118930847 .
^ «Эталонный проект интеллектуального счетчика с электронным обнаружением несанкционированного доступа» . свободный масштаб . Проверено 26 мая 2015 г.
^ «Существуют ли какие-либо аппаратные модули HSM, которые могут размещать/запускать пользовательские приложения с использованием процессоров HSM в пределах усиленной границы безопасности?» .
^ «Официальный сайт Совета по стандартам безопасности PCI — проверьте соответствие PCI, загрузите стандарты безопасности данных и безопасности кредитных карт» . www.pcisecuritystandards.org . Проверено 1 мая 2018 г.
^ «Переходы: рекомендации по переходу на использование криптографических алгоритмов и длины ключей» . НИСТ. Январь 2011 года . Проверено 29 марта 2011 г.
^ Ф. Демаертеларе. «Аппаратные модули безопасности» (PDF) . Мировая линия Атос. Архивировано из оригинала (PDF) 6 сентября 2015 года . Проверено 26 мая 2015 г.
^ «Готовимся выпустить 200 миллионов сертификатов за 24 часа — давайте зашифруем» . Давайте зашифруем . Проверено 19 мая 2021 г.
^ «ICANN начинает план публичного тестирования DNSSEC для корневой зоны» . www.circleid.com . Проверено 17 августа 2015 г.
^ Корневой DNSSEC
^ Шбаир, Вазен М.; Гаврилов Евгений; Государство, Раду (май 2021 г.). «Решение для управления ключами на базе HSM для блокчейна Ethereum» . Международная конференция IEEE по блокчейну и криптовалюте (ICBC) 2021 года . стр. 1–3. дои : 10.1109/ICBC51069.2021.9461136 . ISBN 978-1-6654-3578-9 . S2CID 235637476 . Архивировано из оригинала 6 июля 2022 г. Проверено 13 августа 2023 г.
^ Пиркер, Доминик; Фишер, Томас; Витшниг, Харальд; Стегер, Кристиан (январь 2021 г.). «Velink — платформа совместной мобильности на основе блокчейна для частных и коммерческих автомобилей, использующая токены ERC-721» . 2021 IEEE 5-я Международная конференция по криптографии, безопасности и конфиденциальности (CSP) . стр. 62–67. дои : 10.1109/CSP51677.2021.9357605 . ISBN 978-1-7281-8621-4 . S2CID 232072116 .

Внешние ссылки

Послушайте эту статью ( 10 минут )

Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 12 октября 2023 г. и не отражает последующие изменения.

[1] Зоммерхолдер, Мария (2023), Малдер, Валентин; Мермуд, Ален; Кредиторы, Винсент; Телленбах, Бернхард (ред.), «Модуль аппаратной безопасности», Тенденции в области защиты данных и технологий шифрования , Cham: Springer Nature Switzerland, стр. 83–87, doi : 10.1007/978-3-031-33386-6_16 , ISBN 978-3-031-33386-6

[2] Рамакришнан, Винеш; Венугопал, Прасант; Мукерджи, Тухин (2015). Материалы Международной конференции по информационной инженерии, менеджменту и безопасности 2015: ICIEMS 2015 . Ассоциация ученых, разработчиков и преподавателей (ASDF). п. 9. ISBN 9788192974279 .

[3] Грегг, Майкл (2014). Учебное пособие CASP CompTIA для продвинутых специалистов по безопасности: экзамен CAS-002 . Джон Уайли и сыновья . п. 246. ИСБН 9781118930847 .

[4] «Эталонный проект интеллектуального счетчика с электронным обнаружением несанкционированного доступа» . свободный масштаб . Проверено 26 мая 2015 г.

[5] «Существуют ли какие-либо аппаратные модули HSM, которые могут размещать/запускать пользовательские приложения с использованием процессоров HSM в пределах усиленной границы безопасности?» .

[6] «Официальный сайт Совета по стандартам безопасности PCI — проверьте соответствие PCI, загрузите стандарты безопасности данных и безопасности кредитных карт» . www.pcisecuritystandards.org . Проверено 1 мая 2018 г.

[7] «Переходы: рекомендации по переходу на использование криптографических алгоритмов и длины ключей» . НИСТ. Январь 2011 года . Проверено 29 марта 2011 г.

[8] Ф. Демаертеларе. «Аппаратные модули безопасности» (PDF) . Мировая линия Атос. Архивировано из оригинала (PDF) 6 сентября 2015 года . Проверено 26 мая 2015 г.

[9] «Готовимся выпустить 200 миллионов сертификатов за 24 часа — давайте зашифруем» . Давайте зашифруем . Проверено 19 мая 2021 г.

[10] «ICANN начинает план публичного тестирования DNSSEC для корневой зоны» . www.circleid.com . Проверено 17 августа 2015 г.

[root_dnssec-11] Корневой DNSSEC

[12] Шбаир, Вазен М.; Гаврилов Евгений; Государство, Раду (май 2021 г.). «Решение для управления ключами на базе HSM для блокчейна Ethereum» . Международная конференция IEEE по блокчейну и криптовалюте (ICBC) 2021 года . стр. 1–3. дои : 10.1109/ICBC51069.2021.9461136 . ISBN 978-1-6654-3578-9 . S2CID 235637476 . Архивировано из оригинала 6 июля 2022 г. Проверено 13 августа 2023 г.

[13] Пиркер, Доминик; Фишер, Томас; Витшниг, Харальд; Стегер, Кристиан (январь 2021 г.). «Velink — платформа совместной мобильности на основе блокчейна для частных и коммерческих автомобилей, использующая токены ERC-721» . 2021 IEEE 5-я Международная конференция по криптографии, безопасности и конфиденциальности (CSP) . стр. 62–67. дои : 10.1109/CSP51677.2021.9357605 . ISBN 978-1-7281-8621-4 . S2CID 232072116 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]