如何使用HSM提高區塊鏈錢包的安全性

作為orb公司區塊鏈項目的安全顧問，我從客戶那里聽到的一個反復出現的問題是如何保護他們冷熱錢包中的私鑰。

硬件安全模塊（hardware security module， HSM）是一種管理數字密鑰的傳統安全解決方案，廣泛應用于PKI環境和金融領域中。

乍一看，使用HSM可能是區塊鏈的完美解決方案。HSM生成密鑰對，具有安全存儲，并且可以從整個系統卸載加密操作。

在一系列的故事中，我將嘗試通過描述真實的用例、市場提供的分析、代碼示例和對未來的預測來回答這個假設。

何謂HSM？

HSM是一種保護和管理數字密鑰的物理設備或云服務——促進加密、解密、簽名和驗證。HSM背后的動機是提供一個與私鑰交互的安全環境。沒有這個環境，關鍵就有暴露的危險。這些模塊通常以插件卡或直接連接到計算機或網絡服務器的外部設備的形式出現。

HSM是一種負責管理私鑰的整個生命周期的密碼學設備。這個生命周期包括生成、分布、旋轉、存儲、銷毀和歸檔。它是專門設計和構建的，目的是為快速和安全的加密操作創建一個抗篡改的安全環境。

它們現在是如何使用的？

如今，HSM設備主要用于零售銀行業，為磁條和EMV芯片卡發行過程中使用的密鑰和客戶PIN提供高水平的保護，以及對隨后的信用卡和借記卡支付交易進行處理。

人們通常關注熱錢包的私鑰，因為它們具有在線實時交互功能。對區塊鏈項目來說，公開私鑰可能意味著末日的到來。當威脅行動者能夠訪問私鑰時，游戲通常就結束了。這可能是一個專業黑客，一個腳本小子，甚至是一個可能濫用組織資金的內部人員。在這些情況下，HSM對于私鑰管理來說是一個非常棒的安全同盟——區塊鏈社區的每個人都在考慮使用HSM。

HSM構建在專門的硬件之上，并且有一個以安全為中心的操作系統。它具有有限的監視訪問通道，并為設備的操作和管理實現了角色分離機制。主要支持的加密操作有真隨機數生成（TRNG）、對稱和非對稱密鑰生成、哈希函數計算、加密和解密以及簽名和簽名驗證。HSM生成密鑰對，具有安全存儲，并且可以從整個系統卸載加密操作。

他們如何保護區塊鏈錢包？

區塊鏈中的帳戶地址通常來自公鑰的值。這個公鑰有一個對應的私鑰，這個密鑰對應用區塊鏈指定的規則，如長度和編碼模式。這種密鑰對的生成應該考慮幾個基本的方面，如真實隨機性源、生成算法與環境、分布過程等。

區塊鏈解決方案通常將熱錢包的私鑰存儲在數據庫、本地文件中，這些私鑰通常是加密的，但有時也以明文形式存儲，甚至以明文形式存儲在公共Github存儲庫中——但這是一個非常糟糕的主意。在這些體系結構中，安全漏洞或開發人員的錯誤都可能會導致私鑰的公開。

如何使用HSM提高區塊鏈安全性？

在區塊鏈中使用HSM設備的方法有很多。畢竟，這個新興行業需要更多更好的解決方案來保護貨幣，降低盜竊、黑客攻擊或安全漏洞的風險。

下面，我將概述HSM硬件在區塊鏈中促進安全性的六種潛在用途：

1. 生成私鑰和公鑰對：HSM需要支持區塊鏈特定的橢圓曲線，比特幣和以太坊區塊鏈使用Secp256k1，Stellar使用Ed25519。

2. 私有密鑰的安全存儲：你的私鑰必須保持安全與私密——就像你要保護信用卡的密碼一樣。不這樣做可能會導致災難性的后果。你的私鑰可以解鎖你的東西。在使用生物認證時，保護您的私鑰相當于保護您的指紋。

3. 簽名和驗證事務：通過簽名將有效的事務發送到區塊鏈，并在需要時驗證事務。這是銀行業中HSM的常見用例，人們將設備連接到自己的帳戶以批準交易。

4. 分層確定錢包：根據bip32，在安全環境中從單個密鑰主密鑰對派生密鑰對的能力。

5. 加密、解密和使用密鑰數據庫中的密鑰記錄：維護大量密鑰的解決方案需要使用密鑰數據庫來存儲這些密鑰。

HSM可以接收加密密鑰并在安全環境中使用它。