Czym jest Hardware Security Module (HSM)?

Hardware Security Module (HSM) - definicja

Hardware Security Module to wyspecjalizowany moduł kryptograficzny, który generuje, przechowuje i używa kluczy kryptograficznych w fizycznie zabezpieczonej granicy sprzętowej. HSM realizuje operacje kryptograficzne - szyfrowanie, deszyfrowanie, podpisy cyfrowe, uwierzytelnianie i generację liczb losowych - bez ujawniania kluczy poza zaufaną enklawę. Wymagania bezpieczeństwa dla modułów kryptograficznych określa FIPS 140-3 (NIST, 2019), powiązany z ISO/IEC 19790:2012 oraz ISO/IEC 24759:2017.

W kontekście anonimizacji zdjęć i wideo HSM pełni funkcję kotwicy zaufania. Chroni klucze do szyfrowania materiałów źródłowych, podpisuje artefakty modeli AI używanych do wykrywania twarzy i tablic rejestracyjnych oraz zabezpiecza dzienniki integralności procesu. Dzięki temu możliwe jest wykazanie zgodności z art. 32 RODO w zakresie poufności, integralności i odporności systemów przetwarzania.

Rola HSM w anonimizacji wideo i zdjęć

Przetwarzanie obrazu w Gallio PRO odbywa się on-premise i obejmuje automatyczne zamazywanie twarzy i tablic rejestracyjnych oraz edycję manualną innych obszarów. HSM nie wykonuje detekcji obiektów ani rozmywania. Zapewnia jednak bezpieczne zarządzanie kluczami i tożsamościami, które spina cały łańcuch przetwarzania.

• Ochrona danych w spoczynku - generowanie i przechowywanie kluczy głównych KEK w HSM, a następnie owijanie kluczy danych DEK używanych do szyfrowania plików wideo i zdjęć metodą envelope encryption (AES-GCM). Podstawa: NIST SP 800-57 Part 1 Rev. 5 i SP 800-38D.
• Ochrona modeli AI - podpisywanie i weryfikacja integralności plików wag modeli detekcji twarzy i tablic rejestracyjnych. Minimalizuje ryzyko podmiany modelu i ataków supply chain.
• Bezpieczeństwo transportu - przechowywanie kluczy prywatnych TLS dla interfejsów administracyjnych i transferu plików do węzłów przetwarzania. Interfejsy PKCS#11 lub KSP/CNG.
• Niezaprzeczalność - podpisywanie lub MAC-owanie dzienników procesów anonimizacji, przy czym oprogramowanie Gallio PRO nie przechowuje logów zawierających dane osobowe ani logów detekcji twarzy i tablic rejestracyjnych.

Technologie i interfejsy HSM

HSM występują jako karty PCIe, urządzenia sieciowe lub moduły USB. Integracja w środowiskach anonimizacji obrazu zwykle wykorzystuje standardowe API i protokoły.

• PKCS#11 - interfejs kryptograficzny do obsługi kluczy i operacji kryptograficznych (m.in. symetrycznych i asymetrycznych). Aktualna specyfikacja: OASIS PKCS#11 v3.0, 2020.
• KMIP - protokół do zdalnego zarządzania kluczami i obiektami kryptograficznymi. Aktualna specyfikacja: OASIS KMIP v2.0, 2020.
• NIST SP 800-90A/B/C - zalecenia dotyczące generatorów liczb losowych i źródeł entropii, stosowane w HSM do tworzenia kluczy o mierzalnej sile.
• Mechanizmy i algorytmy: AES-GCM do szyfrowania plików, RSA lub ECDSA do podpisów, HKDF do wyprowadzania kluczy - parametryzowane zgodnie z NIST SP 800-56A/B/C i SP 800-38D.

Kluczowe parametry i metryki HSM

Dobór HSM powinien opierać się na poziomach zabezpieczeń, zgodności i parametrach eksploatacyjnych mierzalnych w testach akceptacyjnych.

Zastosowania HSM w łańcuchu anonimizacji obrazu

Poniżej zestawiono typowe kroki integracji HSM w środowisku Gallio PRO oraz odpowiadające im obiekty kryptograficzne.

Zalety stosowania HSM w ochronie danych wideo i zdjęć

Wdrożenie HSM przynosi wymierne korzyści w kontekście zgodności i ryzyka operacyjnego. Najważniejsze z nich przedstawiono poniżej.

• Silna ochrona kluczy - klucze główne nie pojawiają się w pamięci hosta, co ogranicza skutki kompromitacji serwera aplikacyjnego.
• Rozdział obowiązków - polityki HSM i mechanizmy M of N ograniczają uprawnienia pojedynczego administratora.
• Ślad audytowy - transakcje kryptograficzne mogą być rejestrowane i weryfikowane podpisem.
• Standaryzacja - zgodność z FIPS 140-3 i ISO/IEC 19790 ułatwia audyt art. 32 RODO i testy zgodności.

Wyzwania i ograniczenia integracji HSM

Przed wdrożeniem należy zaplanować architekturę wysokiej dostępności, procesy kopii zapasowych i integrację z pipeline anonimizacji.

• Wydajność i latencja - urządzenia sieciowe dodają opóźnienia do operacji kluczowych. W zadaniach wsadowych należy stosować cache sesji i owijanie kluczy zamiast masowego szyfrowania w HSM.
• Odporność - bez kluczy KEK w HSM nie można odszyfrować zaszyfrowanych materiałów. Kopie zapasowe kluczy muszą być wykonywane sprzętowo i zgodnie z polityką rozdziału ról.
• Zarządzanie cyklem życia kluczy - generacja, rotacja, wycofanie i niszczenie zgodnie z NIST SP 800-57, z planem migracji algorytmów po przekroczeniu okresów bezpieczeństwa.
• Integracja - wymagane są sterowniki, biblioteki i zgodność wersji PKCS#11 lub KMIP w środowisku serwerów Gallio PRO.

Odniesienia normatywne i źródła

Poniżej zestawiono standardy i wytyczne, na których oparto definicje i parametry.

• NIST FIPS 140-3 - Security Requirements for Cryptographic Modules, 2019. Program walidacji: CMVP.
• ISO/IEC 19790:2012 - Security requirements for cryptographic modules; ISO/IEC 24759:2017 - Test requirements.
• NIST SP 800-57 Part 1 Rev. 5 - Recommendation for Key Management, 2020 - tabele sił bezpieczeństwa i okresów użycia kluczy do ok. 2030 roku.
• NIST SP 800-90A Rev.1 (2015), SP 800-90B (2018), SP 800-90C (2012) - wymagania dla generatorów liczb losowych i akumulacji entropii.
• NIST SP 800-38D - Recommendation for GCM, 2007 (ze zmianami) - tryb AEAD do szyfrowania plików.
• OASIS PKCS#11 v3.0 - Cryptographic Token Interface, 2020; OASIS KMIP v2.0, 2020.
• PCI PTS HSM - Requirements for Hardware Security Modules, PCI SSC.
• RODO - Rozporządzenie (UE) 2016/679, art. 32 - bezpieczeństwo przetwarzania, w tym szyfrowanie i odporność systemów.