Czym jest moduł bezpieczeństwa sprzętowego (HSM)?
Wyjaśnienie modułu bezpieczeństwa sprzętowego
Moduł bezpieczeństwa sprzętowego (HSM) to dedykowane, odporne na manipulacje urządzenie obliczeniowe zaprojektowane w celu ochrony najważniejszych cyfrowych zasobów organizacji: jej kluczy kryptograficznych.
Pomyśl o HSM jako o skarbcu lub twierdzy dla kluczy. Generuje, przechowuje i zarządza kluczami szyfrowania oraz wykonuje wrażliwe operacje kryptograficzne, takie jak szyfrowanie, deszyfrowanie i podpisywanie cyfrowe, całkowicie w swoim bezpiecznym obszarze.
To jest jego cecha definiująca. Izolując klucze od wrażliwych środowisk programowych (takich jak systemy operacyjne hosta lub serwery ogólnego przeznaczenia), HSM zapewnia, że klucze nigdy nie są narażone na zewnętrzne zagrożenia, takie jak złośliwe oprogramowanie czy ataki na pamięć.
Jaka jest rola HSM w bezpieczeństwie danych?
Podstawową rolą HSM jest ustanowienie korzenia zaufania dla całej infrastruktury bezpieczeństwa danych. Zapewnia, że klucze zapisane do szyfrowania danych i weryfikacji tożsamości są autentyczne, bezpiecznie zarządzane i zawsze dostępne. HSM spełnia tę rolę poprzez trzy główne funkcje bezpieczeństwa w chmurze:
- Zarządzanie cyklem życia kluczy: generowanie wysokiej jakości, naprawdę losowych kluczy kryptograficznych (z wykorzystaniem entropii sprzętowej), ich bezpieczne przechowywanie oraz zarządzanie ich ostatecznym zniszczeniem.
- Po drugie, przetwarzanie w bezpiecznym środowisku: wykonywanie wszystkich wrażliwych operacji kryptograficznych (podpisywanie, szyfrowanie, haszowanie) wewnątrz swojego bezpiecznego, izolowanego procesora, zapewniając, że klucze nigdy go nie opuszczają.
- Po trzecie, egzekwowanie polityki: ścisłe kontrolowanie, kto lub jaka aplikacja może uzyskać do niego dostęp i jakie operacje są uprawnione do wykonania, często wymagając wielu autoryzatorów (Podwójna Kontrola) dla bardzo wrażliwych działań.
Różnica między HSM a modułami TPM
Chociaż zarówno moduły sprzętowe, jak i moduły zaufanej platformy (TPM) są wyspecjalizowanymi chipami zabezpieczeń, pełnią różne funkcje i działają na różnych skalach. Różnią się swoją misją, wdrożeniem i poziomem certyfikacji.
Misja i zakres
Są one wdrażane w celu zapewnienia centralnego zarządzania kluczami dla aplikacji przedsiębiorstw o wysokiej wartości, takich jak infrastruktura klucza publicznego (PKI), szyfrowanie baz danych i przetwarzanie płatności.
Chronią klucze dla całej organizacji. W przeciwieństwie do tego, TPM koncentrują się na bezpieczeństwie lokalnych urządzeń i integralności platformy. Są one zazwyczaj używane do zabezpieczania procesu uruchamiania, przechowywania lokalnych poświadczeń maszyny oraz zarządzania szyfrowaniem dysku twardego dla pojedynczego komputera.
Wdrożenie i skala
HSM to dedykowane, często podłączone do sieci urządzenie zaprojektowane do operacji o dużej objętości, zdolne do tysięcy transakcji na sekundę.
Są to zasoby wymienne i współdzielone dla sieci. TPM to zazwyczaj małe chipy wbudowane bezpośrednio w płytę główną urządzenia. Wykonują operacje o niskiej objętości, lokalne i są ściśle związane z konkretną maszyną gospodarza.
Certyfikacja i warstwy fizyczne
Te dążą do najwyższej pewności, zazwyczaj spełniając standard FIPS 140-2 Poziom 3 lub wyższy. Ten poziom wymaga solidnych cech fizycznych, które czynią je odpornymi na manipulacje, co oznacza, że każda próba ataku jest wykrywana i powoduje zera kluczy (zniszczenie).
TPM zazwyczaj spełniają niższe poziomy certyfikacji FIPS, często Poziom 2, co czyni je odpornymi na manipulacje, ale niekoniecznie odpornymi, odzwierciedlając ich rolę w ochronie pojedynczego punktu końcowego, a nie Root of Trust dużej organizacji.
Jak działają moduły zabezpieczeń?
Działanie modułu zabezpieczeń koncentruje się zasadniczo na tworzeniu bezpiecznego, samodzielnego środowiska dla bezpieczeństwa sieci, "świata bezpieczeństwa", w którym materiały kryptograficzne mogą być generowane, przechowywane i używane bez narażania ich na system gospodarza.
Bezpieczny przepływ pracy
Proces zaczyna się od generowania kluczy. W przeciwieństwie do systemów opartych na oprogramowaniu, które polegają na entropii systemu operacyjnego gospodarza, HSM używa dedykowanego sprzętowego generatora liczb losowych (RNG).
Ten proces fizyczny zapewnia źródło prawdziwej, certyfikowanej losowości, co jest niezbędne do tworzenia silnego, nieprzewidywalnego szyfrowania. Po wygenerowaniu te klucze prywatne są natychmiast przechowywane wewnątrz chronionej, nieulotnej pamięci HSM i nigdy nie mogą opuścić urządzenia w stanie niezaszyfrowanym.
Bezpieczeństwo fizyczne i logiczne
Bezpieczeństwo HSM jest utrzymywane zarówno przez fizyczne, jak i logiczne zabezpieczenia. Fizycznie urządzenie jest umieszczone w wytrzymałej, osłoniętej obudowie zaprojektowanej tak, aby była odporna na manipulacje, często spełniając standardy FIPS 140-2 Poziom 3.
Sprzęt nieustannie monitoruje intruzje, zmiany temperatury lub nieautoryzowane próby dostępu. Jeśli wykryty zostanie atak fizyczny, urządzenie automatycznie uruchamia środki zaradcze, takie jak zerowanie (natychmiastowe usunięcie) wszystkich przechowywanych kluczy kryptograficznych, skutecznie niszcząc cel napastnika, zanim zostanie skradziony.
Korzyści z modułów bezpieczeństwa sprzętowego
Moduły sprzętowe stanowią podstawową warstwę, ponieważ zapewniają weryfikowalną pewność i silny, niekompromitowany fundament zaufania dla wszystkich operacji. Ich wartość wykracza poza prostą ochronę kluczy, oferując kluczowe korzyści w zakresie zgodności regulacyjnej, odporności operacyjnej i zaufania dla całej infrastruktury cyfrowej.
Ochrona danych i zasobów cyfrowych
Najważniejszą korzyścią z HSM jest jego zdolność do oferowania najwyższego poziomu ochrony dla najważniejszego zasobu Twojej organizacji: kryptograficznych kluczy prywatnych.
Izolując je w dedykowanym, odpornym na manipulacje środowisku sprzętowym, HSM-y skutecznie neutralizują liczne zagrożenia oparte na oprogramowaniu, w tym skanowanie pamięci, eksploatacje systemu operacyjnego oraz ataki wewnętrzne.
Ponieważ klucze prywatne nigdy nie opuszczają bezpiecznego modułu, nie mogą być kopiowane ani kradzione przez nieautoryzowane strony. Ta izolacja zapewnia integralność i poufność całego systemu szyfrowania, chroniąc wrażliwe dane, własność intelektualną i zastrzeżone zasoby cyfrowe przed kompromitacją.
Spełnianie wymogów zgodności i standardów branżowych
HSM-y są niezbędne dla organizacji działających w regulowanych branżach, ponieważ upraszczają złożony proces spełniania rygorystycznych globalnych wymogów.
Organy regulacyjne i standardy, takie jak standard bezpieczeństwa danych branży kart płatniczych (PCI DSS) dla transakcji finansowych, amerykańskie standardy przetwarzania informacji (FIPS 140-2/3) oraz ogólne rozporządzenie o ochronie danych (RODO) UE, mają wymagania dotyczące solidnego przechowywania kluczy.
Wsparcie dla ciągłości biznesowej i odzyskiwania po awarii
Oprócz bezpieczeństwa, są one zaprojektowane z myślą o odporności i wysokiej dostępności, co jest kluczowe dla utrzymania ciągłości biznesowej. Zazwyczaj są wdrażane w klastrach z pełną redundancją i możliwościami równoważenia obciążenia, zapewniając, że usługi kryptograficzne pozostają nieprzerwane, nawet jeśli jeden moduł zawiedzie.
Ponadto, HSM-y zawierają wysoce bezpieczne, chronione sprzętowo metody tworzenia kopii zapasowych i bezpiecznego przywracania danych konfiguracyjnych, często wykorzystując szyfrowane karty inteligentne lub dedykowane tokeny sprzętowe.
Rodzaje modułów zabezpieczeń sprzętowych
HSM-y są zazwyczaj klasyfikowane według ich głównej funkcji i metody wdrożenia. Według funkcji, dwa główne typy to HSM-y ogólnego przeznaczenia i HSM-y płatnicze.
Ogólnego przeznaczenia HSM-y są używane w różnych branżach do ochrony kluczy dla takich rzeczy jak infrastruktura klucza publicznego, przezroczyste szyfrowanie danych, podpisywanie kodu i zarządzanie tożsamością. Używają one powszechnych standardów kryptograficznych, takich jak PKCS#11.
W przeciwieństwie do tego, HSM-y płatnicze to wysoko wyspecjalizowane moduły urządzeń zaprojektowane specjalnie w celu spełnienia rygorystycznych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i wydajności sektora finansowego, w tym zabezpieczania przetwarzania transakcji, wydawania kart i wymiany bloków PIN, często ściśle przestrzegając standardów takich jak PCI PTS HSM.
Kluczowe przypadki użycia HSM-ów
HSM-y nie są ograniczone do jednej branży; stanowią kluczowy element wszędzie tam, gdzie wymagane są klucze o wysokiej wartości lub wrażliwe operacje kryptograficzne związane z przestrzeganiem przepisów. Ich zastosowania są ogromne, stanowiąc fundament bezpieczeństwa dla finansów cyfrowych, chmury obliczeniowej i weryfikacji tożsamości.
Zabezpieczanie transakcji finansowych
W sektorze finansowym, gdzie zaufanie i zgodność z regulacjami są najważniejsze, dedykowane HSM-y płatnicze są niezbędne.
Chronią klucze używane we wszystkich aspektach przetwarzania płatności, od zabezpieczania transakcji kartą kredytową i debetową po szyfrowanie wymiany bloków PIN.
Ponadto zabezpiecza i wydaje zarówno fizyczne, jak i cyfrowe karty płatnicze zgodnie z rygorystycznymi standardami PCI PTS HSM. Poza tradycyjnymi finansami, odgrywają również kluczową rolę w rozwijającym się świecie aktywów cyfrowych, chroniąc prywatne hasła, które kontrolują duże korporacyjne portfele kryptowalut.
Ochrona kluczy kryptograficznych w środowiskach chmurowych
W miarę jak przedsiębiorstwa przenoszą obciążenia do chmury, HSM-y zapewniają, że zachowują ostateczne prawo własności i kontrolę nad swoimi kluczami szyfrującymi. Dzięki koncepcjom takim jak przynieś swój własny klucz, organizacje używają HSM-ów do generowania i zarządzania swoimi kluczami głównymi na miejscu, zanim bezpiecznie zaimportują je do usługi zarządzania kluczami dostawcy chmury.
Zapewnia to, że żaden administrator chmury ani strona trzecia nie ma dostępu do niezaszyfrowanych kluczy. Nawet główni dostawcy chmury polegają na certyfikowanych HSM-ach jako podstawie zaufania dla swoich własnych ofert zarządzania KMS. Ta podstawa jest również rozszerzana na nowoczesne architektury, gdzie HSM-y zapewniają skarbiec dla sekretów i kluczy potrzebnych przez rozproszone aplikacje i kontenery działające w środowiskach takich jak Kubernetes.
Przykłady użycia podpisu cyfrowego i autoryzacji
HSM-y są fundamentem zaufania cyfrowego. W infrastrukturze klucza publicznego (PKI) zabezpieczają one wysoce wrażliwe klucze podpisywania root i certyfikatu (CA). Jeśli te klucze zostałyby skompromitowane, integralność całego ekosystemu PKI by się załamała.
Podobnie, dla programistów, HSM chronią prywatne klucze używane do podpisywania kodu, umożliwiając użytkownikom weryfikację autentyczności i integralności pobranego oprogramowania.
Po stronie sieciowej, HSM bezpiecznie przechowują prywatne hasła używane do ustanawiania solidnych połączeń TLS/SSL dla wszystkich bezpiecznych stron internetowych i aplikacji. W końcu są używane do generowania i zabezpieczania kluczy dla silnej autoryzacji użytkowników, w tym kluczy używanych do cyfrowych identyfikatorów wydawanych przez rząd i prawnie wiążących podpisów elektronicznych.
Wyzwania związane z bezpieczeństwem bazy danych i kluczy bez HSM
Poleganie na oprogramowaniu do przechowywania danych w celu szyfrowania baz danych i innych krytycznych funkcji bezpieczeństwa wprowadza znaczące ryzyko i ukryte koszty.
Bez certyfikowanego modułu bezpieczeństwa, klucze kryptograficzne są narażone na te same podatności co system operacyjny hosta i otaczające aplikacje.
Brak izolacji sprawia, że hasła są podatne na wyrafinowane ataki, a w szczególności na skanowanie pamięci lub exploity oprogramowania, które mogą wydobyć prywatny klucz z pamięci serwera lub systemu plików. Udana kradzież sprawia, że wszystkie powiązane zaszyfrowane dane stają się natychmiast czytelne, co prowadzi bezpośrednio do katastrofalnego naruszenia danych.
Poza bezpośrednim zagrożeniem związanym z kompromitacją kluczy, działanie bez HSM stwarza poważne przeszkody w zakresie zgodności z regulacjami. Ramowe zasady zgodności, takie jak PCI DSS, FIPS i HIPAA, często wymagają użycia narzędzi zatwierdzonych przez FIPS do ochrony.
Najlepsze praktyki w implementacji HSM
Skuteczna implementacja zabezpieczeń sprzętowych wymaga przemyślanej strategii, która koncentruje się na centralizacji, egzekwowaniu polityki i odporności.
- Centralizuj zarządzanie kluczami: Traktuj HSM jako jedyne, autorytatywne Źródło Zaufania dla organizacji. Zintegruj HSM z kompleksowym KMS, aby scentralizować zarządzanie kluczami w wszystkich aplikacjach i środowiskach hybrydowych/multi-cloud. To eliminuje rozprzestrzenianie się kluczy i egzekwuje spójną politykę bezpieczeństwa, dramatycznie redukując koszty administracyjne i ryzyko.
- Wprowadź ścisłe kontrole dostępu: Wdroż RBAC, aby zapewnić, że tylko uprawnieni użytkownicy i aplikacje mogą wchodzić w interakcje z HSM. Dla wysoko chronionych operacji wprowadź podwójną kontrolę (znaną również jako quorum M-of-N), która wymaga, aby wielu niezależnych administratorów zatwierdziło działanie, zapobiegając w ten sposób pojedynczemu punktowi awarii lub zagrożeniu wewnętrznemu, które mogłoby skompromitować system.
- Zapewnij wysoką dostępność i redundancję: Wdrażaj HSM-y w skonfigurowanej w klastrze, zrównoważonej obciążeniowo konfiguracji, aby zapewnić ciągłą dostępność i wspierać ciągłość działania biznesu. Krytycznie ważne jest ustanowienie solidnego, bezpiecznego procesu tworzenia kopii zapasowych kluczy i ich odzyskiwania przy użyciu tokenów lub kart inteligentnych. Zapewnia to natychmiastowe przywrócenie dostępów w przypadku katastrofy lub awarii modułu, wspierając kompleksowy plan odzyskiwania po katastrofie.
Skonfiguruj HSM, aby rejestrował każdą interakcję, w tym generowanie kluczy, próby dostępu i działania administracyjne. Zintegruj te logi z narzędziami do zarządzania informacjami o bezpieczeństwie i zdarzeniami (SIEM) w celu monitorowania w czasie rzeczywistym i powiadamiania.
OVHcloud i rozwiązania HSM
Aby pomóc Ci zarządzać złożonością, jednocześnie utrzymując żelazną postawę bezpieczeństwa w celu zgodności z chmurą, OVHcloud oferuje zintegrowane, potężne i opłacalne usługi zarządzania tożsamością, zarządzania danymi i obrony sieci.
Identity and Access Management (IAM)
OVHcloud IAM daje Ci moc precyzyjnego określenia, kto może uzyskać dostęp do jakich zasobów OVHcloud i w jakim celu, opierając się na modelu zerowego zaufania. IAM jest zaprojektowane, aby zabezpieczyć całą Twoją infrastrukturę, zwiększyć wydajność zespołu i uprościć Twoje wysiłki w zakresie zgodności - wszystko to bez dodatkowych kosztów.
Menadżer tajemnic
Przestań przechowywać wrażliwe dane, takie jak klucze API, dane logowania do bazy danych i hasła SSH w postaci zwykłego tekstu lub w plikach konfiguracyjnych. OVHcloud Secret Manager zapewnia wysoce bezpieczną, scentralizowaną platformę do zarządzania, wersjonowania i dystrybucji Twoich krytycznych tajemnic, zapewniając ich ochronę za pomocą zaawansowanych środków bezpieczeństwa i zgodności.
Zawsze aktywna, nielimitowana ochrona
Ataki DDoS są stałym zagrożeniem zaprojektowanym w celu zakłócenia Twojej usługi i zniszczenia Twojej reputacji. Z OVHcloud nie musisz się martwić. Nasza wiodąca w branży infrastruktura Anti-DDoS jest aktywowana domyślnie i wliczona w cenę każdego produktu.