Bring Your Own Key: Warum sicheres Schlüsselmanagement für Cloud-Sicherheit essenziell ist

1. Einführung

Mit dem Wechsel zu cloudbasierten Infrastrukturen stehen Unternehmen vor der Herausforderung, die Kontrolle über ihre Verschlüsselungsschlüssel zu behalten – eine zentrale Voraussetzung für den Schutz sensibler Daten. Die traditionelle Abhängigkeit von Cloud-Anbieter-gemanagter Verschlüsselung birgt Risiken, da sie die direkte Kontrolle und Transparenz einschränkt.

Um diese Risiken zu minimieren, setzen viele Unternehmen weiterhin auf Bring Your Own Key (BYOK). BYOK ermöglicht es Organisationen, die vollständige Eigentümerschaft und Kontrolle über ihre Verschlüsselungsschlüssel zu behalten, während sie gleichzeitig Cloud-Dienste nutzen. Dadurch bleibt sensible Unternehmensdaten auch in Multi-Tenant- oder ausgelagerten Umgebungen geschützt.

Allerdings reicht es nicht aus, Schlüssel nur zu generieren – sie müssen sicher gespeichert, genutzt und bei Bedarf widerrufen werden, und das in einer skalierbaren und effizienten Weise. Traditionelle Hardware Security Modules (HSMs) bieten manipulationssichere Umgebungen für das Schlüsselmanagement und sind ein fester Bestandteil sicherer IT-Infrastrukturen. Doch der Wechsel in die Cloud stellt neue Herausforderungen:

• HSMs wurden für physische, lokale Umgebungen entwickelt und lassen sich nur schwer in hochvirtualisierte, global verteilte Cloud-Umgebungen integrieren.
• Die Verwaltung und Skalierung traditioneller HSMs erfordert erhebliche Investitionen und komplexe Implementierungen.

Hier setzt enclaives Virtual HSM (vHSM) an. Es bietet eine flexible und sichere Lösung für das Schlüsselmanagement in der Cloud, ohne Kompromisse bei Leistung oder Skalierbarkeit einzugehen.

‍2. Was ist Key Management?

Key Management umfasst die Erzeugung, Speicherung und Verwaltung von Verschlüsselungsschlüsseln, die zur Sicherung von Daten verwendet werden. Diese Schlüssel müssen streng geschützt werden, da ein Sicherheitsverstoß zu Datenlecks, unbefugtem Zugriff sowie erheblichen finanziellen und reputativen Schäden für ein Unternehmen führen kann.

Traditionell basieren Key Management Systeme (KMS) auf Hardware Security Modules (HSMs). HSMs sind spezialisierte Geräte, die kryptografische Schlüssel schützen und sichere Operationen ausführen. Sie bieten manipulationssichere Umgebungen und gewährleisten eine hohe physische Sicherheit beim Management von Verschlüsselungsschlüsseln.

Allerdings stoßen traditionelle HSMs in Cloud-Umgebungen an Grenzen, da hier Flexibilität und Skalierbarkeit entscheidend sind. Physische HSMs sind hardwaregebunden und lassen sich nur schwer in moderne, dynamische Cloud-Infrastrukturen integrieren.

3. Warum setzen Unternehmen auf Key Management?

Unternehmen nutzen Key Management, um sensible Daten zu schützen und regulatorische Anforderungen zu erfüllen. Besonders in Branchen wie Finanzdienstleistungen, Gesundheitswesen und im öffentlichen Sektor ist Datensicherheit essenziell. Ein leistungsstarkes Key Management System gewährleistet:

• Datenvertraulichkeit: Verschlüsselungsschlüssel verhindern, dass Unbefugte auf sensible Daten zugreifen oder sie lesen können.
• Datenintegrität: Durch digitale Signaturen und Prüfsummen stellt ein Key Management System sicher, dass Daten während der Übertragung nicht manipuliert wurden.
• Einhaltung von Vorschriften: Viele Branchen unterliegen strengen Datenschutzgesetzen wie GDPR, HIPAA oder PCI-DSS. Diese Vorschriften verlangen sichere Verschlüsselungsverfahren, zu denen auch ein robustes Schlüsselmanagement gehört.

4. Die Herausforderung traditioneller Key-Management-Systeme in Cloud-Umgebungen

Wie bereits erwähnt, stehen Unternehmen bei der Migration in die Cloud vor einer besonderen Herausforderung: Traditionelle HSMs lassen sich nur schwer in Cloud-Architekturen integrieren.

Physische HSMs wurden für On-Premises-Infrastrukturen entwickelt. Ihr Einsatz in der Cloud bringt daher mehrere logistische Probleme mit sich:

• Kosten: Physische HSMs erfordern hohe Anfangsinvestitionen in Hardware und Wartung, was ihre Skalierung teuer macht.
• Eingeschränkte Flexibilität: Traditionelle HSMs sind nicht einfach skalierbar. Wenn das Datenvolumen eines Unternehmens wächst oder schwankt, wird die Skalierung der physischen Infrastruktur komplex und kostspielig.
• Geografische Einschränkungen: Die Installation und Verwaltung von HSMs über mehrere Cloud-Anbieter und Regionen hinweg ist unpraktisch und erschwert Multi-Cloud-Strategien.

Diese Probleme können die sichere und kosteneffiziente Cloud-Migration eines Unternehmens erheblich behindern.

5. Bring Your Own Key (BYOK) und sicheres Schlüsselmanagement

Bring Your Own Key (BYOK) ermöglicht es Unternehmen, eigene Verschlüsselungsschlüssel zu nutzen, anstatt auf das integrierte Key-Management-System des Cloud-Anbieters angewiesen zu sein.

Der größte Vorteil von BYOK ist die vollständige Kontrolle: Unternehmen können ihre Schlüssel selbst generieren, speichern und verwalten und erhalten so höhere Sicherheit und Transparenz.

Allerdings bringt BYOK auch Herausforderungen mit sich. Unternehmen müssen sicherstellen, dass ihre Key-Management-Praktiken wirklich sicher sind – insbesondere in Bezug auf den Schutz der Schlüssel in allen Phasen:

• Während der Übertragung (in transit)
• Im Speicher (at rest)
• Während der Nutzung (in use)

Genau hier kommen virtuelle HSMs (vHSMs) ins Spiel – insbesondere jene von enclaive. Sie bieten eine sichere, cloud-optimierte Lösung, um BYOK-Strategien effektiv und ohne Sicherheitskompromisse umzusetzen.

6. Was ist ein Virtual HSM?

Ein virtuelles Hardware Security Module (vHSM) bietet die gleichen Sicherheitsvorteile wie ein traditionelles HSM, wurde jedoch speziell für Cloud-Umgebungen entwickelt.

vHSMs sind softwarebasierte Lösungen, die die Funktionen physischer HSMs nachbilden, jedoch ohne die Einschränkungen durch Hardware-Abhängigkeiten.

Durch den Einsatz von Confidential Computing kombinieren vHSMs hardwaregestützte Sicherheit mit der Skalierbarkeit der Cloud. Dadurch können Unternehmen Key-Management-Systeme implementieren, die nicht an physische Hardware gebunden sind – und erhalten Flexibilität, ohne Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen.

7. Wie Virtual HSM die Cloud-Sicherheit verbessert

Ein virtuelles Hardware Security Module (vHSM) nutzt die Prinzipien von Confidential Computing, um das gleiche Sicherheitsniveau wie physische HSMs zu bieten und gleichzeitig die Einschränkungen hardwaregebundener Lösungen in der Cloud zu umgehen.

Confidential Computing stellt sicher, dass Daten selbst während der Verarbeitung verschlüsselt bleiben, um unbefugten Zugriff zu verhindern. Dies ist besonders in Cloud-Umgebungen entscheidend, da dort gemeinsam genutzte Infrastrukturen zusätzliche Risiken bergen.

Wie Confidential Computing vHSMs absichert

Durch den Einsatz von Confidential Computing arbeiten vHSMs in isolierten, verschlüsselten Umgebungen, den sogenannten sicheren Enklaven. Diese Enklaven werden durch Security Processors (SPs) geschützt, die direkt in moderne CPU-Architekturen von Intel, AMD und ARM integriert sind.

Der entscheidende Vorteil: Daten und Verschlüsselungsschlüssel bleiben während der Verarbeitung im Speicher verschlüsselt. Sie sind dadurch selbst für den Cloud-Anbieter unzugänglich. Dies schließt eine der größten Sicherheitslücken traditioneller Cloud-Setups, in denen Verschlüsselungsschlüssel während der Nutzung offengelegt oder in unverschlüsseltem Speicher abgelegt werden könnten.

Wie enclaives vHSM mit Confidential Computing arbeitet

• Verschlüsseltes Ausführungsumfeld: Das vHSM nutzt die CPU-integrierten Security Processors (SPs), um einen speziellen "Enklaven"-Speicherbereich zuzuweisen. Dieser Speicherbereich ist verschlüsselt und kann nur innerhalb des SPs entschlüsselt werden. Das vHSM und alle zugehörigen Daten werden in dieser Enklave ausgeführt, sodass alle kryptografischen Operationen in einem vollständig verschlüsselten Zustand stattfinden.
• Laufzeitverschlüsselung: Confidential Computing stellt sicher, dass Verschlüsselungsschlüssel und sensible Daten nicht nur im Speicher (at rest) oder während der Übertragung (in transit) geschützt sind, sondern auch während der Verarbeitung (in use). Technologien wie Intel SGX (Software Guard Extensions) oder AMD SEV (Secure Encrypted Virtualization) sorgen dafür, dass nur vertrauenswürdiger Code innerhalb der Enklave auf entschlüsselte Daten und Schlüssel zugreifen kann.
• Attestierungsmechanismus: Vor der Bereitstellung des vHSM stellt ein Attestierungsprozess sicher, dass die Enklave und die darin ausgeführte Software integritätsgeprüft und manipulationssicher sind. Der Security Processor generiert ein einzigartiges "Siegel" für die verschlüsselte Enklave. Dieses Siegel kann von externen Parteien verifiziert werden, um sicherzustellen, dass keine unautorisierte Software innerhalb der Enklave läuft.

Vorteile von enclaives vHSM gegenüber traditionellen HSMs

• Nahtlose Cloud-Integration: vHSMs nutzen standardisierte Cloud-Infrastrukturen, um eine hoch skalierbare und flexible Lösung für das Schlüsselmanagement bereitzustellen. Im Gegensatz zu traditionellen HSMs, die an spezifische Hardware gebunden sind, können vHSMs einfach über mehrere Cloud-Regionen hinweg bereitgestellt werden. Dies macht sie ideal für Unternehmen mit verteilten oder Multi-Cloud-Architekturen.
• Kosteneffiziente Skalierbarkeit: Klassische HSMs erfordern teure, dedizierte Hardware und müssen oft überdimensioniert werden, um Leistungsspitzen zu bewältigen. vHSMs skalieren bedarfsgerecht in virtuellen Umgebungen – Unternehmen zahlen nur für die tatsächlich genutzten Ressourcen. Dies reduziert sowohl die Anfangsinvestitionen als auch die laufenden Betriebskosten.
• Minimale Performance-Einbußen: Dank der Integration mit Confidential Computing bleibt der Performance-Overhead gering. Die Nutzung hardwarebeschleunigter AES-Verschlüsselung in modernen CPUs verursacht nur einen zusätzlichen CPU-Zyklusaufwand von 2–3 %. Dadurch eignet sich vHSM auch für leistungskritische Anwendungen.

Durch die isolierte, verschlüsselte Ausführung aller Schlüsselmanagement-Prozesse bietet enclaives vHSM eine robuste Lösung für Cloud-native Anwendungen. Unternehmen behalten jederzeit die vollständige Kontrolle über ihre Verschlüsselungsschlüssel, ohne auf physische HSM-Hardware angewiesen zu sein oder die Sicherheitsrisiken cloudanbieter-gemanagter Schlüssel in Kauf nehmen zu müssen.

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8. Budgetüberlegungen und ROI

Bei der Wahl eines sicheren Schlüsselmanagements spielen Budgetbeschränkungen für Unternehmen eine wichtige Rolle. Während traditionelle HSMs hohe Anfangsinvestitionen erfordern, bieten virtuelle HSMs eine kostengünstigere Alternative.

Da vHSMs in virtuellen Umgebungen betrieben werden, entfallen Kosten für physische Hardware, Platzbedarf und laufende Wartung.

Zusätzlich sorgen die Flexibilität und Skalierbarkeit von vHSMs dafür, dass Unternehmen nur für die tatsächlich benötigten Ressourcen zahlen, was den Return on Investment (ROI) deutlich verbessert. Die geringere Abhängigkeit von physischer Hardware hilft Unternehmen außerdem, ihr IT-Budget zu optimieren und mehr Mittel für andere Bereiche der Cybersicherheitsstrategie bereitzustellen.

9. Fazit

Mit der zunehmenden Cloud-Nutzung müssen Unternehmen ihre Cybersicherheitsstrategien überdenken – insbesondere in Bezug auf die Verwaltung von Verschlüsselungsschlüsseln.

Bring Your Own Key (BYOK) ermöglicht es Unternehmen, die Kontrolle über ihre Schlüssel zu behalten. Doch ohne die richtige Infrastruktur kann BYOK zusätzliche Herausforderungen mit sich bringen.

Virtuelle HSMs (vHSMs) bieten eine sichere, skalierbare und kosteneffiziente Lösung für das Schlüsselmanagement in der Cloud. Durch den Einsatz von Confidential Computing vereinen vHSMs die hohe Sicherheit traditioneller HSMs mit der Flexibilität, die moderne Cloud-Umgebungen erfordern.

Unternehmen jeder Größe können von dieser Technologie profitieren, da sie sensible Daten schützt, ohne die Vorteile des Cloud Computing zu beeinträchtigen.

Um Ihre Cybersicherheitsstrategie zu stärken, sollten Sie die Integration virtueller HSMs in Ihre Cloud-Infrastruktur in Betracht ziehen. Mit Lösungen wie enclaives vHSM kann Ihr Unternehmen sich gegen neue Bedrohungen absichern und gleichzeitig die volle Kontrolle über seine Verschlüsselungsschlüssel behalten.

Für detailliertere Einblicke und Anwendungsfälle werfen Sie einen Blick auf enclaives Lösungen oder sprechen Sie mit Cybersicherheitsexperten, um die Anforderungen Ihres Unternehmens besser zu bewerten.

Über enclaive

Die enclaive GmbH ist ein ausgezeichnetes Start-up mit Sitz in Berlin, das Unternehmen dabei unterstützt, sensible Daten und Anwendungen in untrusted Cloud-Umgebungen zu schützen – durch den Einsatz von Confidential Computing.

Die umfassende Multi-Cloud-Plattform von enclaive ermöglicht Zero Trust Security, indem Daten während der Nutzung verschlüsselt und Anwendungen vor Zugriffen durch die Infrastruktur- und Lösungsanbieter abgeschirmt werden.

Mit enclaive können Unternehmen sicher Cloud-Anwendungen entwickeln, testen und bereitstellen, ohne die Kontrolle über ihre vertraulichen Informationen zu verlieren.

Das Ziel von enclaive ist es, eine universelle, cloud-unabhängige Technologie bereitzustellen, mit der sich komplexe Multi-Cloud-Anwendungen sicher und mühelos ausführen lassen.