HSM

Введение

Аппаратный модуль безопасности (АМБ) или по-английски - Hardware security module (HSM) - это физическое вычислительное устройство, которое защищает цифровые ключи и управляет ими, выполняет функции шифрования и дешифрования цифровых подписей, строгой аутентификации и другие криптографические функции.

Эти модули традиционно поставляются в виде подключаемой платы или внешнего устройства, которое подключается непосредственно к компьютеру или сетевому серверу.

Аппаратный модуль безопасности содержит один или несколько защищенных криптопроцессорных чипов.

Дизайн

АМБ характеризуют следующими особенностями:

1) Надёжное доказательство взлома устройства. (Пломбирование).

Tamper evidence: Это обычно хорошо видимые следы взлома или несанкционированного входа и внесения изменений.

2) Взломостойкость

Tamper resistance: То есть сложности сохранения работоспособности после взлома.

3) Реакция на взлом

Tamper responsiveness: Например - удаление ключей после сигнала о взломе.

Каждый модуль содержит один или несколько защищенных криптопроцессорных чипов для предотвращения несанкционированного доступа и зондирования шины, или комбинацию чипов в модуле, защищенном запломбированной, устойчивой к несанкционированному доступу или чувствительной к несанкционированному доступу упаковкой.

Подавляющее большинство существующих АМБ предназначены в основном для управления секретными ключами.

Многие АМБ-системы поддерживают функцию создания на внешнем устройстве резервной копию ключей которыми они управляют.

Ключи могут быть скопированы в обернутом виде и сохранены на компьютерном диске или другом носителе, а также внешне с помощью защищенного портативного устройства, такого как смарт-карта или какой-либо другой криптографический токен.

АМБ используются для авторизации и аутентификации в режиме реального времени в критической инфраструктуре, поэтому обычно разрабатываются с поддержкой стандартных моделей высокой доступности, включая кластеризацию, автоматизированную отработку отказа и резервные компоненты, заменяемые на местах.

Некоторые из АМБ, доступных на рынке, имеют возможность выполнять специально разработанные модули в защищенном корпусе АМБ.

Такая возможность полезна, например, в тех случаях, когда специальные алгоритмы или бизнес-логика должны выполняться в защищенной и контролируемой среде.

Модули могут быть разработаны на родном языке Си , .NET , Java или других языках программирования.

Кроме того, будущие АМБ следующего поколения могут справляться с более сложными задачами, такими как загрузка и запуск полных операционных систем и программного обеспечения COTS, не требуя настройки и перепрограммирования.

Такие нетрадиционные конструкции преодолевают существующие конструктивные и эксплуатационные ограничения традиционных ГСМ.

Обеспечивая преимущество защиты кода конкретного приложения, эти исполнительные механизмы защищают статус проверки FIPS или общих критериев АМБ.

Безопасность

Из-за критической роли, которую они играют в обеспечении безопасности приложений и инфраструктуры, АМБ и/или криптографические модули обычно сертифицируются в соответствии с международно признанными стандартами, такими как общие критерии или FIPS 140, чтобы предоставить пользователям независимую гарантию того, что дизайн и реализация продукта и криптографических алгоритмов являются надежными.

Самый высокий уровень сертификации безопасности FIPS 140 достижим-это уровень безопасности 4 (в целом).

При использовании в приложениях финансовых платежей безопасность АМБ часто проверяется в соответствии с требованиями АМБ, определенными Советом по стандартам безопасности индустрии платежных карт.

Аппаратный модуль безопасности может быть использован в любом приложении, использующем цифровые ключи. Как правило, ключи будут иметь высокую ценность - это означает, что если они будут скомпрометированы, это окажет значительное негативное воздействие на владельца ключа.

Функции аппаратного модуля безопасности несколько:

бортовая безопасная генерация криптографических ключей бортовое безопасное хранение криптографических ключей, по крайней мере для верхнего уровня и наиболее чувствительных ключей, которые часто называют мастер -ключами управление ключами использование криптографических и чувствительных материалов данных, например, выполнение функций шифрования или цифровой подписи разгрузка серверов приложений для полной асимметричной и симметричной криптографии.

АМБ также развертываются для управления прозрачными ключами шифрования данных для баз данных и ключами для устройств хранения данных, таких как диск или лента.

АМБ обеспечивают как логическую, так и физическую защиту этих материалов, включая криптографические ключи, от разглашения, несанкционированного использования и потенциальных противников.

АМБ поддерживают как симметричную, так и асимметричную криптографию (с открытым ключом).

Для некоторых приложений, таких как центры сертификации и цифровая подпись, криптографическим материалом являются асимметричные пары ключей (и сертификаты), используемые в криптографии с открытым ключом.

в других приложениях, таких как шифрование данных или финансовые платежные системы, криптографический материал состоит в основном из симметричных ключей.

Некоторые системы АМБ также являются аппаратными криптографическими ускорителями.

Они обычно не могут превзойти производительность аппаратных решений для операций с симметричными ключами.

Однако при производительности в диапазоне от 1 до 10 000 1024-битных знаков RSA в секунду АМБ может обеспечить значительную разгрузку процессора для асимметричных операций с ключами.

Поскольку Национальный институт стандартов и технологий (NIST) рекомендует использовать 2048-битные ключи RSA с 2010 года, производительность при более длинных размерах ключей становится все более важной.

Чтобы решить эту проблему, Большинство АМБ теперь поддерживают криптографию с эллиптической кривой (ECC), которая обеспечивает более сильное шифрование с более короткой длиной ключа.

Среда PKI (CA АМБ)

В средах PKI АМБ могут использоваться центрами сертификации (CAs) и регистрационными органами (RAs) для создания, хранения и обработки асимметричных пар ключей.

В этих случаях существуют некоторые фундаментальные особенности, которыми должно обладать устройство, а именно::

Логическая и физическая защита высокого уровня

Многосоставная схема авторизации пользователя (см. раздел секретный доступ Блейкли-Шамира)

Полный аудит и трассировка журналов

Безопасное резервное копирование ключей

С другой стороны, производительность устройств в среде PKI, как правило, менее важна как в онлайновых, так и в автономных операциях, поскольку процедуры регистрационного органа представляют собой узкое место производительности инфраструктуры.

Система платежных карт АМБ (банковские АМБ)

Специализированные АМБ используются в индустрии платежных карт. АМБ поддерживают как функции общего назначения, так и специализированные функции, необходимые для обработки транзакций и соблюдения отраслевых стандартов.

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 совпадает с эталонным PIN-кодом, известным эмитенту карты

проверка транзакций по кредитным/дебетовым картам путем проверки кодов безопасности карт или выполнения компонентов хост-обработки транзакций на основе EMV в сочетании с контроллером банкомата или POS-терминалом

поддерживают крипто-API со смарт-картой (например, EMV)

повторное шифрование PIN-блока для отправки его на другой узел авторизации

выполнение безопасного управления ключами

поддержка протокола управления сетью POS ATM

поддержка де-факто стандартов host-host key | data exchange API

генерация и печать "PIN mailer"

генерация данных для карты с магнитной полосой (PVV, CVV)

создание набора ключей карт и поддержка процесса персонализации смарт-карт

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

Установление SSL соединения

Критически важные для производительности приложения, которые должны использовать HTTPS (SSL/TLS), могут извлечь выгоду из использования АМБ ускорения SSL, переместив операции RSA, которые обычно требуют нескольких больших целочисленных умножений, с центрального процессора хоста на устройство АМБ.

Типичные устройства АМБ могут выполнять от 1 до 10 000 1024-битных операций RSA в секунду.

некоторая производительность при более длинных размерах ключей становится все более важной.

Чтобы решить эту проблему, некоторые АМБ теперь поддерживают ECC.

Специализированные устройства АМБ могут достигать числа до 20 000 операций в секунду.

DNSSEC

Все большее число реестров используют АМБ для хранения ключевого материала, который используется для подписи больших файлов зон.

Инструментом с открытым исходным кодом для управления подписью файлов зон DNS с помощью АМБ является OpenDNSSEC.

27 января 2007 года официально началось развертывание DNSSEC для корневой зоны; оно было предпринято ICANN и Verisign при поддержке Министерства торговли США.

подробную информацию о корневой сигнатуре можно найти на веб-сайте Root DNSSEC.

Криптовалютный кошелек

Криптовалюта может храниться в криптовалютном кошельке на АМБ

Автор статьи: Андрей Олегович