Понимание аппаратных модулей безопасности в управлении ключами блокчейна

В блокчейн-фреймворках криптографические ключи — это основа безопасности и управления активами. Тот, у кого есть эти ключи, фактически управляет связанными цифровыми активами, транзакциями и конфиденциальной информацией. Этот важный принцип делает управление ключами одним из самых важных компонентов архитектуры безопасности блокчейна.

Аппаратные модули безопасности — это специальные компьютерные устройства, которые созданы для защиты, создания и контроля криптографических ключей с максимальной безопасностью. Хотя эти устройства раньше использовались в финансовом секторе и корпоративных ИТ, их значение в блокчейне растет, особенно для защиты приватных ключей, которые управляют ценными цифровыми активами.

Аппаратный модуль безопасности — это специальное вычислительное устройство, которое выполняет криптографические задачи в безопасной и ограниченной среде. Эти продвинутые устройства имеют несколько важных функций, которые отличают их от программных решений.

Процесс генерации ключей происходит только в HSM с помощью аппаратных генераторов случайных чисел, что гарантирует создание надежных криптографических ключей, защищенных от постороннего вмешательства. Система безопасного хранения гарантирует, что личные ключи остаются в аппаратном обеспечении в зашифрованном виде, что добавляет дополнительный уровень защиты от несанкционированного доступа.

Шифрование и цифровая подпись происходят внутри устройства, так что вся важная криптографическая информация остается в безопасности на протяжении всего процесса. Самое главное, что эти устройства имеют защиту от взлома, которая распознает и реагирует на физические угрозы, автоматически удаляя сохраненные ключи при попытках взлома.

Блокчейн работает совсем по-другому, чем обычные компьютерные системы, особенно когда дело доходит до аутентификации пользователей и контроля доступа. В отличие от обычных систем, где можно восстановить забытый пароль разными способами, блокчейн использует только пары открытых и закрытых ключей для управления доступом.

Открытый ключ — это адрес блокчейна, который можно увидеть и использовать для отправки транзакций или подтверждения подписей. Закрытый ключ — это конфиденциальный элемент, который позволяет подписывать транзакции и подтверждать владение цифровыми активами. Это неравновесие создает серьезную проблему безопасности, потому что потеря или компрометация закрытого ключа приводит к необратимой потере доступа к цифровым активам без возможности восстановления.

Эта неизменная особенность делает управление ключами очень важным для разных участников блокчейна:

• Криптовалютные биржи должны защищать миллиарды долларов пользовательских активов от все более сложных методов атак.
• Блокчейн-платформы для предприятий нужны безопасные функции подписи для документов по цепочке поставок, смарт-контрактов и платежных операций
• Финансовые учреждения и хранители должны защищать цифровые активы своих клиентов, соблюдая строгие нормативные стандарты.

Аппаратные модули безопасности выполняют разные важные функции в инфраструктуре управления ключами блокчейна, каждый из которых решает уникальные проблемы безопасности, связанные с системами распределенных реестров.

Безопасное создание ключей

Создание безопасных ключей — это основа криптографической безопасности. HSM генерируют криптографические ключи с помощью аппаратных генераторов случайных чисел, которые обеспечивают настоящую энтропию, снижая риски, связанные со слабыми или предсказуемыми ключами, которые могут создавать уязвимые программные системы. Этот аппаратный подход гарантирует, что каждый ключ имеет криптографическую целостность, необходимую для защиты от сложных атак.

Защищенное хранилище

Безопасное хранение ключей гарантирует, что личные ключи не будут находиться вне аппаратного обеспечения HSM в незашифрованном виде. Даже если хост-системы будут взломаны вредоносным ПО, сетевыми атаками или внутренними угрозами, личные ключи останутся защищенными в защищенной от взлома аппаратной среде. Такое разделение блокирует наиболее распространенные методы атак, направленные на программные системы хранения ключей.

Подписание транзакции

Процесс подписания транзакций происходит только в HSM, чтобы частный ключ не попал в потенциально небезопасные программы. Когда для аутентификации блокчейн-транзакций нужны цифровые подписи, HSM получает детали транзакции, выполняет криптографическое подписание внутри и предоставляет только подпись, при этом частный ключ остается в полной безопасности.

Контроль доступа

Методы контроля доступа и аутентификации используют строгие правила безопасности, прежде чем разрешать какие-то криптографические действия. Современные HSM поддерживают многофакторную аутентификацию, процедуры утверждения с кворумом и контроль доступа по ролям. Например, для крупных переводов криптовалюты может понадобиться согласие нескольких администраторов, прежде чем HSM одобрит транзакцию.

Защита от несанкционированного доступа

Защита от взлома обеспечивает физическую безопасность благодаря уникальной конструкции оборудования с пломбами, системами обнаружения вторжений и механизмами автоматического удаления ключей. Эти характеристики гарантируют, что любая попытка физического взлома устройства будет обнаружена и приведет к немедленному уничтожению хранящихся криптографических данных.

Модули аппаратной безопасности широко используются во многих блокчейн-приложениях, где безопасность очень важна:

Криптовалютные биржи

Криптовалютные биржи — это одна из самых важных областей применения, где используют HSM, чтобы защитить активы пользователей и предотвратить кражи, которые часто случаются в этой индустрии. Эти платформы должны защищать горячие кошельки для повседневных транзакций и обеспечивать максимальную безопасность систем холодного хранения.

Хранение цифровых активов

Решения по хранению цифровых активов сильно зависят от технологии HSM, чтобы обеспечить высокий уровень безопасности для защиты криптовалют, токенов и нефунгибельных токенов. Эти хранители помогают хедж-фондам, пенсионным фондам и разным институциональным инвесторам, которые требуют гарантий безопасности на уровне банков, прежде чем выделять значительные активы для цифрового хранения.

Блокчейн-сети для предприятий

Блокчейн-сети для предприятий используют HSM, чтобы защитить подпись смарт-контрактов, журналы цепочки поставок и конфиденциальную информацию консорциума. В этих приложениях часто участвуют несколько организаций, которые должны полагаться на целостность общих блокчейн-систем, сохраняя при этом контроль над своими криптографическими ключами.

Цифровые валюты центральных банков

Цифровые валюты центральных банков — это новое применение, где HSM создают систему безопасности для цифровых денежных систем, поддерживаемых правительством. Эти приложения требуют высочайшего уровня безопасности и соблюдения нормативных требований, чтобы поддерживать доверие общественности к системам цифровых валют.

Платформы для выпуска токенов

Платформы по выпуску токенов используют HSM, чтобы защитить секретные ключи, которые управляют созданием, уничтожением токенов и разными задачами по управлению их жизненным циклом. Эти ключи обычно управляют значительной экономической ценностью и нуждаются в защите как от внешних атак, так и от внутренних угроз.

Использование аппаратных модулей безопасности в блокчейне дает много плюсов, которые оправдывают их применение, даже если это стоит дороже и сложнее, чем программные варианты.

Повышенная безопасность

Безопасность — это главное преимущество, ведь HSM защищают как от цифровых, так и от физических угроз. Благодаря защищенному от взлома оборудованию, безопасному созданию ключей и изолированным криптографическим процессам, они обеспечивают уровень безопасности, с которым просто программные решения не могут сравниться.

Соблюдение нормативных требований

Использование HSM значительно упрощает соблюдение нормативных требований, поскольку эти устройства обычно соответствуют строгим стандартам, таким как FIPS 140-2 Level 3 или 4 и сертификация Common Criteria. Многие финансовые нормативы требуют защиты на уровне HSM для охраны ценных цифровых активов или обработки регулируемых транзакций.

Высокая производительность

Благодаря масштабируемости HSM могут обрабатывать тысячи криптографических функций в секунду, что делает их идеальными для больших блокчейн-систем, которые обрабатывают много транзакций. Такая производительность гарантирует, что протоколы безопасности не мешают работе производственных систем.

Доверие к организации

Благодаря повышению доверия и надежности системы с поддержкой HSM становятся более привлекательными для институциональных инвесторов и корпоративных клиентов, которые ищут проверенные протоколы безопасности. Аппаратный подход дает реальные доказательства затрат на безопасность, которые можно подтвердить с помощью сертификатов и аудитов.

Защита от внутренних угроз

Чтобы уменьшить риски со стороны сотрудников, используются обязательные меры контроля доступа и журналы аудита, которые не дают злоумышленникам получить доступ к криптографическим ключам или злоупотребить ими. Необходимость нескольких уровней авторизации и тщательная регистрация действий значительно затрудняют несанкционированный доступ.

Хотя аппаратные модули безопасности дают много плюсов, они также создают разные проблемы, которые нужно учитывать при выборе вариантов внедрения.

Высокие затраты

Основная проблема — это большие расходы, потому что HSM для предприятий требуют немалых вложений и постоянных затрат на обслуживание. Эти расходы включают не только само оборудование, но и специальные знания, нужные для внедрения и контроля.

Сложная интеграция

Сложные требования к интеграции означают, что у компаний должны быть опытные команды, которые могут объединить функции HSM с текущими блокчейн-фреймворками. Если этим не заниматься как надо, то из-за сложности могут затянуться сроки проекта и повыситься риски внедрения.

Единственные точки отказа

Риски централизации возникают, когда компании сильно зависят от отдельных кластеров HSM, что может привести к появлению единичных точек отказа даже при высокой безопасности отдельных устройств. Эффективные архитектуры развертывания должны учитывать потребности в высокой доступности и восстановлении после сбоев.

Ограниченная адаптируемость

Ограниченная гибкость может мешать организациям, когда появляются новые алгоритмы или приложения блокчейна, которые могут не сразу работать с текущей прошивкой HSM. Метод, ориентированный на оборудование, может усложнить быструю настройку по сравнению с программными вариантами.

Разработка управления ключами блокчейна все чаще включает в себя инновационные криптографические методы и рамки развертывания, которые поддерживают или улучшают традиционные функции HSM.

Многосторонние вычисления

Многосторонние вычисления — это новый подход, который делит управление ключами между разными сторонами, так что ни одна из них не держит все приватные ключи. Этот метод может уменьшить зависимость от отдельных устройств, сохраняя при этом надежные функции безопасности.

Облачные услуги HSM

Облачные услуги HSM от ведущих провайдеров, таких как Amazon Web Services и Microsoft Azure, позволяют небольшим организациям пользоваться возможностями HSM без вложений в специальное оборудование. Эти управляемые услуги обеспечивают безопасность уровня HSM, а также доступность в масштабах облака и снижение сложности эксплуатации.

Интеграция децентрализованной идентификации

Сотрудничество с децентрализованными системами идентификации означает расширение сферы применения, в которой HSM могут обеспечить базу безопасности для платформ самоуправляемой идентификации и решений по управлению учетными данными.

Квантово-устойчивая безопасность

Подготовка к постквантовой безопасности стимулирует исследования в области функций HSM, которые могут защитить от потенциальных угроз со стороны будущих квантовых компьютеров. С развитием квантовых вычислений HSM должны адаптироваться, чтобы приспособиться к квантово-устойчивым криптографическим методам.

Организации, которые выбирают, как управлять ключами блокчейна, могут выбрать из трех основных вариантов, каждый из которых имеет свои особенности и идеально подходит для определенных задач.

Программные кошельки

Программные кошельки — это самый простой вариант для обычных пользователей и небольших приложений. Они хранят криптографические ключи на обычных устройствах, типа смартфонов, компьютеров или в браузерных надстройках. Хотя их легко настроить и использовать, программные кошельки не очень защищают от вредоносных программ, фишинга и кражи устройств. Они хорошо подходят для личного использования криптовалюты, но не обеспечивают достаточную безопасность для институциональных целей.

Модули аппаратной безопасности

Аппаратные модули безопасности считаются сейчас лучшим способом защиты блокчейна для организаций. Эти специальные устройства обеспечивают максимальную защиту благодаря защищенному от взлома оборудованию, проверенным стандартам безопасности и успешному опыту использования в финансовых приложениях. Но они требуют больших вложений в технологии и знания, поэтому лучше всего подходят для бирж, депозитариев и крупных организаций.

Кошельки для многосторонних вычислений

Кошельки с многосторонними вычислениями — это новый способ, который математически распределяет приватные ключи между разными сторонами или устройствами. Это устраняет единичные точки отказа и дает гибкость для облачных решений. Но эта технология еще довольно новая и не имеет столько стандартов, как традиционные HSM.

Функции аппаратных модулей безопасности в управлении ключами блокчейна развиваются по мере развития отрасли и появления более сложных проблем безопасности. Эти специализированные инструменты обеспечивают важные рамки безопасности для криптовалютных бирж, хранителей цифровых активов и корпоративных приложений блокчейна, которые управляют высокоценными транзакциями или конфиденциальной информацией.

Несмотря на сложности, связанные с HSM, такие как высокая стоимость и сложность внедрения, они очень важны для организаций, которым нужна максимальная безопасность и соблюдение правил. Благодаря тому, что HSM объединяют аппаратное создание ключей, безопасное хранение и проверенные протоколы безопасности, они становятся лучшим выбором для институционального использования блокчейна.

Следующие нововведения показывают, что технология HSM будет развиваться вместе с новыми методами шифрования, такими как многосторонние вычисления и стратегии постквантовой безопасности. Организации, которые разрабатывают долгосрочные стратегии блокчейна, должны подумать о том, как эти технологии могут дополнить или улучшить традиционные функции HSM.

Выбор между внедрением HSM и другими методами в конечном итоге зависит от конкретных потребностей организации, таких как:

• Требования безопасности
• Требования регулирующих органов
• Объемы транзакций
• Доступность ресурсов

Программные кошельки подходят для личного использования, HSM отвечают потребностям организаций, а кошельки MPC предлагают новые возможности для определенных ситуаций.

По мере развития технологии блокчейн и ее более широкого использования, важность надежного управления ключами будет только расти. Аппаратные модули безопасности предлагают надежные решения для критически важных потребностей в области безопасности, одновременно облегчая создание инфраструктуры, необходимой для внедрения блокчейна в учреждениях.