Schlüsselmanagement in der Cloud: Warum virtuelle HSMs die Zukunft der Sicherheit sind

Einführung

Die Verwaltung von Verschlüsselungsschlüsseln ist eine der zentralen Herausforderungen, vor denen Unternehmen bei der Sicherung sensibler Daten stehen, insbesondere angesichts der zunehmenden Verbreitung von Cloud-Diensten und Remotespeichern. Ohne eine robuste Schlüsselverwaltungslösung setzen sich Unternehmen Datenschutzverletzungen, finanziellen Verlusten und Compliance-Problemen aus.

Verschlüsselung allein reicht nicht aus; die Art und Weise, wie Unternehmen die kryptografischen Schlüssel verwalten, die ihre Daten schützen, ist entscheidend. Hier spielen sichere Schlüsselverwaltungslösungen wie das Virtual Hardware Security Module (vHSM) von enclaive eine Schlüsselrolle. Diese Lösungen bieten Unternehmen die Sicherheit, Flexibilität und Skalierbarkeit, die sie benötigen, um ihre Daten sowohl in Cloud- als auch in lokalen Umgebungen zu schützen.

In diesem Artikel wird die Bedeutung einer sicheren Schlüsselverwaltung untersucht, verschiedene Lösungen verglichen und aufgezeigt, wie vHSM die Cybersicherheit verbessern, Kosten senken und langfristige IT-Infrastrukturziele unterstützen kann.

Was ist Schlüsselmanagement?

Schlüsselmanagement bezieht sich auf den Prozess der Erstellung, Verteilung, Speicherung und Verwendung kryptografischer Schlüssel zum Schutz vertraulicher Informationen. Es stellt sicher, dass Verschlüsselungsschlüssel sicher aufbewahrt werden, nur autorisierten Parteien zugänglich sind und verfügbar sind, wenn sie zum Entschlüsseln von Daten benötigt werden. Ein effektives Schlüsselmanagement untermauert die Vertraulichkeit, Integrität und Authentizität von Daten — unverzichtbar in Sektoren, in denen Informationen hochsensibel sind, wie z. B. Finanzen, Gesundheitswesen und Behörden.

Im Bankensektor werden beispielsweise häufig Hardware-Sicherheitsmodule (HSMs) verwendet, um Verschlüsselungsschlüssel sicher zu verwalten. Wenn Kunden Transaktionen an Geldautomaten tätigen, müssen ihre PINs im Server-Backend der Bank authentifiziert werden. Um sicherzustellen, dass dieser Prozess sicher ist, werden die zur Überprüfung der PINs verwendeten Verschlüsselungsschlüssel in einem HSM gespeichert. Dies garantiert, dass die kryptografischen Schlüssel auch dann geschützt bleiben, wenn die Softwareinfrastruktur der Bank kompromittiert wird und Unbefugte keinen Zugriff auf sensible Finanzinformationen erhalten können.

Eine entscheidende Herausforderung bei der Schlüsselverwaltung besteht darin, sicherzustellen, dass die Schlüssel selbst sicher sind, selbst wenn Teile des Systems oder der Anwendungsinfrastruktur gefährdet sind. In diesem Bereich spielen hardwarebasierte Lösungen wie Hardwaresicherheitsmodule (HSMs) traditionell eine Rolle. Mit dem Aufkommen von Cloud-Computing und Multi-Cloud-Architekturen ist die sichere Verwaltung von Schlüsseln in verteilten Umgebungen jedoch komplexer geworden.

Warum Unternehmen sichere Schlüsselverwaltungslösungen benötigen

1. Datenschutzverletzungen sind kostspielig und werden immer häufiger

Unternehmen sind beispiellosen Bedrohungen der Datensicherheit ausgesetzt. Eine gut umgesetzte Schlüsselverwaltungsstrategie ist unerlässlich, um vertrauliche Informationen vor unbefugtem Zugriff, Datenschutzverletzungen und Cyberangriffen zu schützen. Laut Die Kosten einer Datenschutzverletzung durch IBM rLaut einem Bericht belaufen sich die weltweiten Durchschnittskosten einer Datenschutzverletzung auf rund 4,88 Millionen US-Dollar. Schlechte Schlüsselverwaltungspraktiken setzen Unternehmen diesem Risiko aus.

Eine sichere Schlüsselverwaltung trägt zum Schutz von Verschlüsselungsschlüsseln bei, die für den Schutz sensibler Daten von zentraler Bedeutung sind. Ohne sie laufen Unternehmen Gefahr, den Zugriff auf wichtige Informationen zu verlieren, mit Compliance-Verstößen konfrontiert zu werden und ihren Ruf zu schädigen.

2. Konformität und regulatorische Anforderungen

Regulatorische Rahmenbedingungen wie GDPR, HIPAA und PCI DSS erfordern den sicheren Umgang mit sensiblen Daten. Das Schlüsselmanagement ist ein grundlegender Aspekt dieser Anforderungen. Verschlüsselung allein reicht nicht aus. Die Art und Weise, wie Schlüssel generiert, gespeichert und verwaltet werden, muss strengen Sicherheitsstandards entsprechen. Die Implementierung einer Lösung wie vHSM, die eine manipulationssichere Schlüsselspeicherung in Cloud-Umgebungen bietet, kann Unternehmen dabei helfen, diese regulatorischen Anforderungen zu erfüllen.

3. Schutz vor Datenverlust in der Cloud

Da immer mehr Unternehmen ihren Betrieb in die Cloud verlagern, stehen sie vor der Herausforderung, Daten zu schützen, die in Infrastrukturen von Drittanbietern gespeichert sind. Die Strategien zum Schutz vor Datenverlust in der Cloud konzentrieren sich darauf, den unbefugten Zugriff auf gespeicherte oder während der Übertragung befindliche Daten zu verhindern. Im Mittelpunkt steht dabei die Sicherstellung, dass die Verschlüsselungsschlüssel sicher verwaltet und gespeichert werden, auch wenn die Infrastruktur außerhalb der direkten Kontrolle des Unternehmens liegt.

Herkömmliche HSMS — Hardwaregeräte, die Schlüssel sicher speichern und verwalten — eignen sich gut für lokale Umgebungen. Sie haben jedoch Schwierigkeiten, sich reibungslos in Cloud-Architekturen zu integrieren. Hier kommen virtuelle Hardware-Sicherheitsmodule (VHSMs) ins Spiel, die die Sicherheit von HSMs mit der Flexibilität und Skalierbarkeit der Cloud kombinieren.

Alternativen zur traditionellen Schlüsselverwaltung 

Um die richtige Schlüsselverwaltungslösung auszuwählen, ist es wichtig, die verschiedenen Technologien und Infrastrukturen zu verstehen, die jede Option verwendet. Hier finden Sie eine Aufschlüsselung der wichtigsten Verwaltungstechnologien.

Wichtige Verwaltungsoptionen: Traditionelles HSM im Vergleich zu virtuellem HSM

1. Herkömmliche Hardware-Sicherheitsmodule (HSMs)

Herkömmliche Hardware-Sicherheitsmodule (HSMs) sind dedizierte physische Geräte, die eine sichere, manipulationssichere Umgebung für die Speicherung und Verwaltung kryptografischer Schlüssel bieten. Diese Systeme genießen aufgrund ihrer physischen Sicherheitseigenschaften hohes Vertrauen und werden häufig vor Ort eingesetzt. HSMs werden verwendet, um vertrauliche Informationen zu schützen, indem sie kryptografische Operationen wie Verschlüsselung, Entschlüsselung und Signierung durchführen, ohne dass Schlüssel dem Rest des Systems zugänglich gemacht werden.

HSMs sind so konzipiert, dass sie sicherstellen, dass die Schlüssel auch dann sicher in der Hardware bleiben, wenn der Software-Stack kompromittiert wird. Stellen Sie sich das wie einen digitalen Tresor vor, der wichtige Vertraulichkeit garantiert. Aus diesem Grund werden HSMs in Branchen wie Finanzen und Einzelhandel häufig eingesetzt, beispielsweise zur sicheren PIN-Authentifizierung oder zur Generierung digitaler Belege im Backend eines Servers.

Herkömmliche HSMs sind jedoch nicht ideal für Cloud-Umgebungen. Da es sich bei HSMs um physische Geräte handelt, ist ihre Integration in eine dynamische Cloud-Infrastruktur eine Herausforderung. Unternehmen können nicht einfach ihr eigenes physisches HSM in eine von Drittanbietern verwaltete Cloud-Umgebung bringen. Diese Einschränkung macht sie weniger flexibel und skalierbar, insbesondere wenn Unternehmen auf Multi-Cloud- oder Hybrid-Cloud-Setups umsteigen.

Vorteile:

• Physische Sicherheit: HSMs bieten ein hohes Maß an physischem Schutz. Manipulationssichere Mechanismen stellen sicher, dass kryptografische Schlüssel auch dann geschützt sind, wenn unbefugter physischer Zugriff erfolgt.
• Vertrauenswürdig in Hochsicherheitsbranchen: Traditionellen HSMs wird in Branchen vertraut, in denen Datenschutz unternehmenskritisch ist, wie z. B. Finanzen, Gesundheitswesen und Behörden.

Nachteile:

• Fehlende Cloud-Integration: Aufgrund ihrer physischen Beschaffenheit eignen sich HSMs nicht gut für Cloud-Umgebungen, in denen Flexibilität und Skalierbarkeit erforderlich sind.
• Hohe Kosten: Die Bereitstellung physischer HSMs erfordert eine erhebliche Vorabinvestition in Hardware sowie laufende Wartungskosten.

Beispiel für einen Anwendungsfall: In der Bankenbranche werden traditionelle HSMs häufig verwendet, um Schlüssel für die PIN-Authentifizierung sicher zu verwalten. Wenn ein Kunde beispielsweise seine PIN an einem Geldautomaten eingibt, führt das HSM die kryptografischen Operationen durch, die zur Authentifizierung der Transaktion erforderlich sind. Selbst wenn die Backend-Infrastruktur der Bank kompromittiert wurde, stellt das HSM sicher, dass die Schlüssel sicher und für Unbefugte unzugänglich bleiben.

2. Sicherheitsmodule für virtuelle Hardware (VHSMs)

Virtual Hardware Security Modules (VHSMs) sind eine neuere und flexiblere Alternative zu herkömmlichen HSMs, die speziell für Cloud- und virtualisierte Umgebungen entwickelt wurden. Während herkömmliche HSMs aus Sicherheitsgründen auf physische Hardware angewiesen sind, nutzen VHSMs Confidential Computing, um das gleiche Maß an kryptografischer Sicherheit innerhalb einer virtualisierten Infrastruktur zu bieten.

In VHSMs erfolgt die Schlüsselverwaltung in einer sicheren, verschlüsselten Enklave, die vom Rest des Systems isoliert ist. Diese Enklaven werden von Sicherheitsprozessoren angetrieben, die direkt in die CPU integriert sind, wie Intel SGX, AMD SEV oder die Confidential Compute Architecture von ARM. Diese Prozessoren stellen sicher, dass die kryptografischen Schlüssel im Speicher verschlüsselt bleiben, sodass sie niemals dem zugrunde liegenden Betriebssystem oder Hypervisor ausgesetzt sind. Dies garantiert, dass Schlüssel auch in nicht vertrauenswürdigen Cloud-Umgebungen sicher sind.

Die vHSM-Lösung kombiniert die Vorteile der Hardwaresicherheit mit der Flexibilität einer virtualisierten Infrastruktur. Das bedeutet, dass Unternehmen Verschlüsselungsschlüssel sicher in der Cloud verwalten können, ohne in teure dedizierte Hardware investieren zu müssen. Durch den Einsatz von Standardhardware und modernen Virtualisierungstechniken bieten VHSMs im Vergleich zu herkömmlichen HSMs erhebliche Kosteneinsparungen und Skalierbarkeit.

Vorteile:

• Skalierbarkeit und Flexibilität: VHSMs können in virtualisierten Umgebungen eingesetzt werden, sodass Unternehmen ihre Sicherheitsinfrastruktur einfach skalieren können, um auf sich ändernde Anforderungen zu reagieren.
• Cloud-fähig: Im Gegensatz zu herkömmlichen HSMs sind VHSMs so konzipiert, dass sie sich nahtlos in Cloud-Plattformen integrieren lassen, was sie ideal für Unternehmen macht, die Multi-Cloud- oder Hybrid-Cloud-Architekturen verwenden.
• Kostengünstig: VHSMs machen teure, dedizierte Hardware überflüssig und bieten gleichzeitig die hohe Sicherheit, die für die Schlüsselverwaltung erforderlich ist.

Nachteile:

• Vertrauen in Confidential Computing: VHSMs hängen von der Fähigkeit des Cloud-Anbieters ab, Confidential Computing-Technologien zu unterstützen. Derzeit unterstützen nicht alle Cloud-Umgebungen diese erweiterten Funktionen.
• Neue Technologie: VHSMs sind relativ neu, was für Unternehmen, die sich von traditionellen HSMs abwenden, eine Lernkurve bedeuten kann.

Beispiel für einen Anwendungsfall: Ein Unternehmen, das die vHSM von enclaive verwendet, kann seine kryptografischen Schlüssel sicher in der Cloud verwalten und dabei die Leistungsfähigkeit von Confidential Computing nutzen, um sicherzustellen, dass die Schlüssel auch während der Verarbeitung im Speicher verschlüsselt bleiben. Dies ermöglicht es dem Unternehmen, seine Sicherheitsinfrastruktur nach Bedarf zu skalieren, ohne die Kosten oder die Komplexität herkömmlicher HSMs.

Der Wert virtueller Hardwaresicherheitsmodule (vHSM)

Die Einführung von VHSMs, wie sie von enclaive angeboten werden, erfüllt den Bedarf an sicherem Schlüsselmanagement in Cloud- und virtualisierten Umgebungen. VHSMs bieten viele der Vorteile herkömmlicher HSMs, sind jedoch für Cloud-Anwendungsfälle optimiert, bei denen Skalierbarkeit und Flexibilität von größter Bedeutung sind.

1. Flexibilität und Skalierbarkeit in der Cloud

VHSMs ermöglichen es Unternehmen, ihre Sicherheitsinfrastruktur entsprechend den Geschäftsanforderungen zu skalieren. Im Gegensatz zu physischen HSMs, die erhebliche Vorabinvestitionen erfordern und schwer zu skalieren sind, können VHSMs bei Bedarf in virtualisierten Umgebungen bereitgestellt werden. Diese Flexibilität ist besonders vorteilhaft für Unternehmen, die Cloud-Dienste nutzen, bei denen der Ressourcenbedarf schwanken kann.

2. Kosteneffizienz

Herkömmliche HSMs können unerschwinglich teuer sein, insbesondere für kleine bis mittlere Unternehmen. Mit VHSMs können Unternehmen auf dedizierte physische Hardware verzichten und so die Investitionsausgaben reduzieren und gleichzeitig hohe Sicherheitsstandards einhalten. Virtualisierte HSMs ermöglichen es Unternehmen, die bestehende Infrastruktur zu nutzen und gleichzeitig eine sichere Schlüsselverwaltung aufrechtzuerhalten.

3. Schutz vor Datenverlust in der Cloud durch vertrauliche Datenverarbeitung

Einer der Hauptvorteile von VHSMs ist die Verwendung vertraulicher Datenverarbeitung, wodurch sichergestellt wird, dass Verschlüsselungsschlüssel auch in nicht vertrauenswürdigen Umgebungen wie der Cloud geschützt sind. Durch die Nutzung der hardwarebasierten Verschlüsselung direkt in der CPU bieten VHSMs eine sichere Umgebung für die Ausführung kryptografischer Operationen. Dies verhindert nicht nur Datenverlust, sondern gewährleistet auch die Integrität und Vertraulichkeit vertraulicher Informationen.

4. Krypto-Agilität

VHSMs bieten auch Krypto-Agilität, d. h. die Möglichkeit, kryptografische Algorithmen zu aktualisieren, ohne dass eine Hardwareaktualisierung erforderlich ist. Diese Funktion ist unverzichtbar für Unternehmen, die sich ständig weiterentwickelnde Sicherheitsstandards einhalten müssen, wie sie beispielsweise von BSI/NIST festgelegt wurden. Anstatt teure Hardware auszutauschen, können Unternehmen algorithmische Updates über Software-Patches implementieren, was die Kosten erheblich senkt und die langfristige Einhaltung der Vorschriften gewährleistet.

Langfristige Auswirkungen auf die IT-Infrastruktur

Die langfristigen Auswirkungen einer sicheren Schlüsselverwaltung auf die IT-Infrastruktur eines Unternehmens sind tiefgreifend. Unternehmen, die es versäumen, sichere Lösungen für die Schlüsselverwaltung zu implementieren, riskieren, sensible Daten preiszugeben, bei Nichteinhaltung der Vorschriften mit finanziellen Strafen zu rechnen und ihren Ruf zu schädigen. Durch Investitionen in VHSMs können Unternehmen die Sicherheit ihrer Daten gewährleisten und gleichzeitig die Flexibilität wahren, ihre IT-Infrastruktur an das Wachstum ihres Unternehmens anzupassen.

Die Integration von VHSMs in die Cybersicherheitsstrategie eines Unternehmens stärkt dessen allgemeine Sicherheitslage, reduziert das Risiko von Datenverlusten in der Cloud und verbessert die Einhaltung von Vorschriften. Darüber hinaus vereinfachen die zentralen Verwaltungsfunktionen von VHSMs die Verwaltung von Sicherheitsrichtlinien in mehreren Umgebungen und verbessern so die Effizienz und Effektivität des IT-Betriebs des Unternehmens.

Fazit

Das Schlüsselmanagement ist ein wichtiger Bestandteil der Cybersicherheitsstrategie eines Unternehmens, insbesondere für diejenigen, die die Cloud-Infrastruktur nutzen. Da Unternehmen zunehmenden Bedrohungen ausgesetzt sind und sich in komplexen regulatorischen Umgebungen zurechtfinden, bieten sichere Schlüsselverwaltungslösungen wie vHSM von enclaive eine flexible, kostengünstige und sichere Möglichkeit, Verschlüsselungsschlüssel in Cloud- und lokalen Umgebungen zu verwalten.

Für Unternehmen, die ihren Schutz vor Datenverlust in der Cloud verbessern und ihre Cybersicherheit stärken möchten, stellen VHSMs eine überzeugende Alternative zu herkömmlichen HSMs und softwarebasierten Lösungen dar. Sie bieten die Skalierbarkeit, Flexibilität und Sicherheit, die zum Schutz sensibler Daten in der heutigen digitalen Landschaft erforderlich sind.

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.

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