作為orb公司區(qū)塊鏈項(xiàng)目的安全顧問(wèn)，我從客戶那里聽到的一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題是如何保護(hù)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(shù)字密鑰的傳統(tǒng)安全解決方案，廣泛應(yīng)用于PKI環(huán)境和金融領(lǐng)域中。

乍一看，使用HSM可能是區(qū)塊鏈的完美解決方案。HSM生成密鑰對(duì)，具有安全存儲(chǔ)，并且可以從整個(gè)系統(tǒng)卸載加密操作。

在一系列的故事中，我將嘗試通過(guò)描述真實(shí)的用例、市場(chǎng)提供的分析、代碼示例和對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)來(lái)回答這個(gè)假設(shè)。

何謂HSM？

HSM是一種保護(hù)和管理數(shù)字密鑰的物理設(shè)備或云服務(wù)——促進(jìn)加密、解密、簽名和驗(yàn)證。HSM背后的動(dòng)機(jī)是提供一個(gè)與私鑰交互的安全環(huán)境。沒有這個(gè)環(huán)境，關(guān)鍵就有暴露的危險(xiǎn)。這些模塊通常以插件卡或直接連接到計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的外部設(shè)備的形式出現(xiàn)。

HSM是一種負(fù)責(zé)管理私鑰的整個(gè)生命周期的密碼學(xué)設(shè)備。這個(gè)生命周期包括生成、分布、旋轉(zhuǎn)、存儲(chǔ)、銷毀和歸檔。它是專門設(shè)計(jì)和構(gòu)建的，目的是為快速和安全的加密操作創(chuàng)建一個(gè)抗篡改的安全環(huán)境。

它們現(xiàn)在是如何使用的？

如今，HSM設(shè)備主要用于零售銀行業(yè)，為磁條和EMV芯片卡發(fā)行過(guò)程中使用的密鑰和客戶PIN提供高水平的保護(hù)，以及對(duì)隨后的信用卡和借記卡支付交易進(jìn)行處理。

人們通常關(guān)注熱錢包的私鑰，因?yàn)樗鼈兙哂性诰€實(shí)時(shí)交互功能。對(duì)區(qū)塊鏈項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，公開私鑰可能意味著末日的到來(lái)。當(dāng)威脅行動(dòng)者能夠訪問(wèn)私鑰時(shí)，游戲通常就結(jié)束了。這可能是一個(gè)專業(yè)黑客，一個(gè)腳本小子，甚至是一個(gè)可能濫用組織資金的內(nèi)部人員。在這些情況下，HSM對(duì)于私鑰管理來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常棒的安全同盟——區(qū)塊鏈社區(qū)的每個(gè)人都在考慮使用HSM。

HSM構(gòu)建在專門的硬件之上，并且有一個(gè)以安全為中心的操作系統(tǒng)。它具有有限的監(jiān)視訪問(wèn)通道，并為設(shè)備的操作和管理實(shí)現(xiàn)了角色分離機(jī)制。主要支持的加密操作有真隨機(jī)數(shù)生成（TRNG）、對(duì)稱和非對(duì)稱密鑰生成、哈希函數(shù)計(jì)算、加密和解密以及簽名和簽名驗(yàn)證。HSM生成密鑰對(duì)，具有安全存儲(chǔ)，并且可以從整個(gè)系統(tǒng)卸載加密操作。

他們?nèi)绾伪Ｗo(hù)區(qū)塊鏈錢包？

區(qū)塊鏈中的帳戶地址通常來(lái)自公鑰的值。這個(gè)公鑰有一個(gè)對(duì)應(yīng)的私鑰，這個(gè)密鑰對(duì)應(yīng)用區(qū)塊鏈指定的規(guī)則，如長(zhǎng)度和編碼模式。這種密鑰對(duì)的生成應(yīng)該考慮幾個(gè)基本的方面，如真實(shí)隨機(jī)性源、生成算法與環(huán)境、分布過(guò)程等。

區(qū)塊鏈解決方案通常將熱錢包的私鑰存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)、本地文件中，這些私鑰通常是加密的，但有時(shí)也以明文形式存儲(chǔ)，甚至以明文形式存儲(chǔ)在公共Github存儲(chǔ)庫(kù)中——但這是一個(gè)非常糟糕的主意。在這些體系結(jié)構(gòu)中，安全漏洞或開發(fā)人員的錯(cuò)誤都可能會(huì)導(dǎo)致私鑰的公開。

如何使用HSM提高區(qū)塊鏈安全性？

在區(qū)塊鏈中使用HSM設(shè)備的方法有很多。畢竟，這個(gè)新興行業(yè)需要更多更好的解決方案來(lái)保護(hù)貨幣，降低盜竊、黑客攻擊或安全漏洞的風(fēng)險(xiǎn)。

下面，我將概述HSM硬件在區(qū)塊鏈中促進(jìn)安全性的六種潛在用途：

1. 生成私鑰和公鑰對(duì)：HSM需要支持區(qū)塊鏈特定的橢圓曲線，比特幣和以太坊區(qū)塊鏈?zhǔn)褂肧ecp256k1，Stellar使用Ed25519。

2. 私有密鑰的安全存儲(chǔ)：你的私鑰必須保持安全與私密——就像你要保護(hù)信用卡的密碼一樣。不這樣做可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。你的私鑰可以解鎖你的東西。在使用生物認(rèn)證時(shí)，保護(hù)您的私鑰相當(dāng)于保護(hù)您的指紋。

3. 簽名和驗(yàn)證事務(wù)：通過(guò)簽名將有效的事務(wù)發(fā)送到區(qū)塊鏈，并在需要時(shí)驗(yàn)證事務(wù)。這是銀行業(yè)中HSM的常見用例，人們將設(shè)備連接到自己的帳戶以批準(zhǔn)交易。

4. 分層確定錢包：根據(jù)bip32，在安全環(huán)境中從單個(gè)密鑰主密鑰對(duì)派生密鑰對(duì)的能力。

5. 加密、解密和使用密鑰數(shù)據(jù)庫(kù)中的密鑰記錄：維護(hù)大量密鑰的解決方案需要使用密鑰數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)這些密鑰。

HSM可以接收加密密鑰并在安全環(huán)境中使用它。

6. 日志記錄：以一種比普通日志記錄更健壯的方式跟蹤鍵的使用。能夠?qū)徲?jì)和監(jiān)視如何以及何時(shí)使用密鑰可以提供額外的安全層。

在區(qū)塊鏈空間中存在許多安全漏洞，并且隨著行業(yè)的發(fā)展，對(duì)更好和更安全的方式與區(qū)塊鏈交互的需求也在增長(zhǎng)。從安全的加密傳輸?shù)焦蚕頇C(jī)密的公司數(shù)據(jù)，安全將始終處于議程的首位。

數(shù)十年來(lái)，銀行和其他機(jī)構(gòu)一直在努力應(yīng)對(duì)這類挑戰(zhàn)，區(qū)塊鏈社區(qū)接受HSM等經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的解決方案是非常重要的，HSM可能對(duì)區(qū)塊鏈的發(fā)展和成熟至關(guān)重要。