암호화의 하드웨어 가속 역할

암호화 알고리즘은 특히 데이터의 대량 또는 초당 수천 트랜잭션 처리 처리 할 때 계산적으로 집중적입니다. 현대 마이크로 프로세서는 CPU에서 암호화 작업을 오프로드하는 전용 하드웨어 가속기를 통합하고 대기 시간 및 에너지 소비를 크게 줄이고 처리량을 크게 향상시킵니다. 이 하드웨어 레벨 지원은 비디오 conferencing, 안전한 웹 브라우징 (TLS), 풀 디스크 암호화 및 클라우드 환경에서 데이터베이스 암호화와 같은 실시간 애플리케이션에 중요합니다.

AES-NI 및 관련 지침 설정

인텔의 고급 암호화 표준 새로운 지침 (AES-NI)은 x86 프로세서에서 가장 널리 채택 된 하드웨어 가속 기능 중 하나입니다. 2010 년에 도입 된 AES-NI는 AES 라운드 의 암호화, 해독 및 단일 클럭 사이클의 주요 확장 방식을 수행하는 여섯 가지 새로운 지침을 제공합니다. 벤치 마크는 AES-NI가 소프트웨어 전용 구현과 비교하여 AES 작업을 가속화 할 수 있습니다. AMD는 이제 Piler와 같은 지원과 함께 이제 가장 모바일 아키텍처에서 가장 보편적 인 응용 프로그램에서 가장 보편적 인 응용 프로그램을 실행합니다.

AES를 넘어 인텔은 무결성 검사 및 디지털 서명에서 사용되는 해시 함수를 위한 SHA 확장(SHA-NI)을 제공합니다. ARM의 Crypto Extension(ARMv8-A)은 AES, SHA-1, SHA-256 및 공공 키 운영을 위한 모듈라리틱에 대한 유사한 하드웨어 지원이 포함되어 있습니다. RISC-V 프로세서는 IoT 및 Edge 장치에서 점점 더 많이 사용되고 있으며, 표준 SHA-256, SHA-256 및 모듈라리틱을 위한 암호화 확장 사양(Scalar Crypto)이 있습니다.

하드웨어 임의 번호 생성기 (HRNGs)

모든 암호화 프로토콜은 주요 세대, 정오 및 초기화 벡터에 대한 예측 가능한 임의 숫자에 달려 있습니다. 소프트웨어 기반 가짜 랜덤 번호 생성기 (PRNGs)는 제대로 시드되지 않는 예측 가능한 취약점입니다. HRNGs는 때때로 True Number 생성기 (TRNGs)라고 불리며 열 잡음, 시계 지터 또는 양자 효과와 같은 물리적 현상에서 열 발생을 수확합니다. 이러한 기능은 마이크로 프로세서 (TRNGs)와 같은 임의의의의의 수 생성기 (TRNGs)로 통합됩니다. [2]는 IntelFAND [2]의 암호화 소스를 준수합니다.

신뢰된 실행 환경 (TEEs)

TEE는 다양한 종류의 보안을 위한 보안 기반 설계를 통해 보안 감지된 코드와 데이터의 분리를 분리하고 있습니다. 신뢰할 수 있는 실행 환경(TEEs)은 타협 운영 시스템 또는 하이퍼바이저로부터 애플리케이션을 보호하는 하드웨어 강화 고립을 제공합니다. TEE는 이제 모바일 장치, 클라우드 서버 및 자동차 시스템에 필수적인 제품입니다.

인텔 소프트웨어 가드 확장 (SGX)

Intel SGX는 응용 프로그램을 사용하여 암호화 된 메모리 영역을 만들 수 있습니다. 프로세서는 권한이 없는 소프트웨어를 읽거나 읽거나 읽을 수 없도록 액세스 제어를 시행합니다. Enclave 내부의 코드는 무결성과 기밀성을 유지하며 디지털 권한 관리 (DRM), 암호화 키 및 기밀 클라우드 워크로드를 보호하기위한 SGX를 적절하게 만듭니다. 그러나 SGX는 반복 된 사이드 채널 공격 (예 : Foreshadow, SGAx)을 직면했으며 Intel SGX는 Intel SGX와 같은 보안을 유지했지만, Intel SGX는 Intel SGX와 같은 보안을 유지하고 있습니다.

ARM TrustZone의 장점

ARM의 TrustZone은 2004년부터 Cortex-A 프로세서에서 사용 가능하며, “정상적인 세계”(부유 OS) 및 “보안 세계”(TEE)로 시스템을 분할합니다. 모니터 모드를 통해 세계를 전환하고, 버스 수준의 신호는 보안 메모리에 액세스하는 정상적인 세계 주변 장치를 방지합니다. TrustZone은 스마트 폰에서 광대하게 사용되며 생체 인식 템플릿, 결제 식별 및 DRM 키를 저장합니다. 현대 구현은 Quperal의 암호화 장치(Secure Sockets Layer) 및 보안 하드웨어(Secure Sockets Secure Storage)와 같은 탬프-A 프로세서를 확장합니다.

AMD Secure 암호화 가상화 (SEV)

AMD SEV는 전용 보안 프로세서 (AMD Secure Processor)를 사용하여 가상 머신 (VM) 메모리를 안전하게 암호화합니다. 각 VM은 자체 암호화 키를 얻으므로 하이퍼 바이저는 게스트 메모리를 해독 할 수 없습니다. SEV-ES (Encrypted State)는 CPU 레지스터를 보호하고 SEV-SNP (Secure Nested Paging)는 재생 공격을 방지하기 위해 무결성을 추가합니다. 이 기술은 Azure 및 Google Cloud와 같은 클라우드 제공 업체가 널리 클라우드 컴퓨팅 환경을 제공하는 데 사용됩니다.

보안 키 저장 및 Provisioning

암호화는 암호화 키의 보호만큼 강합니다. Microprocessors는 이제 핵심 여과를 방지하기 위해 전용 보안 저장 및 프로비저닝 메커니즘을 포함합니다.

신뢰할 수있는 플랫폼 모듈 (TPM) 2.0

TPM은 암호화 키가 안전하게 생성, 저장 및 관리되는 전용 칩 또는 펌웨어 기반 모듈 (fTPM)입니다. TPM 2.0은 Trusted Computing Group (TCG)에 의해 표준화되며 여러 암호화 알고리즘 (RSA, ECC, SHA-256)을 지원하며 시스템 무결성을 검증하는 기능을 제공합니다. 현대 프로세서는 종종 칩셋 또는 펌웨어로 fTPM을 통합하고 비용 및 개선 속도를 줄입니다. 예를 들어, AMD의 TPM 플랫폼은 TPM 2.0과 TPM 2.0을 위한 TPM (Software-based platform)을 구현합니다.

소비자 기기에서 Enclaves 확보

Apple의 Secure Enclave Processor(SEP)는 자체 보안 부팅, ROM 및 암호화된 메모리를 갖춘 전용 마이크로 컨트롤러입니다. Touch ID, Face ID 및 Apple Pay 트랜잭션을 관리하고 주요 운영 체제에 대한 만료 없이 핵심 소재와 생체 측정 데이터를 처리합니다. SEP는 AES 엔진, elliptic Curve 암호화 (ECC) 및 전용 TRNG를 사용합니다. 마찬가지로, Google의 Titan M 보안 칩은 Pixel Phone에서 보안 실행 환경을 제공하며, 이 방화벽 및 방화벽이 인증된 보안 환경에서는 보안을 보장할 수 없습니다.

갑작스런 위협과 대책

마이크로 프로세서가 더 강력해져 공격자는 하드웨어에서 비밀을 추출하는 새로운 방법을 개발합니다. 사이드 채널 공격, 결함 주입 및 퀀텀 컴퓨팅 위협은 유능한 디자인 변경이 필요합니다.

사이드 채널 공격

암호화된 운영 누출 정보는 타이밍 변조, 전력 소비, 전자기 배출, 또는 캐시 콘텐츠에 대한 것입니다. Spectre와 Meltdown (2018)는 현대 CPU의 투과적 실행이 커널 메모리 또는 기타 프로세스에서 열릴 수 있다는 것을 입증했습니다. Mitigations는 마이크로 코드 업데이트, 소프트웨어 장벽 (LFENCE, speculation control registers) 및 인텔의 Speculative Store Bypass Disable[FLT:[FLT:][FLT:]:[FLT:]:[FLT:]:[FLT:]]:[FLT:]:[FLT:]]

포스트 시즌 암호화 (PQC)

퀀텀 컴퓨터는 한 번 충분히 강력하게, Shor의 알고리즘을 사용하여 RSA 및 ECC를 깰 것입니다. Microprocessor 공급 업체는 NIST의 Post-Quantum Cryptography Standardization 프로젝트와 함께 이미 협업하여 CRYSTALS-Kyber] (키 캡슐화) 및 CRYSTALS-DilithiumLT:3]) 의 기본 설정은 PQD(PQD) 의 기본 설정으로 구성되어 있습니다.

규제 준수 및 산업 표준

규제 산업에 사용되는 마이크로 프로세서는 FIPS 140-3 (U.S.), Common Criteria (ISO / IEC 15408) 및 GDPR 또는 CCPA와 같은 로컬 데이터 보호법에 따라야합니다. 예를 들어, FIPS 140-3 Level 2 및 위의 경우 Tamper-evident 코팅 및 보안 키 제로화가 필요합니다. 하드웨어 공급 업체는 종종 인증을위한 프로세서를 제출합니다. Apple A-series 및 M-series 칩, Intel Xeon Scalable 및 AMD EPYC는 모든 종류의 암호화 장치 및 TIP-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F

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마이크로프로세서 산업은 암호화 및 데이터 프라이버시가 선택적 볼트에 대한 기능뿐만 아니라 기본 건축적 특성을 가진 "디자인의 보안" 철학을 향해 이동하고 있습니다. 사이버 위협은 더 정교한 것으로, 고급 암호화 및 개인 정보 보호 프로토콜을 지원하는 마이크로프로세서의 능력은 경쟁 차별화 및 모든 연결된 장치를위한 기술 필요성을 유지 할 것입니다.

특정 구현에 대한 자세한 내용은 인텔 Software Security Guidance, 팔의 플랫폼 보안 아키텍처], NIST의 ]Post-Quantum Crypto Project를 참조하십시오.]