HSM (Hardware Security Module), SHE (Secure Hardware Engine)

소프트웨어 기반 보안 솔루션

소프트웨어 기반 보안은 통합이 용이하며 하드웨어 종속성이 적음

 

특징

HSM(Hardware Security Module)와 같은 하드웨어 의존성이 필요 없음

별도의 하드웨어 인터페이스 없이 구현 가능

OTA(Over-The-Air) 업데이트, 침입 탐지, 코드 격리, 방화벽 보호, 공개키 기반 구조(PKI) 등

 

예시

침입 탐지 시스템(IDS): 시스템 내 비정상적인 행동을 감지

보안 통신 프로토콜: 데이터를 암호화하여 안전하게 전송

코드 격리 및 방화벽: 소프트웨어 내 특정 코드나 데이터를 보호

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하드웨어 기반 보안 솔루션

Tricore Mcu의 HSM 구조 예

 

하드웨어 기반 보안은 하드웨어에 특화된 더욱 높은 수준의 보안을 제공함

위 예시에서 확인할 수 있듯, 차량용 MCU 제조사의 MCU에 기본 탑재된 HSM H/W 의 경우 다음과 같은 기능을 제공함

 

- 암호화 키를 사용한 데이터 암호화/복호화

-  AUTOSAR MAC(Message Authentication Codes) 생성 및 검증

-  보다 향상된 난수 생성(True Random Generation) 기능

-  안전한 부팅(Secure Boot)

-  암호화 알고리즘 가속 기능

 

HSM S/W는 HSM H/W 상에서 동작하는 보안 소프트웨어로서, HSM H/W의 자원을 이용하여 AUTOSAR 플랫폼에 다양한 암호화 관련 기능을 제공함

일반적으로 HSM S/W는 framework의 형태로 구현되며, AUTOSAR 플랫폼은 framework에서 제공하는 API를 호출하여 HSM S/W의 기능을 사용함

[출처] HSM(Hardware Security Module)을 이용한 AUTOSAR 자동차 보안|작성자 MDS테크

 

 

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하드웨어와 소프트웨어의 통합

최신 자동차는  HPC 를 채택하여 보안 메커니즘을 통합

 

통합 보안의 필요성

지능형 보안 솔루션: 시스템의 취약점을 사전에 감지하고 대응

데이터 보호: 소프트웨어와 하드웨어가 협력하여 사이버 위협을 방어

하드웨어-소프트웨어 협력: 보다 견고한 보안 아키텍처 구축

 

예시

물리적 계층 보안 필터 + 소프트웨어 기반 방화벽

HSM을 활용한 암호화 키 관리 + OTA 소프트웨어 업데이트

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HSM 과 SHE 의 차이

> SHE (Secure Hardware Extension)

- 패치스 컨소시엄(PASS Consortium)에서 표준화, 아우디, BMW, 포르쉐, 다임러 등이 2004년에 개설한 별빛 이니셔티브에서 시작

- 간단한 보안 확장을 제공하는 메커니즘으로, 대칭 암호화 알고리즘만 지원

- 비대칭 암호화와 관련된 고급 기능(디지털 서명, 보안 부팅 등)을 지원하지 않음
- AES(128비트, 256비트 등)와 같은 기본 암호화 기능을 수행

- 낮은 전력 소모, 저비용으로, 중간 보안 요구 사항을 충족하는 특정 플랫폼에 적합

구조)
1) 메모리 분할 :
프로그램 플래시(P Flash)와 데이터 플래시(D Flash)가 있습니다. D Flash 내에 보안 키를 저장하기 위한 논리적 영역이 할당, 이는 물리적 하드웨어가 아니라 소프트웨어적으로 구현된 보안 확장

2) 비휘발성 메모리(NVM) : 보안 키는 D Flash의 지정된 파티션에 저장 -> 논리적으로 구분된 보안 영역을 제공하지만, 하드웨어 수준에서 격리된 보안은 아님

한계)
물리적 보안 부족
기본적인 대칭 암호화 알고리즘만 지원

> HSM (Hardware Security Module)

- EU 프로젝트인 에비타(AVITA)에서 개발되었으며, 29년 동안 콘티넨털, 스크립트, 보쉬, 인피니온 등이 참여하여 발전

- 더 복잡하고 강력한 보안 아키텍처 제공
- 비대칭 알고리즘을 포함한 고급 키 관리 프로토콜, 디지털 인증서 관리, 보안 부팅, 보안 통신 등을 지원

- 더 고급 기능을 제공하지만 복잡한 통합과 높은 계산 자원이 필요하며, 비용이 많이 듦

 

 

 

구조)
1) 전용 코어 : HSM은 호스트 컨트롤러와 별도로 동작하는 독립적인 보안 코어를 포함, 이 코어는 보안 작업(예: 디지털 서명 검증, MAC 생성 및 비교)을 수행

 

2) 보안 플래시 및 메모리 : HSM은 별도의 플래시 메모리와 저장 공간을 통해 보안 키와 데이터를 물리적으로 분리하여 저장

3) HSM 브릿지 : HSM과 호스트 컨트롤러 간 데이터 교환을 관리하는 인터페이스가 존재

보안 작업 흐름)
- 호스트 컨트롤러는 HSM API를 호출하여 데이터를 전송
- HSM 코어는 작업(예: 서명 검증, 암호화/복호화)을 수행하고 결과만 반환
- HSM 영역은 외부에서 쓰기 작업이 불가능하며, 오직 HSM 내부에서만 처리

장점)
물리적 및 논리적 격리를 통해 강력한 보안을 제공
비대칭 암호화 기반 보안 기능 지원