موضوع مقاله: پردازنده رمزنگاری ایمن | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پردازنده رمزنگاری ایمن | مقدمه: پردازندهٔ رمزنگاری ایمن یک رایانه یا ریزپردازندهٔ اختصاصی برای انجام عملیات رمزنگاری است که در بسته‌بندی ای تعبیه شده‌است که چندین اقدام فیزیکی امنیتی که باعث ایجاد مقاومت در برابر دستکاری میشود، امن شده‌است. | ## بخش 1: پردازنده رمزنگاری ایمن | بر خلاف پردازنده های رمزنگاری که داده‌های رمزگشایی شده را به یک گذرگاه در یک محیط امن منتقل میکنند، یک پردازندهٔ رمزنگاری ایمن، داده های رمزگشایی شده یا دستورالعمل های برنامه رمزگشایی شده را در محیطی که امنیت همیشه نمی‌تواند در آن حفظ شود، استفاده نمی‌کند. هدف پردازندهٔ رمزنگاری ایمن، این است که به عنوان کانون اصلی یک زیرسیستم امنیتی عمل کند و با اقدامات فیزیکی، نیاز به محافظت از بقیه زیرسیستم را برطرف کند. نمونه ها یک ماژول امنیتی سخت‌افزاری (HSM) شامل یک یا چند تراشه رمزنگاری شده ایمن است. این دستگاه ها، پردازندهٔ رمزنگاری ایمنِ درجه بالا هستند که همراه با سرورهای سازمانی استفاده میشوند. یک ماژول امنیتی سخت‌افزاری میتواند دارای چندین لایه امنیت فیزیکی به همراه یک تک-تراشهٔ پردازندهٔ رمزنگاری ایمن به عنوان امن‌ترین مولفه، باشد. پردازندهٔ رمزنگاری ایمن، کلیدها یا دستورالعمل های اجرایی را روی گذرگاه فاش نمی‌کند مگر به صورت رمزنگاری شده یا صفر کردن کلید در صورت تلاش برای کاوش یا اسکن کردن. تراشه (های) رمزنگاری ممکن است در ماژول های سخت‌افزاری امن همراه با سایر پردازنده ها و تراشه های حافظه که داده های رمز شده را ذخیره و پردازش میکنند، محافظت شود. هرگونه تلاش برای از بین بردن حفاظ باعث میشود که کلیدهای موجود در تراشهٔ رمزنگاری، صفر شوند. یک ماژول امنیتی سخت‌افزاری ممکن است بخشی از یک کامپیوتر (به‌طور مثال یک دستگاه خودپرداز) باشد که در داخل یک بخش امن قفل شده عملیات را انجام میدهد تا از سرقت، تعویض و دستکاری آن جلوگیری کند. کارت‌های هوشمند مدرن، گسترده‌ترین شکل پردازندهٔ رمزنگاری ایمن هستند؛ اگرچه رمزنگاری های ایمن پیچیده‌تر و همه‌کاره به‌طور گسترده ای در سیستم‌هایی مانند دستگاه های خودپرداز، جعبه‌های تنظیم تلویزیون، برنامه های نظامی و تجهیزات ارتباطی قابل حمل با امنیت بالا، گسترش می یابند. برخی از پردازنده‌های رمزنگاری ایمن حتی میتوانند سیستم عامل های عام منظوره مانند لینوکس را در داخل مرز امنیتی خود اجرا کنند. پردازنده های رمزنگاری، دستورالعمل های برنامه را به صورت رمز شده ورودی میگیرند، دستورالعمل ها را رمزگشایی میکنند تا آن‌ها را ساده کنند. این دستورالعمل ها در تراشهٔ رمزنگاری مشابهی اجرا شده اند که در آن، دستورالعمل های رمزگشایی شده به صورت غیرقابل دسترسی ذخیره شده اند. پردازنده های رمزنگاری، با افشا نکردن دستورالعمل های رمزگشایی شدهٔ برنامه، از دستکاری تکنسین‌هایی که ممکن است به اطلاعاتِ گذرگاهِ زیرسیستم دسترسی قانونی داشته باشند، جلوگیری میکند. ماژول بسترهای نرم‌افزاری قابل اعتماد (TPM)، پیاده‌سازی از یک پردازندهٔ رمزنگاری ایمن است که با ایجاد محیط امن، مفهوم محاسبات قابل اعتماد را به حوزهٔ رایانه های شخصی وارد میکند. | ## بخش 2: پردازنده رمزنگاری ایمن | تمرکز پیاده‌سازی های فعلی TPM بر روی ارائهٔ یک محیط راه انداز ضد حمله و رمزگذاری مقاوم و غیرفرار حافظه است. تراشه‌های امنیتی در سیستم های تعبیه شده برای تهیه کردن سطح امنیتی فیزیکیِ کلیدها و سایر موارد محرمانه، مشابه با پردازنده های کارت های هوشمند یا TPM قابل استفاده هستند؛ اما در بسته‌بندی‌های کوچکتر، با پیچیدگی کمتر و ارزان‌تر. آنها معمولاً مانند TPMها، مدارهای یکپارچه کلیدی هستند که قرار است در یک سیستم تعبیه شوند و معمولاً به یک برد کامپیوتر لحیم میشوند. خصوصیات اقدامات امنیتی مورد استفاده در پردازندهٔ رمزنگاری ایمن: مهار کشف و آشکارسازی دخالت لایهٔ محافظِ رسانا در تراشه که از خواندن سیگنال های داخلی جلوگیری میکند. اجرای کنترل شده برای جلوگیری از تاخیرهای زمانی در جهت افشای هرگونه اطلاعات مخفی. زنجیرهٔ اعتماد بارکنندهٔ راه اندازه که قبل از بارگیری سیستم عامل، آن را تأیید میکند. زنجیرهٔ اعتماد سیستم عامل که قبل از بارگیری برنامهٔ نرم‌افزاری آن را تأیید میکند. رجیسترها با قابلیت های مبتنی بر سخت‌افزار، اجرای یک مدل جداسازی با اولویت یک طرفه. تیمی در دانشگاه کمبریج از استخراج موفقیت‌آمیز اطلاعات مخفی از IBM 4758، با استفاده از ترکیبی از ریاضیات و سخت‌افزار رمزگذاری خاص منظوره خبر داد. با این حال، این حمله در سیستم‌های دنیای واقعی عملی نبود زیرا برای این حمله، حمله کننده نیاز داشت به تمام عملکرد APIهای دستگاه دسترسی کامل داشته باشد. شیوه‌های عادی و توصیه شده، از سیستم کنترل دسترسی کامل استفاده میکنند تا اختیارات را از هم جدا کنند و هیچ‌کس نتواند حمله را انجام دهد. در حالی که آسیب‌پذیری که آن ها استخراج کرده اند نقصی در نرم‌افزار بارگذاری شده بر روی ۴۷۵۸ بود و نه معماری خود ۴۷۵۸، حملهٔ آنها به نوعی یادآوری این نکته است که یک سیستم امنیتی تنها به اندازهٔ ضعیف‌ترین پیوند خود امن است. قویترین لینک سخت‌افزار ۴۷۵۸ با وجود نقص های موجود در طراحی و خصوصیات نرم‌افزار بارگذاری شده بر روی آن، کاملاً بی استفاده شد. کارت‌های هوشمند به‌طور قابل توجهی آسیب پذیرتر هستند، زیرا بیشتر در معرض حمله فیزیکی قرار دارند. علاوه بر این در پشتی های سخت‌افزاری میتوانند امنیت را در کارت‌های هوشمند و سایر پردازنده های رمزنگاری تضعیف کنند مگر این که سرمایه‌گذاری هایی بر روی متدهای طراحی ضد در پشتی انجام شود. | ## بخش 3: پردازنده رمزنگاری ایمن | در مورد برنامه‌های رمزگذاری کامل دیسک، به ویژه هنگامی که بدون PIN بوت پیاده‌سازی میشوند، یک پردازندهٔ رمزنگاری در برابر یک حملهٔ راه انداز سرد ایمن نیست، اگر امکان استخراج پشتیبانی داده‌ها برای رو گرفتن از محتوای حافظه، پس از این که سیستم عامل کلیدهای رمزنگاری را از TPM اش بازیابی کرد وجود داشته باشد. با این حال اگر همهٔ اطلاعات حساس تنها در حافظهٔ پردازندهٔ رمزنگاری و نه در حافظهٔ خارجی ذخیره شده باشند، و پردازندهٔ رمزنگاری به گونه ای طراحی شده باشد که قادر به افشای کلیدها یا اطلاعات رمزگشایی شده یا رمز نشده، روی پدهای اتصال تراشه یا برجستگی‌های لحیم کاری نباشد، در این صورت چنین داده های محافظت شده ای تنها با کاوش پردازندهٔ رمزنگاری، پس از حذف هرگونه بسته‌بندی و لایه‌های محافظ فلزی از تراشهٔ پردازندهٔ رمزنگاری، قابل دسترس خواهند بود. این امر، به مالکیت فیزیکی دستگاه و همچنین مهارت و تجهیزات فراتر از کادر فنی معمولی نیازمند است. روش‌های دیگر حمله شامل تجزیه و تحلیل دقیق زمانبندی عملکردهای مختلف است که ممکن است بر اساس اطلاعات مخفی تغییر کنند یا مقدار مصرفی فعلی را در مقابل زمان بررسی میکنند که تفاوت نحوهٔ برخورد با بیت «۰» و بیت «۱» را در داخل سیستم نشان دهد. یا ممکن است حمله کننده دمای بسیار زیاد، فرکانس بیش از حد زیاد یا کم یا ولتاژی که از حد خصوصیات آن گذر کند را اعمال کند تا خطایی را به سیستم القا کند. طراحی داخلی پردازندهٔ رمزنگاری میتواند به نحوی متناسب باشد که از این حمله ها جلوگیری کند. برخی از پردازنده های رمزنگاری ایمن شامل هسته‌های پردازندهٔ دوگانه هستند و در صورت لزوم کلید رمزگذاری غیرقابل دسترسی تولید میکنند به طوری که حتی اگر مدار مهندسی معکوس شود، هیچ کلیدی که برای رمزگشایی ایمن نرم‌افزار بوت شده از حافظه فلش رمزگذاری شده یا ارتباط بین هسته‌ها ضروری هست را، افشا نمی‌کند. اولین طراحی پردازندهٔ رمزنگاری تک تراشه، برای محافظت از کپی نرم‌افزارهای رایانه شخصی (رجوع کنید به ثبت اختراع ایالات متحده ۴٬۱۶۸٬۳۹۶، ۱۸ سپتامبر ۱۹۷۹) و با الهام از نامه بیل گیتس به علاقه‌مندان بود. تاریخچه ماژول امنیتی سخت‌افزار (HSM)، نوعی پردازندهی رمزنگاری ایمن، توسط مهندس محمد م. یک دستگاه کارتخوان و سیستم شناسایی مشتری بود که شامل یک کنسول کارتخوان، دو پدِ PIN مشتری، کنترل کنندهٔ هوشمند و بسته داخلی رابط الکترونیکی بود. به کاربر اجازه میداد تا یک رمز محرمانه را وارد کند که این رمز توسط دستگاه و با استفاده از یک ریزپردازنده برای teller به کد دیگری تبدیل میشد. این یک موفقیت به حساب می‌آمد و منجر به استفاده گسترده از ماژول های با امنیت بالا شد. از ترس آن که Atalla بر بازار مسلط شود، بانک‌ها و شرکت های کارت های اعتباری کار بر روی یک استاندارد بین‌المللی را در دههٔ ۱۹۷۰ آغاز کردند. این سیستم سازگار و استوار با شبکه‌های مختلف سوئیچینگ بود و قادر به تنظیم مجدد خود به صورت الکترونیکی به هر یک از ۶۴۰۰۰ الگوریتم غیرخطی برگشت‌ناپذیر مطابق با سوابق اطلاعات کارت بود. | ## جمع‌بندی | محصولات ماژول امنیتی سخت‌افزار Atella هر روزه از ۲۵۰ میلیون تراکنش کارت از سال ۲۰۱۳ محافظت میکند و اکثر معاملات خودپردازهای جهان را از سال ۲۰۱۴ تضمین میکند.