静态数据保护对企业安全以及为什么 FIPS 140-2/-3 验证很重要

作者约翰娜·唐 (Johanna Thang) 和莱斯特·张 (Lester Chang) | 2021 年 9 月 13 日 | 全部, 安全

随着越来越多的员工在家工作，笔记本电脑现在比以往任何时候都成为 IT 专业人员更关心的问题。在某些情况下，将数据集中在公司或云服务器上，再加上零信任基础设施是可行的，但云也有缺点：某些任务非常慢，并且员工需要访问互联网。当旅行或在客户现场工作时，这可能会很困难。

另一个需要考虑的因素是员工使用的所有应用程序的缓存行为。有许多有效的案例可以在本地缓存数据。一个例子是改善用户体验，以便用户可以在数据写入云端时继续工作。数据可能从 RAM 开始，但随后被交换到磁盘。

一个更简单的解决方案是确保 SSD 像保险库一样构建，而不是试图锁定软件行为的各个方面。如果您有访问代码，则可以进入。如果没有代码，则驱动器上的数据无法读取。这就是经过 FIPS 140-2 或 FIPS 140-3 认证的 SSD 可以提供帮助的地方。这些驱动器非常安全，即使攻击者有能力物理移除 NAND 存储芯片并直接访问数据，也无法读取驱动器上的数据。在 FIPS 140-2/-3 SSD 上，静态数据已加密，并且始终看起来像随机数据。

什么是静态数据？

在数据安全领域，数据被设置为以两种状态之一存在：运动状态和静止状态。动态数据是指通过私有或公共（不可信）网络流动的信息。云是由互联网实现的，互联网是连接我们所有人的全球网络。虚拟专用网络 (VPN) 等技术可保护动态数据。

静态数据是指非易失性存储（例如 SSD）上的数据。这就是经过 FIPS 140-2/-3 认证的 SSD 的用武之地。在大多数 SSD 上，它是使用 TCG Opal 标准实现的，但认证需要遵守非常严格的加密要求和第三方设计审核。该过程通常需要 18-24 个月，并且需要深入研究 SSD 的硬件和软件设计。

静态数据保护如何发挥作用？

这种保护有两个方面：访问控制和加密。第一个涉及确保只有受信任的个人才能访问数据。驱动器保持锁定状态，直到用户通过提供正确的密码证明其身份。

为了防止物理攻击（即：拆焊 NAND 存储芯片），数据使用 AES-XTS-256 等算法进行加密。加密算法采用原始明文数据，并使用我们称为密钥的 256 位输入以不可预测的方式将其随机化。随机化过程只能使用该密钥来逆转。即使使用最快的超级计算机，尝试猜测如此长度的密钥也需要数万亿年[1]。

最佳实践要求每个 SSD 维护自己的数据加密密钥。 SSD 通过使用从访问控制密码派生的专用密钥加密密钥 (KEK) 进行加密来保护这些数据加密密钥 (DEK)。根据设计，SSD 绝不会保留用户密码的副本。这意味着，如果你偷了一台具有这种保护功能的笔记本电脑，那么你得到的只是硬件。加密后的公司机密仍然安全。

为什么仅靠防病毒软件和防火墙可能还不够

人们普遍认为防病毒和防火墙软件已经提供了足够的保护。不幸的是，情况并非如此，因为这些工具只能防御某些类型的远程攻击。它们无法防止有人偷走您的笔记本电脑、拧下 14 颗螺丝并拔出 SSD。这就是 TCG Opal 或 FIPS 140-2/-3 认证的 SSD 发挥作用的地方。研究表明，7% 企业笔记本电脑在使用寿命结束（通常为 3 年）之前丢失或被盗 [2].

什么是 FIPS 140-2/-3 以及为什么它对企业安全很重要

联邦信息处理标准 (FIPS) 140-2/-3 是美国、加拿大和许多其他国家/地区强制执行的安全标准。获得此认证的产品符合美国国家标准与技术研究院 (NSIT) 对加密模块定义的严格要求，可保护敏感但非机密信息。
目标是确保产品提供的功能符合 FIPS 140-2/-3 标准。

FIPS 140-2/-3 定义了编号为 1 到 4 的四个安全级别，这些级别对下面所示的 11 个要求领域中的每一个领域都有越来越困难的要求 [3].

密码模块规格
加密模块端口和接口
角色、服务和身份验证
有限状态模型 (FIPS 140-2) / 软件/固件安全 (FIPS 140-3)
物理安全
运行环境
加密密钥管理 (FIPS 140-2) / 敏感安全参数管理 (FIPS 140-3)
EMI/EMC (FIPS 140-2) / 非侵入式安全 (FIPS 140-3)
自检
设计保证 (FIPS 140-2) / 生命周期保证 (FIPS 140-3)
缓解其他攻击

FIPS 140-2 和 FIPS 140-3 哪个更好？

FIPS 140-3 取代 FIPS 140-2，于 2019 年 9 月 22 日生效，验证从 2020 年 9 月 22 日开始。这意味着 FIPS 140-2 测试正式于 2021 年 9 月 21 日结束，NIST 将仅接受从 9 月 14 日起提交的 FIPS 140-3 2021 年 2 月 22 日。140-2 标准没有任何已知的漏洞，但要求已更新，以反映安全领域最先进的新发展。设备认证有效期为五年 [4]，此时必须重新认证或更换为已通过 FIPS 140-3 认证的新型号。这意味着所有经过 140-2 认证的设备将自然退出市场或在 2026 年 9 月之前移至历史列表。