硬件安全模块

简介

硬件安全模块(英语:hardware security module,缩写HSM)是一种用于保护和管理强认证系统所使用的密钥,并同时提供相关密码学操作的计算机硬件设备。硬件安全模块一般通过扩展卡或外部设备的形式直接连接到电脑或网络服务器。

设计

HSM提供篡改留证(tamper evidence/proof)、篡改抵抗(tamper evidence)两种方式的防篡改功能,前者设计使得篡改行为会留下痕迹,后者设计使得篡改行为会令HSM销毁密钥一类的受保护信息。每种HSM都会包括一个或多个安全协处理器,用于阻止篡改或总线探测。

许多HSM系统提供可靠的密钥备份机制,使机密数据可以通过智能卡或其他设备安全地处理或转移。

由于HSM通常是公钥基础设施(PKI)或网上银行一类关键基础设施的一部分,一般会同时使用多个HSM以实现高可用性。一些HSM具备双电源、无需停机更换配件(如冷却风扇)等设计,以确保在数据中心等环境中的高可用性要求。

少数HSM可以让用户在其内部处理器上运行专门开发的模块。在一些场景下,这种设计相当实用,例如用户可以在这种安全、受控的环境下运行一些特殊的算法或者业务逻辑,哪怕攻击者取得了计算机的完全控制权限,存储在HSM(连接到计算机)中的程序也无法被提取或篡改。一般HSM允许用户使用C、.NET、Java等编程语言开发这种专用程序。值得注意的是,用户自定义的程序与HSM本身的程序之间存在隔离,这使程序的存在不会影响到HSM本身的安全。

安全性

考虑到硬件安全模块(HSM)在应用程序与基础设施的安全中扮演的关键角色,此类密码学模块通常都会经过Common Criteria、FIPS 140等受到国际承认的认证。这将为用户提供产品设计与实现上的保障,同时确保相应的密码学算法能按预期方式正确工作。FIPS 140安全认证最高认证等级为Level 4(整体),目前仅有极少数HSM成功通过这一等级的认证,大部分设备处于Level 3等级。

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