Module Bảo Mật Phần Cứng (HSM) và Tầm Quan Trọng Trong Bảo Mật Dữ Liệu

Module Bảo Mật Phần Cứng (HSM) Là Gì?

Module Bảo Mật Phần Cứng (HSM) là một thiết bị tính toán vật lý được thiết kế để bảo vệ và quản lý khóa mã hóa. HSM thường có ít nhất một bộ vi xử lý mã hóa an toàn và thường được cung cấp dưới dạng thẻ cắm (thẻ SAM/SIM) hoặc thiết bị ngoài kết nối trực tiếp với máy tính hoặc máy chủ mạng.

HSM được xây dựng đặc biệt để bảo vệ vòng đời của khóa mã hóa bằng cách sử dụng các mô-đun phần cứng chống thao túng và chống phá hoại, đồng thời bảo vệ dữ liệu thông qua nhiều kỹ thuật, bao gồm mã hóa và giải mã. Chúng cũng đóng vai trò là kho lưu trữ an toàn cho các khóa mã hóa được sử dụng cho các nhiệm vụ như mã hóa dữ liệu, Quản lý Quyền Kỹ Thuật Số (DRM) và ký tài liệu.

Module Bảo Mật Phần Cứng (HSM) Hoạt Động Như Thế Nào?

Minh họa về mã hóa, quyền riêng tư và mã hóa

HSM đảm bảo an toàn dữ liệu bằng cách tạo, bảo mật, triển khai, quản lý, lưu trữ và tiêu hủy khóa mã hóa.

Trong quá trình cung cấp, các khóa độc đáo được tạo ra, sao lưu và mã hóa để lưu trữ. Các khóa sau đó được triển khai bởi nhân viên được ủy quyền, những người cài đặt chúng vào HSM, cho phép truy cập được kiểm soát.

HSM cung cấp các chức năng quản lý để giám sát, kiểm soát và thay đổi khóa mã hóa theo tiêu chuẩn ngành và chính sách tổ chức. Ví dụ, các HSM mới nhất đảm bảo tuân thủ bằng cách thực thi khuyến nghị của NIST về việc sử dụng khóa RSA ít nhất 2048 bit.

Khi các khóa mã hóa không còn được sử dụng tích cực, quá trình lưu trữ được kích hoạt, và nếu các khóa không còn cần thiết, chúng sẽ được tiêu hủy một cách an toàn và vĩnh viễn. Việc lưu trữ bao gồm việc lưu trữ các khóa đã ngừng hoạt động ngoại tuyến, cho phép truy xuất dữ liệu được mã hóa bằng các khóa đó trong tương lai.

Module Bảo Mật Phần Cứng (HSM) Được Sử Dụng Cho Những Gì?

Mục đích chính của HSM là bảo vệ khóa mã hóa và cung cấp các dịch vụ thiết yếu để bảo vệ danh tính, ứng dụng và giao dịch. HSM hỗ trợ nhiều tùy chọn kết nối, bao gồm kết nối với máy chủ mạng hoặc sử dụng ngoại tuyến như thiết bị độc lập.

HSM có thể được đóng gói dưới dạng thẻ thông minh, thẻ PCI, thiết bị riêng biệt hoặc dịch vụ đám mây gọi là HSM dưới dạng Dịch Vụ (HSMaaS). Trong lĩnh vực ngân hàng, HSM được sử dụng trong ATM, EFT và hệ thống PoS, để kể tên một vài.

HSM bảo vệ nhiều dịch vụ hàng ngày, bao gồm dữ liệu thẻ tín dụng và mã PIN, thiết bị y tế, thẻ căn cước quốc gia và hộ chiếu, đồng hồ thông minh và tiền điện tử.

Các Loại Module Bảo Mật Phần Cứng (HSM)

Thẻ PCI Sun Microsystems Crypto Accelerator 1000

HSM được chia thành hai loại chính, mỗi loại cung cấp khả năng bảo vệ riêng biệt phù hợp với các ngành cụ thể. Dưới đây là các loại HSM có sẵn.

1. HSM Đa Năng

HSM đa năng có nhiều thuật toán mã hóa, bao gồm mã hóa đối xứng, mã hóa không đối xứng và các hàm băm. Những HSM phổ biến nhất này được biết đến với hiệu suất xuất sắc trong việc bảo vệ các loại dữ liệu nhạy cảm, chẳng hạn như ví tiền điện tử và cơ sở hạ tầng khóa công khai.

HSM quản lý nhiều hoạt động mã hóa và thường được sử dụng trong PKI, SSL/TLS và bảo vệ dữ liệu nhạy cảm nói chung. Vì vậy, HSM đa năng thường được sử dụng để đáp ứng các tiêu chuẩn ngành chung như yêu cầu bảo mật HIPAA và tuân thủ FIPS.

HSM đa năng cũng hỗ trợ kết nối API sử dụng Java Cryptography Architecture (JCA), Java Cryptography Extension (JCE), Cryptography API Next Generation (CNG), Public-Key Cryptography Standard (PKCS) #11 và Microsoft Cryptographic Application Programming Interface (CAPI), cho phép người dùng chọn khung phù hợp nhất với hoạt động mã hóa của họ.

2. HSM Thanh Toán và Giao Dịch

Người cầm thiết bị thanh toán

HSM thanh toán và giao dịch được thiết kế đặc biệt cho ngành tài chính để bảo vệ thông tin thanh toán nhạy cảm, như số thẻ tín dụng. Những HSM này hỗ trợ các giao thức thanh toán, như APACS, đồng thời duy trì nhiều tiêu chuẩn cụ thể của ngành, như EMV và PCI HSM, để đảm bảo tuân thủ.

HSM thêm một lớp bảo vệ bổ sung cho hệ thống thanh toán bằng cách bảo vệ dữ liệu nhạy cảm trong quá trình truyền và lưu trữ. Điều này đã dẫn đến việc các tổ chức tài chính, bao gồm ngân hàng và bộ xử lý thanh toán, áp dụng nó như một giải pháp tích hợp để đảm bảo xử lý an toàn các khoản thanh toán và giao dịch.

Các Tính Năng Chính Của Module Bảo Mật Phần Cứng (HSM)

Nền tảng công nghệ bảo mật trừu tượng

HSM đóng vai trò là thành phần quan trọng để đảm bảo tuân thủ các quy định về an ninh mạng, nâng cao bảo mật dữ liệu và duy trì mức dịch vụ tối ưu. Dưới đây là các tính năng chính của HSM giúp chúng đạt được điều này.

1. Chống Thao Túng

Mục tiêu chính của việc làm cho HSM chống thao túng là bảo vệ khóa mã hóa của bạn trong trường hợp tấn công vật lý vào HSM.

Theo FIPS 140-2, một HSM phải bao gồm các con dấu chống thao túng để đủ điều kiện chứng nhận là thiết bị cấp độ 2 (hoặc cao hơn). Bất kỳ nỗ lực nào để thao túng HSM, như tháo ProtectServer PCIe 2 khỏi bus PCIe, sẽ kích hoạt sự kiện thao túng mà xóa tất cả các tài liệu mã hóa, cài đặt cấu hình và dữ liệu người dùng.

2. Thiết Kế An Toàn

HSM được trang bị phần cứng độc đáo đáp ứng các yêu cầu do PCI DSS đặt ra và tuân thủ các tiêu chuẩn của chính phủ khác nhau, bao gồm Common Criteria và FIPS 140-2.

Phần lớn HSM được chứng nhận ở các cấp độ FIPS 140-2 khác nhau, chủ yếu ở cấp độ chứng nhận 3. Các HSM được chứng nhận ở cấp độ 4, cấp độ cao nhất, là giải pháp tuyệt vời cho các tổ chức tìm kiếm mức bảo vệ cao nhất.

3. Xác Thực và Kiểm Soát Truy Cập

HSM đóng vai trò là người giữ cửa, kiểm soát quyền truy cập vào các thiết bị và dữ liệu mà chúng bảo vệ. Điều này được thể hiện qua khả năng giám sát HSM một cách chủ động để phát hiện thao túng và phản ứng hiệu quả.

Nếu phát hiện thao túng, một số HSM sẽ ngừng hoạt động hoặc xóa khóa mã hóa để ngăn chặn truy cập trái phép. Để tăng cường bảo mật hơn nữa, HSM áp dụng các thực hành xác thực mạnh như xác thực đa yếu tố và các chính sách kiểm soát truy cập nghiêm ngặt, hạn chế quyền truy cập cho những cá nhân được ủy quyền.

4. Tuân Thủ và Kiểm Toán

Để duy trì tuân thủ, HSM cần tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định khác nhau. Các tiêu chuẩn chính bao gồm Quy định Bảo Vệ Dữ Liệu Chung của Liên Minh Châu Âu (GDPR), Phần Mở Rộng Bảo Mật Hệ Thống Tên Miền (DNSSEC), Tiêu Chuẩn Bảo Mật Dữ Liệu PCI, Tiêu Chuẩn Chung và FIPS 140-2.

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định này đảm bảo bảo vệ dữ liệu và quyền riêng tư, bảo mật cơ sở hạ tầng DNS, giao dịch thẻ thanh toán an toàn, tiêu chí bảo mật được công nhận quốc tế và tuân thủ các tiêu chuẩn mã hóa của chính phủ.

HSM cũng bao gồm các tính năng ghi nhật ký và kiểm toán, cho phép giám sát và theo dõi các hoạt động mã hóa để mục đích tuân thủ.

5. Tích Hợp và API

HSM hỗ trợ các API phổ biến, như CNG và PKCS #11, cho phép các nhà phát triển tích hợp chức năng HSM vào ứng dụng của họ một cách liền mạch. Chúng cũng tương thích với nhiều API khác, bao gồm JCA, JCE và Microsoft CAPI.