وحدات أمن الأجهزة (HSM)

ما المقصود بوحدة أمن الأجهزة (HSM)؟

وحدة أمن الأجهزة (HSM) هي جهاز مادي يوفر أمانًا إضافيًا للبيانات الحساسة. وحدات أمن الأجهزة (HSM) هي أجهزة صلبة ومقاومة للعبث تؤمن عمليات التشفير عن طريق إنشاء وحماية وإدارة المفاتيح المستخدمة لتشفير البيانات وفك تشفيرها وإنشاء التوقيعات والشهادات الرقمية.

فهو يقوم بعمل لا يقدر بثمن لأداء جميع أنواع عمليات التشفير للبيانات التي تتعرض لمحاولات القرصنة بواسطة البرامج الضارة أو البرامج الضارة الأخرى. يمكن أن يكون نظام HSM عبارة عن نظام أجهزة مخصص أو جهاز يحمل في ثناياه عوامل أو مجرد جهاز إضافي.

أثبت HSM مرارًا وتكرارًا قدرته على تأمين وإدارة المفاتيح الرقمية والتوقيعات الرقمية والمستندات المشفرة الأخرى. يقوم بتشفير وفك تشفير المستندات لضمان أعلى مستوى من السرية والحماية.

يتم اختبار HSMs والتحقق من صحتها واعتمادها وفقًا لأعلى معايير الأمان بما في ذلك FIPS 140-2 والمعايير المشتركة.

لماذا يجب عليك استخدام وحدة أمن الأجهزة (HSM)؟

HSM هو محرك تشفير معزول يمكنه تأمين وإنشاء وإدارة مفاتيح التشفير لأغراض مختلفة. استخدام HSMs غير محدود فعليًا ، اعتمادًا على الاحتياجات وحجم التشغيل. يمكن استخدام وحدة أمان الأجهزة في المؤسسة من أجل:

• حماية الأجهزة من الوصول غير المصرح به أو هجمات الاختراق
• تقليل عدد الحوادث الأمنية المتعلقة بالرموز المفقودة أو المسروقة
• ضمان الامتثال التنظيمي المتعلق بأمن البيانات مثل HIPAA و eIDAS و UIDAI وما إلى ذلك.
• فصل وظائف التشفير عن العمليات العادية
• تخويل ومصادقة نقل التشفير الهام
• ضمان حماية مفاتيح التشفير
• حذف المفاتيح الخاصة نهائيًا لضمان عدم الاسترداد

يمكن استخدام HSMs لتأمين البيانات التي تتجاوز فرضيتك. يمكن أن تساعد الشهادات التي تم إنشاؤها بواسطة HSM في مصادقة الجهاز عن بُعد. من الأفضل استخدام المفاتيح التي تم إنشاؤها بواسطة HSM لتأمين البيانات في السحابة. يمكن نقل هذه المفاتيح بأمان إلى السحابة (على سبيل المثال: Azure و AWS و GCP) ويمكن استخدامها مع تطبيقات الأمان.

كيف يتم استخدام HSMs؟

يجب على أي مؤسسة تتعامل مع معلومات قيمة أو حساسة التفكير في استخدام وحدة أمان للأجهزة. يتضمن هذا النوع من المعلومات بيانات بطاقة الائتمان أو الخصم والملكية الفكرية وبيانات العملاء ومعلومات الموظفين.

تقوم HSMs بتأمين البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة مجموعة من التطبيقات ، بما في ذلك ما يلي:

• المواقع الإلكترونية
• الخدمات المصرفية
• مدفوعات المحمول
• العملات الرقمية
• العدادات الذكية
• أجهزة طبية
• بطاقات الهوية وأرقام التعريف الشخصية (PIN)
• المستندات الرقمية

تُستخدم أجهزة HSM أيضًا لعدة أغراض ، بما في ذلك التوقيع الرقمي وإنشاء المفاتيح وإدارتها ، وضمان الامتثال وتبسيط عمليات التدقيق وتأمين البيانات والهويات الرقمية.

ماذا تفعل وحدة أمن الأجهزة؟

مع تزايد الهجمات الإلكترونية وخروقات البيانات ، أصبحت حماية معلوماتك الحساسة أكثر أهمية من أي وقت مضى. تقوم وحدة أمان الأجهزة بما يلي لضمان مستوى أعلى من الأمان:

• اصدار وحماية وادارة المفتاح الخاص بما في ذلك مفتاح CA الجذر لتطبيق PKI
• دعم التطبيقات المعتمدة لخوارزميات تشفير البيانات الرائدة مثل RSA و ECC و AES وما إلى ذلك.
• توفير وظائف لإنشاء قائمة إبطال الشهادات (CRL) بشكل آمن
• مصادقة المستخدمين والأجهزة من خلال الشهادات الرقمية التي تم إنشاؤها بأمان باستخدام HSM
• يصدر ويدير ويحذف المفاتيح اللازمة لعملية التشفير
• حماية مفاتيح التشفير ومعالجة عمليات التشفير وفك التشفير
• يساعد المؤسسات على تلبية الامتثال التنظيمي الحالي والناشئ مثل UIDAI و CCA و HIPAA و eIDAS و GDPR وما إلى ذلك.

HSM في العالم الحقيقي

مع الاستخدام الواسع النطاق ، أصبحت العديد من الصناعات والشركات تعتمد على أجهزة HSM لتوفير معاملات وتحقق بيانات سريعة وآمنة. مهما كانت حالة الاستخدام ، فإن العناصر الأساسية لأي جهاز HSM تتطلب الآتي:

• تم تصميمه باستخدام أجهزة متخصصة تم اختبارها واعتمادها جيدًا.
• لديه نظام تشغيل موجه للأمان.
• لديه وصول إلى واجهة شبكة يتم التحكم فيها بواسطة معايير داخلية صارمة.
• يقوم بتخزين مادة التشفير وحمايتها بشكل نشط.

عادةً ما يخلط أي مبرمج رمز الوصول إلى قاعدة البيانات ، ومنطق العمل ومكالمات التشفير في تطبيق واحد ، مما يجعله عرضة بشكل خطير للاستغلال والهجوم. يعد هذا نهجًا خطيرًا ، حيث يمكن للمهاجم الاستفادة من البيانات المصممة للوصول إلى مواد التشفير وسرقة المفاتيح وتثبيت شهادة عشوائية وما إلى ذلك.

لمنع مثل هذه الاختراقات ، تتطلب أجهزة HSM منطقتين عمليتين منفصلتين. واحد يحمل منطق الأعمال ، والثاني للتشفير الذي يعهد إليه بعملية التشفير.

كيف تحسن HSMs تكنولوجيا المعلومات وأمن البيانات

هناك أيضًا العديد من الأغراض والاستخدامات الأخرى التي تخدمها أنظمة HSM من حيث البنية التحتية للمفاتيح العمومية والأمن السيبراني العام. يمكنك استخدام HSM من أجل:

• القيام بتخزين وحماية جميع مفاتيح التشفير الخاصة بك طوال دورة حياتها. عادةً ما تكون أجهزة HSM عبارة عن أجهزة مستقلة متصلة بالشبكة ومنفصلة عن الخوادم الخاصة بك. يساعد ذلك في الحفاظ على مفاتيحك آمنة خلال جميع مراحل دورة الحياة – من التوليد وصولاً إلى إتلافها أو إبطالها في نهاية المطاف.
• القيام  بإنشاء أقوى مفاتيح تشفير للبنية التحتية للمفاتيح العمومية الخاصة بك. تمتلك HSMs مولدات أرقام عشوائية حقيقية (TRNGs) توفر العشوائية وعدم القدرة على التنبؤ.
• حماية أمان مفاتيحك من خلال “التصفير”. نظرًا لأن أجهزة HSM هي أجهزة مقاومة للعبث (للهجمات المنطقية والمادية) ، فقد تم تصميمها لمحو أو إتلاف جميع بيانات التشفير المخزنة لمنع الاختراق.
• تأمين عمليات وخدمات التشفير لمؤسستك. يساعد تقييد هذه الوظائف (مثل توقيع شهادات PKI والتطبيقات والمستندات) فقط في بيئة آمنة ومستقلة من HSM على منع التعرض للمفاتيح.
• تحسين أداء الخادم عن طريق موازنة التحميل. أجهزة HSM عبارة عن أجهزة منفصلة ومستقلة يمكن أن تتحمل مسؤولية تنفيذ العمليات التي تعطل الخوادم الخاصة بك بطريقة أخرى. تم تجهيز بعض HSMs للعمل كمسرعات لحركة مرور الويب عن طريق تفريغ عمليات التشفير.
• حماية مفاتيحك من عمليات الاستخراج غير الآمنة التي يمكن أن تؤدي إلى حل وسط. قم “بلف” أو تشفير مفاتيح التشفير لمنع استخراجها بتنسيق نص عادي.
• القيام بتأمين المفاتيح لبيئات التطوير والاختبار والإنتاج الخاصة بك. يحمي HSM مفاتيح PKI الخاصة التي تستخدمها البرامج والأنظمة المتعلقة ببيئات الإنتاج والاختبار الداخلية الخاصة بك حتى تتمكن هذه الأنظمة من استخدامها دون الحاجة إلى الوصول المباشر إليها. (ملاحظة: استخدم HSM منفصل لكل بيئة لتجنب مخاطر أمن البيانات – لا تستخدم أبدًا نفس HSM عبر بيئات متعددة).
• ضمان الامتثال للوائح أمن البيانات وتبسيط عمليات التدقيق. عادةً ما تكون وحدات HSM عبارة عن مكونات أجهزة تم التحقق من صحتها وتضمن الامتثال لأنها تلبي معايير الصناعة المحددة. كما أنها توفر سجلات مقاومة للعبث تبلغك بما يلي:

• ما هي عمليات التشفير التي يتم استخدامها لأدائها ،
• عندما تم تنفيذ هذه العمليات ، و
• من كان مسؤولاً عن الإذن بهذه العمليات.

حالات استخدام HSM

فيما يلي بعض الأمثلة الناجحة لتطبيق وحدات أمن الأجهزة.

حالة الاستخدام 1: حماية المفتاح الخاص

المشكلة: تعتمد التوقيعات الرقمية على التشفير وفك التشفير من خلال المفاتيح الخاصة والعامة للتحقق من الهوية. في حالة اختراق مفتاح خاص لمنظمة أو فرد ، فإنه يتحدى مفهوم التوقيع الرقمي بأكمله.

الحل: تخزن وحدة HSM جميع المفاتيح الخاصة في بيئة آمنة للغاية وخالية من العبث. يقوم بإنشاء مفاتيح جلسات عشوائية حقًا ، ويديرها ، ويحذفها نهائيًا بمجرد انتهاء الغرض منها.

حالات الاستخدام 2: تفريغ عبء العمل من خوادم الويب

المشكلة: تستخدم خوادم الويب وعملائها SSL أو TLS لإنشاء اتصال آمن. في هذه العملية ، يتم تأكيد هوية خادم الويب من خلال أزواج المفاتيح العامة والخاصة التي يتم تشفيرها رياضيًا معًا. هذا يتطلب الكثير من المعالجة مما يجعل خوادم الويب بطيئة.

الحل: يمكن استخدام HSM لتفريغ بعض العمليات الحسابية على مجموعات السحابة. إنه يقلل من الحاجة إلى معالجة خوادم الويب ويضيف طبقة إضافية من الأمان عن طريق تخزين المفتاح الخاص للخادم.

حالة الاستخدام 3: إدارة الأجهزة المحمولة للأجهزة البعيدة

المشكلة: كان من الصعب إنشاء توفير شهادة موثوق به للوصول إلى شبكات الموظفين البعيدة. أدى العمل من المنزل وثقافة BYOD إلى مشكلات أمنية خطيرة.

الحل: ينشئ HSM هويات فريدة للأجهزة ويصدر المفاتيح والشهادات بواسطة PKI حتى على السحابة. يستفيد HSM من الشفافية ويؤمن إدارة الأجهزة المحمولة لضمان الوصول الآمن. يمكن لعملية تسجيل الجهاز البسيطة إدارة وتأكيد هويات جميع أجهزة الموظفين.