Шифр-HSM
Сайфер «Шифр-HSM» семейство универсальных высокопродуктивных программно-аппаратных сетевых криптографических модулей, которые выполняют криптографические преобразования и могут быть использованы в различных прикладных системах.
Сетевой криптографический модуль «Шифр-HSM» (далее СКМ «Шифр-HSM» или HSM) предназначен для защищенной генерации, надежного хранения и использования ключей в скоростных криптографических преобразованиях. Для взаимодействия пользователей с СКМ «Шифр-HSM» используются сетевые протоколы транспортного уровня.
Применяется для криптографической защиты:
- информации с ограниченным доступом (кроме служебной информации и информации, составляющей государственную тайну),
- открытой информации, требование относительно защиты которой установлено действующим законодательством.
Сетевой криптомодуль относится к аппаратно-программным средствам криптографической защиты информации вида Б подвида Б2, категорий «Ш», «К» и «П» и класса В2 согласно Приказа №141 от 20.07.2007 Госспецсвязи Украины.
Сетевой криптомодуль используется только в локальной защищенной сети учреждения.
Общая характеристика
К основным функциям Сетевого криптографического модуля «Шифр-HSM» относятся:
- Начальная инициализация.
- Восстановление из резервной копии и восстановление до заводских настроек.
- Аутентификация администраторов на HSM с использованием защищенных носителей.
- Использование защищенных носителей, как локально, так и удаленно.
- Создание резервных копий внутреннего состояния.
- Хранение резервных копий модуля на отдельном защищенном средстве - СКМ исключительно для хранения резервных копий.
- Репликация текущего внутреннего состояния одного СКМ на несколько СКМ (до 16 в режиме Master-Slave).
- Удаленное администрирование с использованием web-интерфейса.
- Удаленный мониторинг с использованием web-интерфейса и по SNMP.
- Возможность хранения не только ключей, но и конфиденциальных данных в большом количестве (ограничивается объемом внутренней памяти, 256, 512 ГБ и 1 ТБ).
- Защита от открытия и проникновения в СКМ, с физическим уничтожением или удалением конфиденциальной информации.
- Выполнение криптографических операций.
Выполняются следующие криптографические операции:
- Симметричное и асимметричное шифрование.
- Формирование и проверка электронной подписи.
- Вычисление общего секрета.
- Вычисление хеш-функции.
- Генерация ключевых данных и случайных последовательностей.
- Распределение ключевых данных.
- Хранение произвольных данных во внутренней памяти и защита их от несанкционированного доступа.
|
Преобразование
|
Алгоритмы
|
|
Симметричное шифрование
|
|
|
Коды аутентификации сообщений
|
та
|
|
Асимметричное шифрование
|
|
|
Электронная подпись
|
|
|
Хэш-функции
|
|
|
Распределение ключей
|
ДСТУ ISO/IEC 15946-3, по схеме KANIDH (в полиномиальном базисе)
|
|
Генерации ключевых данных и случайных последовательностей
|
|
|
Профили защиты устройств создания безопасного подписи
|
|
К семейству программно-аппаратных сетевых криптографических платформ относятся следующие:
- Базовый. Для генерации, хранения и использования ключей ЦСК, вспомогательных сервисов ЦСК (OCSP, TSP, CMP) и других информационных систем.
- Внутренний. Для генерации, хранения и использования ключей подписчиков учреждения.
- Резервный. Для хранения резервных копий других СКМ.
Базовый
Сетевой криптографический модуль «Шифр-HSM» предназначен для активного использования небольшого количества ключей, то есть использование небольшого количества ключей для одновременного (параллельного) выполнения большого количества криптографических операций.
Примером эффективного использования такой комплектации есть:
-
Хранение ключей учреждения, ключей ЦСК и его сервисов, вспомогательных сервисов автоматизированных систем.
-
Наложение ЭП на документы, например электронных печатей на электронные выписки движения средств на счетах клиентов банка ключами учреждения.
-
Наложение ЭП сервисами ЦСК и вспомогательными сервисами ЦСК (OCSP, TSP, CMP).
-
Наложение ЭП различными автоматизированными системами.
Специализация данного устройства заключается в необходимости наложения большого количества подписей с использованием незначительного количества виртуальных токенов (до 1 тыс). Такая специфика заложена в архитектуру устройства, например к одному виртуальному токену можно обращаться одновременно из нескольких клиентов, но только один может изменять состояние, а остальные могут лишь использовать личные ключи для криптографических преобразований. Понятно, что в таком режиме невозможно пользоваться одновременно всеми ключами на устройстве, но за счет высокого быстродействия можно ставить до 1000 подписей параллельно.
Все виртуальные носители находятся в оперативной памяти и не считываются из защищенного хранилища во время работы. Для повышения быстродействия, виртуальные носители могут дублироваться в оперативной памяти.
Комплектация Сетевого криптомодуля «Шифр-HSM» семейства «Базовый»
|
Комплектация/
Характеристики
|
Ключей,
тыс. шт |
Одновременных сессий
|
CPU, ядер
|
RAM, ГБ
|
Защищенное хранилище, ГБ
|
Хранилище, ГБ
|
Сетевой интерфейс
|
|
Начальный
|
30
|
256
|
X4H
|
16
|
256
|
240
|
2 x Gigabit Ethernet
|
|
Стандартный
|
60
|
512 |
X6H
|
32
|
256
|
240
|
2 x Gigabit Ethernet
|
|
Высокопродуктивный
|
90
|
1024
|
X8H
|
64
|
256
|
480
|
2 x 10 Gigabit Ethernet
|
В зависимости от комплектации, СКМ может хранить и эффективно обслуживать до 90 тыс. виртуальных ключевых носителей.
Внутренний
Сетевой криптографический модуль «Шифр-HSM» предназначен для активного использования среднего количества ключей пользователей, то есть использование среднего количества ключей для одновременного (параллельного) небольшого количества криптографических операций.
Примером эффективного использования такой комплектации есть:
- Хранение ключей пользователей ЦСК.
- Наложение подписей пользователями ЦСК в процессе своей работы.
Специализация данного устройства заключается в необходимости наложения небольшого количества подписей с использованием значительного количества виртуальных токенов (до 100 тыс.). Такая специфика заложена в архитектуру устройства, например к одному виртуальному токену может обращаться одновременно только один подписант, однако количество таких подписчиков может приближаться к (10 тыс.) во время выполнения криптографических преобразований. Понятно, что в таком режиме невозможно пользоваться одновременно всеми ключами на устройстве, но за счет высокого быстродействия можно ставить подписи до 10 тыс. пользователям параллельно.
Все виртуальные носители находятся в оперативной памяти и не считываются с защищенного хранилища во время работы. Для обеспечения одновременной работы большого количества виртуальных носителей, все виртуальные носители присутствуют в памяти в одном экземпляре. В таком случае невозможно создать несколько одновременных сессий к одному и тому же виртуальному носителю.
Комплектация Сетевого криптомодуля «Шифр-HSM» семейства «Внутренний»
|
Комплектация/
Характеристики
|
Ключей,
тыс. шт |
Одновременных сессий
|
CPU, ядер
|
RAM, ГБ
|
Защищенное хранилище, ГБ
|
Хранилище, ГБ
|
Сетевой интерфейс
|
|
Начальный
|
300
|
1536
|
X12H
|
256
|
512
|
800
|
2 x Gigabit Ethernet
|
|
Стандартный
|
600
|
2048
|
X16H
|
512
|
512
|
800
|
2 x 10 Gigabit Ethernet
|
|
Высокопродуктивный
|
1000
|
4096
|
X24H
|
1024
|
1024
|
800
|
2 x 10 Gigabit Ethernet
|
СКМ семейства «Внутренний» отличаются от «Базовый»:
- Процессорами с большей тактовой частотой
- Большим объемом оперативной памяти
- Большим защищенным хранилищем
- Большим операционным хранилищем
- Большей пропускной способностью сетевых адаптеров
- Другими алгоритмами работы с виртуальными защищенными носителями (описано выше)
В зависимости от комплектации, СКМ может хранить и эффективно обслуживать до 90 тыс. виртуальных ключевых носителей.
Резервный
Сетевой криптографический модуль «Шифр-HSM» предназначен для хранения резервных копий (Backup), ориентированный на частые выполнения процедур резервного копирования и защищенного хранения резервных копий одного или нескольких других криптомодулей.
Резервные копии, хранящиеся на Резервном СКМ «Шифр-HSM», могут быть использованы для восстановления состояния другого СКМ «Шифр-HSM».
Примером эффективного использования такой комплектации есть:
-
Хранение резервных копий одного или нескольких криптомодулей.
-
Восстановление криптомодулей из резервных копий, хранящихся на криптомодуле для хранения резервных копий.
Комплектация Сетевого криптомодуля «Шифр-HSM» семейства «Резервный»
|
Комплектация/
Характеристики
|
Ключей,
тыс. шт |
Одновременных сессий
|
CPU, ядер
|
RAM, ГБ
|
Защищенное хранилище, ГБ
|
|
Начальный
|
P2H
|
8
|
256
|
800
|
2 x Gigabit Ethernet
|
|
Стандартный
|
C4H
|
8
|
512
|
800
|
2 x Gigabit Ethernet
|
|
Высокопродуктивный
|
X4H
|
16
|
1024
|
800
|
2 x Gigabit Ethernet
|
Устройства оборудованы специализированным устройством защиты от проникновения и вскрытия, а также внутренними электронными замками.
Продуктивность
Условия тестирования для оценки производительности:
-
СКМ «Шифр-HSM» Базовый в комплектации Стандарт, 1 шт.
Результаты оценки быстродействия приведены в таблице ниже
|
Операция
|
Алгоритм
|
Длина ключа, бит
|
Скорость, оп/с
|
|
Формирование ЭП
|
ДСТУ 4145-2002
|
257
|
5583
|
|
Формирование ЭП
|
ДСТУ 4145-2002
|
431
|
2193
|
|
Формирование ЭП
|
ECDSA
|
256
|
4808
|
|
Формирование ЭП
|
ECDSA
|
384
|
5008
|
|
Формирование ЭП
|
RSA
|
2048
|
1166
|
|
Формирование ЭП
|
RSA
|
4096
|
762
|
Следует отметить, эксперименты показали, что для полной нагрузки СКМ созданием подписей (CAdES-X Long) ДСТУ 4145-2002 с длиной ключа 257 бит, следует привлечь вычислительные мощности в несколько раз (2-3) больше чем у СКМ.
Во время исчисления подписей (CAdES-X Long) удалось сформировать в 1024 потока подпись за время в диапазоне 0,5-1,0 с для небольших данных (32 байта) от вызова REST API СКЗИ Шифр-CaaS на создание сессии, последующего создания подписи и до удаления сессии.
-
СКМ «Шифр-HSM» Внутренний в комплектации Стандарт, 1 шт.
Результаты оценки быстродействия приведены в таблице ниже
| Операция | Алгоритм | Длина ключа, бит | Скорость, оп/с |
| Формирование ЭП | ДСТУ 4145-2002 | 257 | 10865 |
| Формирование ЭП | ДСТУ 4145-2002 | 431 | 9174 |
| Формирование ЭП | ECDSA | 256 | 8521 |
| Формирование ЭП | ECDSA | 384 | 8373 |
| Формирование ЭП | RSA | 2048 | 1987 |
| Формирование ЭП | RSA | 4096 | 1349 |
Интеграция и использование
Для использования ключей, находящихся на СКМ следует пользоваться:
- На самом низком уровне интеграции, используется клиентская библиотека, реализующая интерфейс PKCS # 11. Между клиентским окружением и СКМ образуется защищенный канал связи по протоколу TLS v1.2 с взаимной аутентификацией. Ключи для пользовательского окружения генерируются на СКМ администраторами, и предоставляются (устанавливаются) в клиентском окружении.
- На более высоком уровне используется интеграция с СКЗИ Шифр-CaaS, и дальнейшее взаимодействие осуществляется через REST API.
- Для управления виртуальными ключевыми носителями на одном или нескольких СКМ, следует использовать СУВТ Шифр-vTMS, которая ведет учет и статистику использования виртуальных носителей и может применяться для:
-
Статическая балансировка нагрузки между несколькими СКМ на основе существующей статистики (на одном СКМ может находиться несколько десятков ключей, а на другом десятки тысяч, однако по количеству обращений они будут тождественны).
-
Равномерного распределению ключей между СКМ.
-
- Каждый СКМ имеет несколько сетевых интерфейсов, которые могут быть использованы следующим образом:
-
или Network Bonding Interface
-
или Резервирование на сетевом коммутаторе сетевых интерфейсов
-
Классическая схема использования СКМ
По данной схеме изображено использование по REST API облачной платформы (на основе СКЗИ Шифр-CaaS) для взаимодействия с СКМ Шифр-HSM.
Для управления виртуальными носителями используется СУВТ Шифр-vTMS.
Внутреннее состояние СКМ полностью дублируется между собой по схеме Master-Slave в другие ЦОД. Кроме того, выполняется резервное копирование с обеих СКМ на Backup.
Сложная схема использования СКМ
По данной схеме изображено использование по REST API облачной платформы (на основе СКЗИ Шифр-CaaS) для взаимодействия с СКМ Шифр-HSM.
Для управления виртуальными носителями используется СУВТ Шифр-vTMS. Для обслуживания большого количества защищенных носителей следует использовать схему распределения носителей между несколькими СКМ (шардование).
Кроме того, возможно обеспечить дублирование внутреннего состояния СКМ между собой по схеме Master-Slave в другие ЦОД.
Соответствие
СКМ "Шифр-HSM" полностью соответствует требованиям, предъявляемым к средствам КЭП:
- Экспертное заключение Госспецсвязи Украины в сфере КЗИ №04/03/02-1762 от 08.07.2020. Срок действия экспертного заключения: до 08.07.2025 года.
- Экспертное заключение Госспецсвязи Украины на соответствие профилям защиты для устройств создания безопасной квалифицированной электронной подписи №04/05/02-1282 от 29.04.2021. Срок действия экспертного заключения: до 08.07.2025 года.
Ссылка для просмотра экспертных заключений.
Комплектность
Комплектность изделия Сетевого криптографического модуля «Шифр-HSM»:
-
СКМ «Шифр-HSM» реализует функции криптографических преобразований и работы с ключевыми данными.
-
Инсталляционные пакеты программ, реализующих прикладные программные интерфейсы информационного взаимодействия изделия «Шифр-HSM» и внешнего ПО.
Комплектность образца СКМ «Шифр-HSM»:
-
Сетевой криптографический модуль «Шифр-HSM»
-
Носитель информации с программным обеспечением и документацией
-
Формуляр (паспорт)
-
Гарантийный талон
-
Кабель питания сетевой
-
Комплект крепления в 19 "стойку
-
Набор креплений
-
Упаковка
СКМ «Шифр-HSM» реализует выполнение функций обработки информации через прикладной программный интерфейс.
ПО, входящее в комплектность изделия СКМ «Шифр-HSM», разработано в виде набора библиотек PKCS # 11 для ОС: семейства Microsoft Windows, Linux.
Поддержка и ремонт
На аппаратное обеспечение предоставляется 3 года гарантии:
-
В течение первого года замена (в течение нескольких дней).
-
В течение следующих 2 лет - гарантийный ремонт (по возможности / наличием предоставляется подменное оборудование).
На программное обеспечение предоставляется 1 год гарантийного сопровождения, последующие годы стоимость сопровождения выполняется по программе «Standard» и составляет 20%.
Срок поставки
В связи с тем, что при производстве СКМ используется аппаратное обеспечение и комплектующие иностранного производства, которые следует подключить, настроить, интегрировать и протестировать, то это существенно влияет на сроки поставки СКМ конечным заказчикам.
-
При наличии оборудования на складе группы «Сайфер», срок поставки составит 5 рабочих дней.
-
В случае отсутствия оборудования на складе группы «Сайфер», но наличии оборудования на складе поставщиков, срок поставки составит до 30 рабочих дней.
-
В случае отсутствия оборудования на складе поставщиков, срок поставки составит до 60 рабочих дней.
Сравнение с устройствами международных производителей
Использование PKCS#11 интерфейса для взаимодействия с устройством позволяет обеспечить аналогичную функциональность, как и решения от:
-
Thales (Luna HSM)
-
nCipher (nShield Connect)
Использование стандартной обертки Java для PKCS#11 или обертки от Tugraz, позволяет легко выполнить использование СКМ в Java.