Hardware-Sicherheitsmodule (HSM) und AES-256: Warum Unternehmen für Verschlüsselung eine dedizierte Schlüsselaufbewahrung benötigen

Unternehmen investieren erheblich in AES-256-Verschlüsselung, um vertrauliche Daten zu schützen. Dennoch speichern viele ihre Verschlüsselungsschlüssel in Konfigurationsdateien, Datenbanken oder softwarebasierten Schlüsselmanagementdiensten, die auf denselben Servern wie die verschlüsselten Daten laufen. Dieses Vorgehen schafft eine kritische Schwachstelle: Angreifer, die Server kompromittieren, erhalten Zugriff auf sowohl die verschlüsselten Daten als auch die benötigten Schlüssel zur Entschlüsselung – und machen so die Verschlüsselung wirkungslos.

AES-256 bietet exzellenten kryptografischen Schutz – jedoch nur, wenn die Verschlüsselungsschlüssel sicher bleiben. Selbst der stärkste Verschlüsselungsalgorithmus bietet keinen Schutz, wenn Angreifer leicht Zugriff auf die Schlüssel erhalten. Hardware-Sicherheitsmodule (HSMs) lösen dieses Problem, indem sie manipulationssichere physische Geräte bereitstellen, die Verschlüsselungsschlüssel speichern und kryptografische Operationen ausführen, ohne dass Schlüsselmaterial je auf potenziell kompromittierte Server gelangt.

Dieser Leitfaden erklärt, warum Unternehmensverschlüsselung dedizierte Hardware für die Schlüsselaufbewahrung erfordert, wie HSMs Schlüssel selbst bei kompromittierten Servern schützen, was FIPS 140-2-Validierung für die Schlüsselsicherheit bedeutet und wann Unternehmen Cloud- oder On-Premises-HSM-Lösungen einsetzen sollten.

Executive Summary

Kernaussage: Die Sicherheit der Verschlüsselung hängt vollständig vom Schutz der Schlüssel ab. Hardware-Sicherheitsmodule bieten manipulationssichere Hardware, die eine Schlüsselentnahme durch physische Sicherheitsmechanismen, sichere kryptografische Grenzen und FIPS 140-2-validierte Implementierungen verhindert – selbst wenn Anwendungsserver und Infrastruktur kompromittiert werden.

Warum das wichtig ist: Compliance-Frameworks wie PCI DSS, HIPAA, CMMC und FedRAMP verlangen oder empfehlen dringend HSMs zum Schutz von Verschlüsselungsschlüsseln. Unternehmen, die Schlüssel in Software speichern, riskieren sowohl regulatorische Strafen als auch einen erhöhten Schaden bei Datenschutzverletzungen, wenn kompromittierte Server über gestohlene Schlüssel auf jahrelang verschlüsselte Daten zugreifen lassen.

wichtige Erkenntnisse

  1. Die Speicherung von Schlüsseln in Software schafft Single Points of Failure: Wird ein Server kompromittiert, sind sowohl verschlüsselte Daten als auch die Entschlüsselungsschlüssel gefährdet. HSMs speichern Schlüssel hingegen in manipulationssicherer Hardware, die Schlüssel bei physischen Angriffen zerstört. Angreifer mit administrativem Zugriff auf Server können Schlüssel aus Konfigurationsdateien oder dem Speicher extrahieren, jedoch nicht aus korrekt konfigurierten HSMs.
  2. FIPS 140-2 Level 3-Validierung bietet unabhängige Bestätigung, dass HSMs definierte physische und logische Sicherheitsanforderungen erfüllen – darunter manipulationssichere Gehäuse, identitätsbasierte Authentifizierung und automatische Schlüsselzerstörung bei Manipulationsversuchen. Level 1- und 2-Module bieten nicht den physischen Schutz, der für wertvolle Verschlüsselungsschlüssel erforderlich ist.
  3. HSMs führen kryptografische Operationen intern aus, ohne Schlüsselmaterial an Anwendungsserver preiszugeben – sie empfangen Klartext oder Chiffretext über APIs und liefern verschlüsselte oder entschlüsselte Ergebnisse zurück, während Schlüssel nie die sichere Hardwaregrenze verlassen. Diese Architektur schützt Schlüssel selbst bei vollständig kompromittierten Anwendungsservern.
  4. Cloud-HSM-Services bieten FIPS-validierte Hardware in Rechenzentren des Anbieters ohne Investitionsaufwand, während On-Premises-HSMs maximale Kontrolle ermöglichen und für Air-Gap-Umgebungen oder strikte Anforderungen an die Datenhoheit erforderlich sind. Unternehmen wählen das Bereitstellungsmodell je nach regulatorischen Vorgaben und betrieblichen Möglichkeiten.
  5. Compliance-Frameworks verlangen zunehmend HSMs: PCI DSS fordert sichere kryptografische Geräte für die Speicherung von Zahlungskartenschlüsseln, CMMC Level 3 verlangt HSM-äquivalenten Schutz für CUI und FedRAMP High schreibt HSMs für Behördendaten vor. Der Einsatz von HSMs entwickelt sich von einer optionalen Sicherheitsmaßnahme zu einer verbindlichen Compliance-Anforderung.

Das grundlegende Problem bei der Speicherung von Schlüsseln in Software

Warum können Unternehmen Verschlüsselungsschlüssel nicht einfach in Dateien oder Datenbanken speichern?

Unternehmen speichern Verschlüsselungsschlüssel häufig in Konfigurationsdateien, Umgebungsvariablen, Datenbanken oder softwarebasierten Schlüsselmanagementdiensten, die auf Anwendungsservern laufen. Diese Speicherorte machen Schlüssel für jeden Prozess oder Benutzer mit ausreichenden Systemrechten zugänglich und schaffen so eine Schwachstelle: Wird der Server kompromittiert, sind sowohl verschlüsselte Daten als auch die Entschlüsselungsschlüssel gleichzeitig gefährdet.

Betriebssystem-Sicherheit bietet keinen ausreichenden Schutz für kryptografische Schlüssel, da Administratoren, Prozesse mit erhöhten Rechten und Angreifer mit Privilegienausweitung Konfigurationsdateien lesen, Umgebungsvariablen auslesen oder Datenbanken abfragen können, in denen Schlüssel gespeichert sind. Das Grundproblem: Die Speicherung von Schlüsseln in Software setzt voraus, dass der Server sicher bleibt. Wird diese Annahme durch Schwachstellenausnutzung, Diebstahl von Zugangsdaten oder Insider-Bedrohungen widerlegt, bietet Verschlüsselung keinen Schutz mehr.

Die Verschlüsselung von Datenbankfeldern verdeutlicht diese Schwachstelle: Unternehmen verschlüsseln Felder mit AES-256 und speichern den Schlüssel in einer Konfigurationsdatei auf demselben Datenbankserver. Ein Angreifer, der den Server kompromittiert, liest die Datei aus, extrahiert den Schlüssel und entschlüsselt alle vermeintlich geschützten Daten.

Szenarien, in denen die Speicherung von Schlüsseln in Software versagt:

  • Datenbankadministrator greift auf Schlüssel-Konfigurationsdateien zu
  • Privilegienausweitung verschafft Root-Zugriff
  • Speicherabbilder durch Debugging-Tools legen Schlüssel offen
  • Wiederherstellung von Backups zeigt Schlüssel in Konfigurationsdateien
  • Insider-Bedrohungen mit legitimen Systemzugriffen

Wie extrahieren Angreifer Schlüssel aus Software-Speicherorten?

Angreifer nutzen Privilegienausweitung, um administrativen oder Root-Zugriff zu erhalten und können dann beliebige Dateien oder Speicherbereiche auf kompromittierten Servern auslesen. Speicherabbilder extrahieren Schlüssel aus laufenden Prozessen, die Schlüssel für kryptografische Operationen geladen haben. Backup-Dateien enthalten Kopien von Schlüsseln zusammen mit verschlüsselten Daten. Supply-Chain-Angriffe kompromittieren das Schlüsselmanagement selbst und legen Schlüssel für Angreifer offen, die die kompromittierten Komponenten kontrollieren.

Was sind Hardware-Sicherheitsmodule?

Wie schützen HSMs kryptografische Schlüssel?

Hardware-Sicherheitsmodule sind spezialisierte Hardware-Appliances, die speziell für kryptografische Operationen und die Schlüsselaufbewahrung entwickelt wurden. Im Gegensatz zu allgemeinen Servern mit Schlüsselmanagement-Software bieten HSMs manipulationssichere physische Gehäuse, die physische Angriffe erkennen und darauf reagieren, indem sie Schlüssel automatisch zerstören, bevor eine Entnahme möglich ist.

Das Konzept der kryptografischen Grenze ist zentral für die Sicherheit von HSMs: Alle kryptografischen Operationen finden innerhalb der HSM-Hardware statt, und Schlüssel verlassen diese Grenze niemals im Klartext. Anwendungen senden Daten über APIs an das HSM, das intern verschlüsselt oder entschlüsselt – mit Schlüsseln, die im sicheren Hardwarebereich verbleiben. Ergebnisse werden zurückgegeben, ohne dass Schlüsselmaterial preisgegeben wird.

Sogar HSM-Administratoren können keine Schlüssel aus korrekt konfigurierten Geräten extrahieren. Administrative Zugriffe erlauben Konfigurationsänderungen und die Einsicht in Prüfprotokolle, aber die HSM-Firmware verhindert die Schlüsselentnahme unabhängig vom Berechtigungsniveau. So sind kryptografische Schlüssel auch vor Insider-Bedrohungen, kompromittierten Administrator-Zugangsdaten oder erzwungenen Zugriffen geschützt.

Welche kryptografischen Operationen führen HSMs aus?

HSMs fungieren als kryptografische Co-Prozessoren und übernehmen Aufgaben, die sonst auf Anwendungsservern mit softwarebasierten Schlüsseln ablaufen würden. Anwendungen senden Klartext an das HSM, das mit internen Schlüsseln verschlüsselt und Chiffretext zurückgibt. Die Entschlüsselung funktioniert analog – Anwendungen senden Chiffretext, erhalten Klartext, und die Schlüssel verbleiben stets im HSM.

Sichere Schlüsselgenerierung mit Hardware-Zufallszahlengeneratoren liefert kryptografisch hochwertige Zufälligkeit, die softwarebasierte Schlüsselgenerierung übertrifft. HSMs nutzen physikalische Entropiequellen – elektrische Störgeräusche, radioaktiven Zerfall oder andere Quantenphänomene – zur Erzeugung wirklich zufälligen Schlüsselmaterials.

Kryptografische Fähigkeiten von HSMs:

  • Symmetrische Verschlüsselung und Entschlüsselung (AES, 3DES)
  • Asymmetrische Verschlüsselung und Entschlüsselung (RSA, ECC)
  • Digitale Signaturerstellung und -prüfung
  • Hash-basierte Message Authentication Codes (HMAC)
  • Schlüsselgenerierung mit zertifizierter Zufälligkeit
  • Key Wrapping für sicheren Schlüsseltransport

Wie unterscheidet sich die HSM-Architektur von Software-Verschlüsselung?

Bei Software-Verschlüsselung werden Schlüssel während kryptografischer Operationen in den Serverspeicher geladen – ein Zeitfenster, in dem Speicherabbilder oder Malware Schlüssel extrahieren können. Die HSM-Architektur hält Schlüssel ausschließlich in manipulationssicherer Hardware. Anwendungen kommunizieren über APIs mit HSMs, indem sie Daten zur Ver- oder Entschlüsselung übergeben und Ergebnisse zurückerhalten.

Die Performance unterscheidet sich: Software-Verschlüsselung auf Anwendungsservern verursacht minimale Latenz. HSM-basierte Verschlüsselung erfordert Netzwerkkommunikation zu HSM-Geräten, was Latenzen im Millisekundenbereich mit sich bringt. Allerdings verfügen HSMs über dedizierte kryptografische Prozessoren zur Beschleunigung der Operationen.

Architekturvergleich:

Aspekt Software-Verschlüsselung HSM-Verschlüsselung
Schlüsselspeicherung Server-Speicher/Festplatte Manipulationssichere Hardware
Schlüsselextraktion Mit Privilegien möglich Durch physische Sicherheit verhindert
Operationen Auf Anwendungsservern Innerhalb der HSM-Grenze
Auswirkung bei Kompromittierung Schlüssel und Daten offengelegt Daten verschlüsselt, Schlüssel geschützt

FIPS 140-2-Validierung und Sicherheitsstufen

Was ist FIPS 140-2 und warum ist das wichtig?

Der Federal Information Processing Standard (FIPS) 140-2 definiert Sicherheitsanforderungen für kryptografische Module, die von US-Behörden und deren Auftragnehmern verwendet werden. Das NIST betreibt ein Cryptographic Module Validation Program, in dem unabhängige Labore kryptografische Implementierungen nach FIPS-Anforderungen testen und Validierungszertifikate ausstellen.

FIPS-Validierung belegt, dass HSMs kryptografische Algorithmen korrekt implementieren, Schlüssel während ihres gesamten Lebenszyklus ordnungsgemäß verwalten und die zugesagten physischen Sicherheitsmaßnahmen bieten. Viele Compliance-Frameworks verweisen auf FIPS-Validierung oder verlangen diese – sie ist damit de facto Standard bei Beschaffungen.

Welche FIPS 140-2-Sicherheitsstufen gibt es?

FIPS 140-2 definiert vier Sicherheitsstufen mit steigenden Anforderungen an physische Sicherheit, Authentifizierung und Manipulationsschutz.

Level 1 bietet grundlegende Sicherheit für Software-Kryptomodule. Es gibt keine physischen Sicherheitsanforderungen jenseits von Produktionsqualität. Level 2 ergänzt manipulationssichere Siegel und rollenbasierte Authentifizierung, aber keine aktive Manipulationsreaktion.

Level 3 führt manipulationssichere Gehäuse mit aktiven Reaktionsmechanismen ein. Sensoren erkennen physische Angriffsversuche, Spannungsschwankungen, Temperaturänderungen und Bohrungen. Bei Manipulation löscht das HSM automatisch die Schlüssel, bevor eine Entnahme möglich ist. Level 3 verlangt identitätsbasierte statt rollenbasierter Authentifizierung.

Level 4 bietet vollständigen Schutz mit Umgebungsüberwachung. Diese Module erkennen und reagieren auf Umweltbedingungen außerhalb der Betriebsparameter. Level 4 ist die höchste Validierungsstufe und wird meist nur für hochsensible Anwendungen eingesetzt.

FIPS 140-2-Validierungsstufen:

Level Physische Sicherheit Authentifizierung Use Cases
Level 1 Keine Rollenbasiert Software-Krypto
Level 2 Manipulationssicher Rollenbasiert Allgemeines Geschäft
Level 3 Manipulationsresistent Identitätsbasiert Unternehmen, Behörden
Level 4 Umgebungsschutz Identitätsbasiert Root CAs, Verschlusssachen

Welche physischen Sicherheitsmaßnahmen bieten HSMs der Stufe 3?

FIPS 140-2 Level 3 HSMs verfügen über manipulationsresistente Gehäuse, die physische Angriffe erkennen und Schlüssel automatisch zerstören, bevor sie extrahiert werden können. Sensoren überwachen Bohrungen, Sonden, Spannungsschwankungen, Röntgenstrahlung und Temperaturveränderungen. Die HSM-Firmware überprüft kontinuierlich die Integrität des Gehäuses und löst bei Kompromittierung die sofortige Schlüsselzerstörung (Zeroization) aus.

Undurchsichtige Vergussmassen füllen das HSM-Innere, verdecken die Schaltkreise und verhindern visuelle Inspektionen. Sicherheitsnetze im Gehäuse erkennen Bohr- oder Schneidversuche. Diese physischen Schutzmaßnahmen stellen sicher, dass selbst Angreifer mit physischem Zugriff auf die Hardware keine Schlüssel extrahieren können.

Cloud-HSM vs. On-Premises-HSM-Bereitstellung

Was sind Cloud-HSM-Services?

Cloud-HSM-Services bieten FIPS-validierte HSM-Hardware in Rechenzentren von Cloud Service Providern, sodass Kunden kryptografische Schlüssel kontrollieren, während der Anbieter die physische Hardware verwaltet. Zu den wichtigsten Angeboten zählen AWS CloudHSM, Azure Dedicated HSM und Google Cloud HSM.

Kunden verbinden sich über virtuelle private Netzwerke mit Cloud-HSMs, führen kryptografische Operationen über Standard-APIs aus und behalten die alleinige Kontrolle über das Schlüsselmaterial. Der Cloud-Anbieter besitzt und betreibt die Hardware, kann aber aufgrund der HSM-Sicherheitsarchitektur nicht auf Kundenschlüssel zugreifen.

Merkmale von Cloud-HSMs:

  • FIPS 140-2 Level 3-validierte Hardware
  • Single-Tenant-Appliances, dediziert für den Kunden
  • Kunde kontrolliert Schlüssel, Anbieter verwaltet Hardware
  • Integration mit Cloud-Services
  • Nutzungsbasierte Abrechnung ohne Investitionskosten

Welche Vorteile bietet Cloud-HSM?

Cloud-HSM eliminiert Investitionskosten für HSM-Hardware, die pro Gerät zwischen 10.000 und 50.000 US-Dollar liegt (mindestens zwei Geräte für Redundanz). Unternehmen zahlen nutzungsbasierte Gebühren – meist stündlich – statt hoher Anfangsinvestitionen.

Es sind keine eigenen Räumlichkeiten für die sichere Hardware erforderlich. On-Premises-HSMs benötigen Rackspace in zugangsbeschränkten Rechenzentren mit entsprechender physischer Sicherheit. Cloud-HSMs befinden sich in den Einrichtungen des Anbieters, wodurch der betriebliche Aufwand entfällt.

Vorteile von Cloud-HSM:

  • Keine Investitionskosten für Hardware
  • Schnelle Bereitstellung ohne Beschaffungsverzögerungen
  • Elastische Kapazität je nach Bedarf
  • Wartung und Firmware-Updates durch den Anbieter
  • Geografische Redundanz über Cloud-Regionen hinweg

Wann sollten Unternehmen On-Premises-HSM wählen?

Regulatorische Anforderungen an kundengesteuerte Einrichtungen führen häufig zu On-Premises-HSM-Bereitstellungen. CMMC Level 3 für Rüstungsauftragnehmer, bestimmte Finanzregulierungen und Richtlinien von Behörden verlangen, dass Verschlüsselungsschlüssel in kundenkontrollierten Rechenzentren gespeichert werden.

Zero-Trust-Architekturen gehen von einer potenziellen Kompromittierung aller externen Parteien – einschließlich Cloud-Anbietern – aus. Air-Gap-Umgebungen ohne Internetanbindung erfordern On-Premises-HSMs.

On-Premises-HSM-Einsatzbereiche:

  • Regulatorische Anforderungen an kundengesteuerte Einrichtungen
  • Datenhoheit verlangt Schlüssel in bestimmten Jurisdiktionen
  • Zero-Trust-Architektur bei angenommenem Cloud-Anbieter-Risiko
  • Air-Gap-Umgebungen ohne Cloud-Anbindung
  • Maximale Kontrolle über den gesamten Schlüsselmanagement-Stack

HSM-Integrationsherausforderungen und Best Practices

Welche API-Standards unterstützen HSMs?

PKCS#11 ist die branchenübliche Schnittstelle für kryptografische Token und wird von nahezu allen HSM-Anbietern unterstützt. Anwendungen, die PKCS#11 nutzen, können über standardisierte API-Aufrufe mit unterschiedlichen HSM-Marken interagieren – das sorgt für Herstellerunabhängigkeit.

Microsoft CryptoAPI und Cryptography Next Generation (CNG) bieten Windows-native HSM-Integration. Cloud-native Anwendungen nutzen RESTful APIs der Cloud-HSM-Services.

HSM-API-Optionen:

  • PKCS#11 für herstellerunabhängige Integration
  • Microsoft CryptoAPI/CNG für Windows-Umgebungen
  • Java Cryptography Architecture (JCA)
  • RESTful APIs für Cloud-native Integrationen

Wie sichern Unternehmen die Verfügbarkeit von HSMs?

HSM-Clustering bietet Hochverfügbarkeit durch Redundanz. Unternehmen setzen mehrere HSM-Geräte in Active-Active- oder Active-Passive-Konfigurationen ein, wobei Load Balancer die Operationen auf verfügbare Geräte verteilen.

Schlüsselreplikation zwischen HSM-Geräten stellt sicher, dass Schlüssel auch bei Ausfall einzelner Geräte verfügbar bleiben. Geografische Verteilung für Disaster Recovery platziert HSMs in mehreren Rechenzentren oder Cloud-Regionen.

Strategien für HSM-Verfügbarkeit:

  • HSM-Clustering mit redundanten Geräten
  • Automatische Failover-Mechanismen
  • Geografische Verteilung für Disaster Recovery
  • Schlüsselreplikation zwischen HSM-Geräten

Compliance-Frameworks, die HSMs verlangen oder empfehlen

Was verlangt PCI DSS für Zahlungskarten-Verschlüsselungsschlüssel?

PCI DSS Anforderung 3.5 schreibt vor, dass Unternehmen kryptografische Schlüssel, die zur Verschlüsselung von Karteninhaberdaten verwendet werden, vor Offenlegung und Missbrauch schützen. Der Standard verlangt explizit die Speicherung von Schlüsseln in einem sicheren kryptografischen Gerät wie einem HSM.

Key-Encrypting-Keys – Master-Schlüssel, die andere Schlüssel verschlüsseln – müssen in HSMs oder vergleichbar sicheren Geräten gespeichert werden. Anforderungen an Vier-Augen-Prinzip und geteiltes Wissen stellen sicher, dass kein Einzelner vollständigen Zugriff auf das Schlüsselmaterial erhält.

PCI DSS HSM-Anforderungen:

  • Sicheres kryptografisches Gerät für die Schlüsselspeicherung
  • HSM erforderlich für Key-Encrypting-Keys
  • Vier-Augen-Prinzip und geteiltes Wissen
  • Jährliche Überprüfung der Schlüsselmanagement-Prozesse

Welche HSM-Anforderungen gelten für Regierungsauftragnehmer?

CMMC Level 3 für Rüstungsauftragnehmer, die mit Covered Defense Information arbeiten, verlangt HSM-Schutz für Verschlüsselungsschlüssel. FedRAMP High für Cloud Service Provider mit hochkritischen Behördendaten verlangt FIPS 140-2 Level 3-validierte kryptografische Module.

Department of Defense Impact Level 5 und National Security Systems verlangen HSMs mit FIPS 140-2 Level 3 oder höher.

HSM-Anforderungen für Regierungsauftragnehmer:

Framework HSM-Anforderung Validierungsstufe
CMMC Level 3 HSM-äquivalenter Schutz FIPS 140-2 Level 3
FedRAMP High Validiertes kryptografisches Modul FIPS 140-2 Level 3+
DoD IL5 Validiertes HSM erforderlich FIPS 140-2 Level 3+

Die Gesamtkosten des HSM-Einsatzes

Wie hoch sind die Investitionskosten für On-Premises-HSMs?

On-Premises-HSM-Appliances kosten zwischen 10.000 und 50.000 US-Dollar pro Gerät. Für den Unternehmenseinsatz sind mindestens zwei Geräte für Redundanz erforderlich. Die physische Infrastruktur umfasst Rackspace, Strom, Kühlung und Netzwerkanschluss in gesicherten Einrichtungen.

Initiale Einrichtung und Konfigurationsservices der HSM-Anbieter kosten für Unternehmensumgebungen typischerweise 10.000 bis 50.000 US-Dollar.

Investitionskosten für On-Premises-HSMs:

  • HSM-Hardware: 10.000–50.000 US-Dollar pro Gerät
  • Mindestens 2 Geräte für Redundanz
  • Rackspace und Strom in gesicherter Einrichtung
  • Professional Services für Implementierung

Wie schneiden Cloud-HSM-Kosten im Vergleich ab?

Cloud-HSM-Services berechnen stündliche Gebühren von typischerweise 1 bis 5 US-Dollar pro HSM-Stunde, was 700–3.600 US-Dollar monatlich für durchgehend verfügbare HSM-Kapazität entspricht. Die jährlichen Kosten von 8.400–43.200 US-Dollar pro HSM vermeiden Investitionskosten und beinhalten professionelles Hardware-Management.

Unternehmen zahlen nur für die tatsächlich genutzte Kapazität und skalieren HSM-Ressourcen dynamisch. Allerdings kann sich bei mehrjähriger Nutzung und konstantem Bedarf On-Premises-Betrieb als günstiger erweisen.

Kostenvergleich:

Kostenfaktor On-Premises Cloud-HSM
Anfangsinvestition 20.000–100.000 US-Dollar Nur monatliche Gebühren
Jährliche Betriebskosten 15.000–50.000 US-Dollar 8.000–45.000 US-Dollar pro HSM
Skalierbarkeit Begrenzt durch Hardware Elastisch, on-demand

Kiteworks bietet Unternehmensverschlüsselung mit hardwaregeschütztem Schlüsselmanagement

Kiteworks ermöglicht die native Integration mit On-Premises- und Cloud-HSM-Lösungen, sodass Unternehmen unternehmensweiten Schutz für Verschlüsselungsschlüssel umsetzen und dabei die vollständige Kontrolle über die Schlüssel im Private Data Network mit zero trust-Architektur behalten.

Die Unterstützung für FIPS 140-2 Level 3 und FIPS 140-3-validierte HSMs stellt sicher, dass der Schlüssel-Schutz höchsten Sicherheits- und Compliance-Standards entspricht. Kiteworks integriert sich mit führenden HSM-Anbietern wie Thales, Entrust, AWS CloudHSM und Azure Dedicated HSM.

Die automatisierte Schlüsselerzeugung im HSM-Hardware nutzt zertifizierte Hardware-Zufallszahlengeneratoren für kryptografisch hochwertiges Schlüsselmaterial. Alle kryptografischen Operationen erfolgen innerhalb der HSM-Grenzen, ohne dass Schlüssel an Kiteworks-Server gelangen. Wenn Dateien verschlüsselt werden müssen, sendet Kiteworks die Daten an das HSM, erhält verschlüsselte Ergebnisse zurück und speichert Chiffretext, ohne dass Schlüssel je im Serverspeicher existieren.

HSM-Clustering und Hochverfügbarkeitskonfigurationen gewährleisten durchgehende Serviceverfügbarkeit. Kiteworks unterstützt Active-Active- und Active-Passive-HSM-Bereitstellungen mit automatischem Failover und geografischer Verteilung für Disaster Recovery.

Compliance-Mapping belegt den Einsatz von HSMs für PCI DSS-, HIPAA- und CMMC-Anforderungen. Kiteworks stellt Audit-Evidence-Pakete bereit, die die HSM-Integration, FIPS-Validierungszertifikate und Schlüssel-Lifecycle-Management-Prozesse dokumentieren.

Rollenbasierte Zugriffskontrollen steuern HSM-Administrationsoperationen. Für sensible Vorgänge ist die Zustimmung mehrerer Administratoren erforderlich (Multi-Party Authorization). Umfassende Prüfprotokolle erfassen alle kryptografischen HSM-Operationen.

Die Kontrolle über die HSM-Infrastruktur bleibt vollständig beim Kunden. Kiteworks-Mitarbeiter haben keinen Zugriff auf Kunden-HSMs, können keine Verschlüsselungsschlüssel extrahieren und erhalten keine Einblicke in kryptografische Operationen. Unternehmen behalten die vollständige Kontrolle über das Schlüsselmanagement, während Kiteworks die Komplexität der HSM-Integration in sichere E-Mail-, Filesharing- und Managed File Transfer-Workflows übernimmt.

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Häufig gestellte Fragen

AES-256-Verschlüsselung bietet starken kryptografischen Schutz, doch die Sicherheit hängt vollständig von der Schlüsselspeicherung ab. Unternehmen, die Verschlüsselungsschlüssel in Konfigurationsdateien, Datenbanken oder softwarebasierten Schlüsselmanagementdiensten auf Anwendungsservern speichern, sind verwundbar: Wird ein Server kompromittiert, werden sowohl verschlüsselte Daten als auch Entschlüsselungsschlüssel offengelegt. Hardware-Sicherheitsmodule speichern Schlüssel in manipulationssicherer Hardware, die eine Schlüsselentnahme auch bei vollständig kompromittierten Servern verhindert – und so den notwendigen Schutz für eine wirksame Verschlüsselung bietet.

FIPS 140-2 Level 2 HSMs bieten manipulationssichere physische Sicherheit, bei der Angriffe sichtbare Spuren hinterlassen, aber keine automatische Schlüsselzerstörung auslösen. FIPS Level 3 HSMs verfügen über manipulationsresistente Gehäuse mit aktiven Sensoren, die physische Angriffe wie Bohren, Sonden und Spannungsschwankungen erkennen und Schlüssel automatisch zerstören, bevor sie extrahiert werden können. Level 3 verlangt zudem identitätsbasierte statt rollenbasierter Authentifizierung. Die meisten Unternehmensumgebungen und Compliance-Frameworks fordern Level 3-Validierung zum Schutz sensibler Verschlüsselungsschlüssel.

Cloud-HSM-Services bieten Single-Tenant-Hardware, bei der Kunden die Verschlüsselungsschlüssel kontrollieren und Cloud-Anbieter die physische Infrastruktur verwalten. Die HSM-Sicherheitsarchitektur verhindert den Zugriff des Anbieters auf Kundenschlüssel durch kryptografische Grenzen, die das Schlüsselmaterial in manipulationssicherer Hardware isolieren. Allerdings befinden sich HSMs physisch in Rechenzentren des Anbieters, und manche Unternehmen haben regulatorische oder interne Vorgaben, die Schlüssel in Drittanbieter-Einrichtungen – unabhängig von technischen Schutzmaßnahmen – untersagen. Unternehmen sollten prüfen, ob ihre Anforderungen an Datenhoheit und Vertrauen eine Cloud-HSM-Bereitstellung erlauben.

Die Implementierung von On-Premises-HSMs erfordert 20.000–100.000 US-Dollar Investition für Hardware (mindestens zwei Geräte zu je 10.000–50.000 US-Dollar) sowie 10.000–50.000 US-Dollar für Professional Services wie Installation, Konfiguration und Integration. Jährliche Betriebskosten umfassen Wartungsverträge (15–20 % der Hardwarekosten), Personal für HSM-Administration und Compliance-Audits. Cloud-HSM eliminiert Investitionskosten durch nutzungsbasierte Preise von 8.000–45.000 US-Dollar jährlich pro HSM, wobei sich bei mehrjähriger Nutzung und konstantem Bedarf On-Premises-Betrieb als günstiger erweisen kann. Unternehmen sollten die Optionen anhand ihrer Compliance-Anforderungen und betrieblichen Möglichkeiten bewerten.

HIPAA schreibt HSMs nicht explizit vor, verlangt jedoch, dass Unternehmen bei der Implementierung von Verschlüsselung angemessene Schlüsselmanagement-Maßnahmen entsprechend der Sensibilität der Daten ergreifen. Die Audit-Protokolle und Leitlinien des Office for Civil Rights (OCR) zeigen, dass erwartet wird, dass Verschlüsselungsschlüssel einen Schutz erhalten, der der Sensibilität von Patientendaten entspricht. HSMs erfüllen diese Erwartungen durch FIPS-validierten Hardwareschutz. Unternehmen sollten HSM-Schutz implementieren, um Safe-Harbor-Schutz nach HITECH zu erhalten und bei Compliance-Audits angemessene Sicherheitsmaßnahmen nachzuweisen.

Weitere Ressourcen 

  • Blogbeitrag Public vs. Private Key Encryption: Eine detaillierte Erklärung
  • Blogbeitrag
    Wesentliche Best Practices für Datenverschlüsselung
  • eBook
    Top 10 Trends bei Datenverschlüsselung: Eine ausführliche Analyse zu AES-256
  • Blogbeitrag
    E2EE im Praxiseinsatz: Beispiele für Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
  • Blogbeitrag
    Ultimativer Leitfaden zu AES-256-Verschlüsselung: So schützen Sie Daten für maximale Sicherheit

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