ハードウェアセキュリティモジュール(HSM).

HSM は、強化されたセキュリティ境界の内側で署名、検証、暗号化、復号、鍵ラップなどの暗号処理を行う専用機器、PCIe カード、またはクラウドサービスです。鍵は装置内で生成され、平文で外に出ることはありません。多くのモデルは FIPS 140-2 や FIPS 140-3 のレベル 2 から 4、Common Criteria の認定を受けています。PKI、コード署名、決済(PIN や EMV)、TLS 終端、データベース暗号化、AWS CloudHSM・Azure Dedicated HSM・Google Cloud HSM などのクラウド KMS の基盤となります。物理・論理の保護には改ざん検知、鍵のゼロ化、役割分離されたクォーラム運用が含まれます。

アプリケーションは生のドライバではなく標準インターフェース経由で HSM とやり取りします。PKCS#11(Cryptoki)が主流の API であり、そのほかに Microsoft CNG/KSP、JCE、OASIS の鍵管理プロトコル KMIP があります。新規の NIST CMVP 認証では FIPS 140-3 が 140-2 に取って代わっており、レベル 3 では ID ベースの認証と、改ざんを検知すると鍵をゼロ化するタンパーレスポンスが加わり、レベル 4 では環境攻撃への耐性がさらに強化されます。高保証の運用では、M-of-N のスマートカードによるクォーラムを用いた撮影付きの鍵セレモニーを実施し、単独の管理者が鍵を持ち出したり悪用したりできないようにします。これは DNSSEC ルート KSK のセレモニーが 2010 年以来採用してきたのと同じ管理策です。HSM は無敵ではありません。2015 年の Juniper ScreenOS の Dual_EC 事件や、タイミングやパディングオラクルといったサイドチャネルに関する学術的攻撃は、脆弱なアルゴリズムやファームウェアの欠陥が認定済みのハードウェアさえ損ないうることを示しており、鍵のローテーションと監査済みファームウェアは依然として不可欠です。

flowchart LR
  A[アプリケーション] -->|PKCS#11 / KMIP| B[HSM のセキュリティ境界]
  subgraph B[HSM のセキュリティ境界]
    C[装置内での鍵生成]
    D[鍵を保管し、平文で持ち出さない]
    E[署名 / 暗号化 / ラップ]
    F[改ざん検知から鍵のゼロ化へ]
  end
  C --> D --> E
  E -->|結果のみ、鍵は返さない| A
  G[M-of-N 管理者クォーラム] -->|鍵セレモニー| C