AWS CloudHSM
FIPS 140-2 Level 3 認証済みのハードウェアセキュリティモジュールを専有利用し、暗号鍵の生成・保管・暗号処理をクラウド上で実行するサービス
概要
AWS CloudHSM は、専用のハードウェアセキュリティモジュール (HSM) をクラウド上で提供するサービスです。FIPS 140-2 Level 3 認証を取得した Cavium/Marvell 製の HSM アプライアンスを VPC 内に配置し、暗号鍵の生成、保管、署名、暗号化/復号をハードウェア内で完結させます。鍵素材は HSM の耐タンパー性ハードウェアから外部に取り出せず、AWS を含む誰もアクセスできません。PKCS#11、JCE (Java Cryptography Extension)、Microsoft CNG の標準インターフェイスに対応しており、既存のアプリケーションコードを最小限の変更で統合できます。
KMS との根本的な違いと選定基準
CloudHSM と KMS はどちらも暗号鍵の管理に使えますが、制御モデルとコンプライアンス要件が根本的に異なります。KMS はマルチテナントの共有 HSM 基盤上で動作し、AWS が鍵のライフサイクル管理を代行します。API は AWS 独自で、暗号化/復号/署名の操作を KMS API 経由で実行します。月額料金は鍵 1 つあたり 1 USD + API 呼び出し課金で、大半のワークロードではこれで十分です。CloudHSM はシングルテナントの専用 HSM を提供し、鍵の管理責任はすべてユーザーにあります。AWS は HSM のハードウェア運用のみを担当し、鍵素材には一切アクセスできません。PKCS#11 や JCE などの業界標準インターフェイスを使うため、オンプレミスの HSM からの移行が容易です。CloudHSM を選ぶべきケースは、規制要件で FIPS 140-2 Level 3 が明示的に求められる場合、鍵の完全な排他的制御が必要な場合、PKCS#11 や JCE を使う既存アプリケーションを移行する場合、SSL/TLS オフロードを HSM で行う場合です。それ以外のケースでは、運用負荷とコストの両面で KMS が合理的です。
クラスター構成と高可用性の設計
CloudHSM はクラスター単位で管理され、1 つのクラスターに最大 28 台の HSM を配置できます。高可用性を確保するには、最低 2 つの AZ にそれぞれ 1 台以上の HSM を配置します。クラスター内の HSM は自動的に鍵を同期するため、1 台の HSM が障害を起こしても他の HSM で処理を継続できます。クライアント SDK はラウンドロビンで HSM にリクエストを分散し、障害検知時は自動的に正常な HSM にフェイルオーバーします。初期セットアップでは、クラスターの初期化時に生成される Crypto Officer (CO) の認証情報を安全に保管することが極めて重要です。この認証情報を紛失すると、HSM 内の鍵にアクセスする手段がなくなります。AWS はこの認証情報を保持しないため、復旧は不可能です。バックアップは CloudHSM が自動的に取得し、暗号化された状態で S3 に保管されます。バックアップからの復元は同一リージョン内の新しいクラスターに対して行えますが、バックアップの暗号化鍵はクラスター固有のため、別のクラスターのバックアップを復元することはできません。料金は HSM 1 台あたり約 1.60 USD/時間 (約 1,150 USD/月) で、最小構成の 2 台でも月額約 2,300 USD になります。
SSL/TLS オフロードとデータベース暗号化の実装
CloudHSM の代表的なユースケースの 1 つが SSL/TLS オフロードです。Web サーバー (Nginx、Apache) の秘密鍵を CloudHSM に格納し、TLS ハンドシェイクの署名処理を HSM 内で実行します。秘密鍵がサーバーのメモリやディスクに存在しないため、サーバーが侵害されても秘密鍵は漏洩しません。OpenSSL エンジンまたは PKCS#11 プロバイダーを通じて Web サーバーと統合します。Oracle TDE (Transparent Data Encryption) や Microsoft SQL Server の EKM (Extensible Key Management) と連携し、データベースの暗号化鍵を CloudHSM で管理するパターンも実務で使われています。Oracle TDE では、マスター暗号化鍵を CloudHSM に格納し、テーブルスペースの暗号化鍵はマスター鍵で暗号化してデータベース内に保管します。これにより、データベースのバックアップが流出しても、CloudHSM 内のマスター鍵なしにはデータを復号できません。KMS のカスタムキーストア機能を使えば、KMS API の利便性を維持しつつ、鍵の保管先を CloudHSM にすることも可能です。KMS API で暗号化/復号を呼び出すと、裏側で CloudHSM が暗号処理を実行する構成で、KMS の使いやすさと CloudHSM のセキュリティレベルを両立できます。