密码模块测评

一、核心定义与边界概念

术语 定义 / 要点
密码模块 包含于密码边界之内，执行已批准安全功能（算法、密钥生成）的硬件、软件和/或固件集合
密码边界 明确定义的物理或逻辑边线，是区分模块内外、进行安全评估的基础。边界内包含所有安全相关部件
核准模式 模块仅使用核准的安全功能（算法、协议）的工作模式
非核准模式 使用了非核准的安全功能，需明确区分
安全策略 模块运行应遵从的安全规则说明，需为每个工作模式定义完整服务集合

密码模块5种类型（按密码边界划分）

类型 边界特征 运行环境位置
硬件模块 硬件物理边线 固件/软件可包含在边界内
软件模块 纯软件部件边界 OS/计算平台在边界外（可修改环境）
固件模块 纯固件部件边界 OS/计算平台在边界外，但与固件绑定（受限环境）
混合软件模块 软件+不相交硬件 OS/计算平台在边界外
混合固件模块 固件+不相交硬件 同混合软件，但固件绑定

二、11个安全域 与 整体评级原则

完整安全域列表

序号 安全域 简要说明
1 密码模块规格 模块类型、边界、工作模式描述
2 模块接口 物理/逻辑接口划分，数据/控制/状态分离
3 角色、服务和鉴别 角色分离、身份鉴别机制
4 软件/固件安全 完整性测试（自检）、代码形式
5 运行环境 可修改/受限/不可修改环境的安全控制
6 物理安全 抗物理拆卸、探测、环境攻击
7 非入侵式攻击安全 抗旁路攻击（功耗、时间、电磁等）
8 敏感安全参数（SSP）管理 生成、存储、传输、置零全生命周期
9 自测试 上电自检、条件自检、完整性测试
10 生命周期保障 配置管理、设计、FSM、开发、测试、配送、文档
11 其他攻击的缓解 对未归类攻击的缓解说明

整体评级规则（木桶效应）

  • 每个域独立评级（1~4级）
  • 模块整体安全等级 = 11个域中的最低评级

三、四个安全等级核心特征

等级 核心特征 典型适用场景
一级 基本功能合规（核准算法），无特殊物理防护；自检使用核准完整性技术（MAC） 外部已有物理/网络安全保护的环境（如PC加密卡）
二级 增加拆卸存迹/防撬锁（物理）；基于角色的鉴别；软件模块需运行在DAC（自主访问控制）环境下；完整性升级为数字签名或带密钥MAC 需要基本防篡改和访问控制
三级 拆卸检测+置零电路；基于身份的鉴别；CSP明文输入/输出必须加密或通过可信信道；抗环境失效（电压/温度）；抗非入侵式攻击；生命周期保障加强 部分物理保护但风险较高的环境
四级 完整封套（全方位物理攻击检测）；多因素鉴别（双因素）；形式化一致性验证；错误注入缓解 无物理保护的危险环境

等级递进逻辑速记

一级：能用就行 → 二级：防拆+角色 → 三级：防拆+身份+加密信道+抗环境/旁路 → 四级：全封套+多因素+形式化验证

四、关键技术指标与测评方法速查

1. 接口分类（6类）

  • 数据输入 / 数据输出（控制与数据分离）
  • 控制输入 / 控制输出（错误状态时禁止控制输出，除非策略允许）
  • 状态输出（显式或隐式）
  • 电源接口

重点：错误状态下，数据输出接口必须禁止输出（防敏感信息泄露）

2. 软件/固件安全（完整性测试）

  • 一级：核准完整性技术（MAC），失败则进错误状态；临时值置零
  • 二级：仅可执行代码（无源码/目标码）；禁用调试接口；完整性用数字签名或带密钥MAC
  • 三/四级：强制核准的数字签名，任何一个子签名失败即进入错误状态

3. 敏感安全参数（SSP）管理

参数类型 定义 保护要求
关键安全参数（CSP） 私钥、对称密钥等 防非授权访问、使用、泄露、修改、替换
公共安全参数（PSP） IV、随机数种子、口令杂凑值等 防非授权修改和替换

生命周期管理要点：

  • 生成：需保证破坏生成方法的代价 ≥ 猜测SSP的代价
  • 输入/输出：
    • 加密的CSP输入时不得显示明文
    • 无线传输CSP必须加密
    • 三级以上：明文对称密钥/私钥必须使用知识拆分（至少2个分量）并通过可信信道
    • 四级：每个分量输入/输出需多因素鉴别
  • 存储：必须与实体（人/角色/进程）关联，错配则拒绝操作
  • 置零（清零）：
    • 置零后不可恢复/重用
    • 临时SSP使用完毕立即置零
    • 置零可用全0/全1/随机数据覆盖

4. 可信信道（三级及以上）

  • 要求：防非授权修改、替换、泄露
  • 实现：物理端口隔离 + 逻辑接口隔离
  • 测评：尝试篡改/替换/侦听，必须被阻止

五、测评通用流程

测评关注四大方面

  1. 密码模块边界：是否明确，边界内部件清单完整
  2. 密码模块功能：是否提供规定功能（加解密、签名、密钥管理）
  3. 密码模块资源：算法、密钥、协议是否合规
  4. 安全防护措施：物理/逻辑防护是否到位

常规检测手段（方法论）

  • 文档审查：核实送检单位提供的规格、设计、安全策略、自检说明
  • 实物核查：对照文档检查模块实际物理/逻辑实现
  • 功能测试：启动核准模式、执行各服务、检查状态转换
  • 渗透尝试：
    • 尝试非授权访问/修改CSP → 应拒绝
    • 破坏完整性（篡改代码）→ 应进入错误状态
    • 错误实体输入SSP → 应拒绝
    • 尝试绕过可信信道 → 应失败
  • 置零验证：执行置零指令后，所有明文CSP不可访问且不可恢复

六、常见考试问答方向

可能问题 答题要点
密码模块与一般密码产品的区别 强调“密码边界”概念，以及模块是可独立评估的最小安全单元
为什么软件模块最高只能到二级？ 因为软件运行在可修改的OS环境中，无法实现三级要求的物理防护、置零电路和环境失效检测
整体评级为什么取最低域？ 木桶效应，任何域的安全短板都会导致整体安全性下降
可信信道与普通加密信道有何不同？ 不仅加密，还要防篡改、防替换，且物理/逻辑接口需隔离
知识拆分的作用 防止单点权限过高，至少需要M个分量（M≥2）才能恢复密钥，降低泄露风险
置零的时机有哪些？ 错误状态进入时、自检临时值生成后、手动置零指令、检测到物理入侵时、掉电时（硬件）
posted @ 2026-06-28 19:10  lumiere_nebula  阅读(37)  评论(0)    收藏  举报